Les liens entre la diversité et l'adaptation des populations bactériennes à leur environnement constituent une problématique importante en écologie microbienne. L'accès à de nombreux génomes permet aujourd'hui des avancées intéressantes dans ce domaine. Plusieurs souches du genre Thiomonas et appartenant à la même espèce, Tm. arsenitoxydans 3As et Tm. spp. CB1, CB2, CB3 et CB6, ont été isolées d'un drainage minier acide (DMA) à Carnoulès (Gard). La comparaison de leur génome a permis d'affiner leur phylogénie et de mettre au jour des différences de contenu génétique liées à des îlots génomiques. Certaines de ces différences ont été corrélées expérimentalement avec des différences fonctionnelles concernant l'oxydation de l'arsénite (As(III)), la dégradation de l'urée et la biosynthèse de biofilm, et confèrent potentiellement un avantage sur le site (meilleure résistance à l'As(III), précipitation des métaux et augmentation du pH, protection des cellules). La comparaison de la synténie des génomes de Tm. arsenitoxydans 3As avec Tm. sp CB2 et Tm. intermedia K12 (non isolée de ce DMA) a montré que le génome de Tm. sp. CB2 a subi plusieurs remaniements importants. Ces types de réarrangements pourraient être en partie à l'origine de l'apparition de variants "super-résistants" à l'As(III) dans la population. En particulier, plusieurs copies d'un élément intégratif et conjugatif portant l'opéron aioBA codant l'arsénite oxydase ont été détectées chez deux variants, ce qui pourrait en partie expliquer leur résistance accrue à l'As(III). La proportion de variants est plus importante en présence d'As(III) au sein des biofilms, et des données de transcriptomique ont en effet montré que ces remaniements seraient en partie causés par des systèmes de réparation de l'ADN suite à des dommages liés au stress oxydant induit par l'As(III). Le développement en biofilm et la présence d'As(III) modulerait donc la flexibilité génomique et le potentiel adaptatif de Tm. sp. CB2. Ces données suggèrent que cette souche, avec Tm. sp. CB3, possèdent un génome visiblement plus flexible que les autres. Les souches Tm. arsenitoxydans 3As et Tm. spp. CB1 et CB6, contrairement à Tm. spp. CB2 et CB3, forment un groupe distinct d'un point de vue phylogénétique et fonctionnel ("groupe 3As"), suggérant qu'elles occupent une niche écologique spécifique et pourraient constituer un écotype. La population de Thiomonas de ce DMA serait donc composée d'au moins un écotype stable et de souches au génome plus instable, dont le potentiel adaptatif plus important serait influencé par l'As(III) et le développement en biofilm. / Understanding the link between diversity and adaptation in natural bacterial populations represents an important issue in microbial ecology. The amount of whole genome sequencing data currently available has allowed for interesting advances in this field. Several strains from the genus Thiomonas belonging to the species, Tm. arsenitoxydans (3As) and Tm. spp. (CB1, CB2, CB3 and CB6), were isolated from the acid mine drainage (AMD) at Carnoulès (Gard, France). Comparison among genomes allowed for a better definition of their phylogenetic relationships and highlighted differences in genetic content, which is essentially due to the presence of genomic islands. Some of these differences were experimentally correlated with functional traits concerning arsenite oxidation, urea degradation, and biofilm biosynthesis, and are potentially beneficial in situ (leading to an enhanced resistance to arsenite (As(III)), metal precipitation, and an increase in pH, ultimately protecting cells). The comparison of genome synteny of Tm. arsenitoxydans 3As, Tm. sp CB2, and Tm. intermedia K12 (not isolated from this AMD) show several important genomic rearrangements exist in Tm. sp CB2. This type of rearrangements could be involved in the emergence of arsenite "super-resistant" variants in the Tm. sp CB2 population. In particular, several copies of an integrative and conjugative element (ICE) containing the aioBA operon coding arsenite oxidase were detected in the genomes of two variants, which could explain their higher levels of resistance to As(III). The percentage of variants in biofilm culture is higher when grown in the presence of As(III), and transcriptomic data suggests that genomic rearrangements probably occurred through DNA repair systems following damage caused by As(III) induced oxidative stress. Therefore, biofilm development and As(III) appear to allow for the adaptation of Tm. sp. CB2 genome flexibility and evolutionary potential. These data suggest that CB2 and Tm. sp. CB3 have more flexible genomes than the other strains. Tm. arsenitoxydans 3As and Tm. spp. CB1 and CB6 form both a phylogenetic and functional cluster ("3As group") suggesting that they occupy a specific ecological niche and therefore could represent an ecotype of the genus Thiomonas. The Thiomonas population from the Carnoulès AMD might therefore consist of at least one stable ecotype as well as other strains with more instable genomes, whose higher adaptive potential could be affected by As(III) and biofilm development.

L'ancienne mine de plomb et de zinc de Carnoulès (Gard, France) a généré 1.5 Mt de déchets d'où émerge un drainage de mine aux eaux acides alimentant un ruisseau, le Reigous. Ce site fournit un exceptionnel exemple d'adaptation à un environnement extrême en raison des eaux acides (pH~3) et de très fortes concentrations en métaux et métalloïdes, particulièrement en As. Dans les 30 premiers mètres du ruisseau, l'activité bactérienne conduit à un phénomène de remédiation naturelle avec la co-précipitation de 20 à 60% de l'As dissous avec du fer. Les bactéries présentes dans les sédiments du ruisseau ont dans un premier temps été décrites par clonage/séquençage du gène de l'ARNr 16S, puis les membres actifs des communautés bactériennes ont été révélés par une approche de métaprotéomique. L'étude des Archaea au sein des sédiments a révélé la présence de groupes impliqués dans la méthanogénèse ou dans l'oxydation de l'ammoniac qui pourraient participer au cycle du carbone ou de l'azote. Les eucaryotes ont été caractérisés pour la première fois sur ce site par pyroséquençage, mettant en évidence une forte proportion de champignons (60%). Enfin, l'étude des variations spatiotemporelles des populations bactériennes dans les eaux a conduit à l'identification de 6801 OTUs dont des phyla encore jamais identifiés sur ce site. La concentration en arsenic, la température et le potentiel redox semblent jouer un rôle dans la structuration de ces communautés. Ce travail de thèse a ainsi contribué à une meilleure connaissance des microorganismes présents (Bactéries, Archaea, Eucaryotes) et de leurs dynamiques spatiotemporelles en relation avec les paramètres physicochimiques du milieu. / Acidic mining drainage generated at Carnoulès, a former Pb-Zn mine (Gard, France) coincides with the spring of the Reigous Creek. This site provides an exceptional example of adaptation to extreme environments due to its acidic water (pH~3) and very high concentrations of metals and metalloids, particularly arsenic. During the first 30 m of downflow in Reigous Creek, natural remediation occurred, with co-precipitation of 20 to 60% of the dissolved arsenic with iron, mediated by bacteria. Bacterial communities inhabiting the creek sediments were first described by cloning/sequencing of the 16S rRNA genes and the active members were identified by a metaproteomic approach. A survey of the archaeal community in the sediment highlighted the presence of sequences phylogenetically related to methanogenic Archaea and to ammonia oxidizers, which could be involved in carbon and nitrogen biochemical cycling. The Eukaryotic communities were studied for the first time at this site by pyrosequencing, revealing that around 60% of the sequences belonged to Fungi. Finally, the study of the spatiotemporal variations of the water bacterial communities allowed the identification of 6801 OTUs including sequences of taxa never detected before. The environmental variables significantly correlated with bacterial community dynamics appear to be arsenic concentration, temperature and Eh. This PhD work has contributed to a better understanding of the spatiotemporal dynamics of microorganisms (Bacteria, Archaea, Eukaryotes) in relation with the physicochemical parameters of their environment.