Les actinomycètes filamenteux du sol appartenant au genre Frankia peuvent vivre librement en tant que saprophytes, ou encore s'associer aux racines de plantes pour former une symbiose. Malgré leur importance écologique et l'intérêt biologique qu'ils suscitent, plusieurs aspects de la biologie des Frankiaceae demeurent mal compris. Ceci est dû, entre autres, à leur faible taux de génération et à la difficulté de maintenir des cultures en croissance active, mais surtout, à l’absence d’outils génétiques fonctionnels et efficaces pour les étudier. En raison de l’importance environnementale de Frankia, la mise au point d’un système de modification génétique chez cette actinobactérie est devenue essentielle pour procéder à l’analyse fonctionnelle des gènes d’intérêt et étudier plus efficacement la physiologie et les interactions de ce symbiote actinorhizien avec ses plantes hôtes. Parmi les différentes méthodes de modification génétique, la conjugaison bactérienne semble un moyen efficace pour permettre l’échange de matériel génétique chez plusieurs actinomycètes. Ainsi, la souche Escherichia coli ET12567, fréquemment utilisée lors des conjugaisons intergénériques avec diverses actinobactéries, dont Streptomyces, Amycolatopsis, Kitasatospora et Micromonospora, semble une bonne candidate pour servir de bactérie donneuse lors des conjugaisons intergénériques. Comme l'utilisation d'une souche donneuse auxotrophe permet de faciliter l'étape de contre-sélection, la mutation dapA, codant pour la synthèse de l'acide diaminopimélique (DAP), sera introduite chez E. coli ET12567/pUZ8002. Étant donné que le DAP est un constituant essentiel de la paroi de peptidoglycane et un précurseur de la lysine, cette souche sera totalement dépendante de l'ajout de DAP exogène dans le milieu de culture. Ainsi, la contre-sélection se fera simplement en cessant l'ajout de DAP, rendant cette étape non seulement plus facile et efficace, mais aussi permettant d'éviter l'utilisation d'antibiotique. La croissance des exconjugants peut ainsi se faire dans des conditions optimales, ce qui est particulièrement intéressant pour les actinomycètes présentant une croissance lente comme c'est le cas pour Frankia. Les résultats obtenus montrent que l'utilisation de l'acide nalidixique est moins efficace que la déplétion en DAP pour contre-sélectionner la souche donneuse après conjugaison. L'utilisation d'un mutant ΔdapA comme alternative à l'utilisation d'antibiotique rend la conjugaison bactérienne accessible à un plus large spectre de microorganismes potentiellement sensibles à l'acide nalidixique. Il est clair que les stratégies de clonage qui seront développées auront un impact significatif sur la recherche fondamentale et appliquée chez les actinomycètes, permettant des analyses fonctionnelles des gènes d’intérêts, que ce soit par interruption ou remplacement de gènes ou encore par complémentation génique.

This study aimed to describe the biodiversity of the nitrogen-fixing symbiotic bacteria Frankia, to investigate the occurrence of Frankia in soil and seeds, and finally test the effect of a Frankia symbiosis on growth rate on Sea buckthorn (Hippophae rhamnoides) in an experiment. Data from the high-quality ribosomal gene database SILVA was used to reconstruct phylogenetic trees that revealed a genetic diversity in the genus that includes more strains than 16 described species so far. Strains of Frankia isolated from Sea buckthorn were found in cluster three, which also was the cluster of Frankia strains with the highest diversity in genera of plants possible for the symbiosis (actinorhizal plants).Maps of biogeographical diversity were created from the SILVA gene database and whole genome data from NCBI. Gene sequences of Frankia existed on all continents except Antarctica, which reflects the distribution of actinorhizal plants. From Sweden, only sequences of strains in cluster 1 in symbiosis with Alnus and Myrica were found, although Sea buckthorn is naturally distributed along the Swedish coast. DNA was extracted from seeds of Sea buckthorn and soil, in order to amplify gene sequences affiliated to Frankia, however the preliminary PCR results indicated that there was an issue of inhibition caused e.g. by humic substances – and which therefore would need more optimization.The experiment that was set up to study the relative growth rate (RGR) of Sea buckthorn plants inoculated with Frankia in comparison with controls did not show any difference in RGR during the first month of growth, which is a too short time for any further reliable interpretations.

Étude moléculaire des étapes précoces de la symbiose actinorhizienne Casuarina-Frankia : analyse fonctionnelle des gènes de la plante hôte contrôlant l'infectionPlus de 80% des plantes peuvent établir une symbiose racinaire avec des champignons de l'ordre des Glomales et former des endomycorhizes à arbuscules (AM). En revanche, seules certaines espèces appartenant à dix familles d'angiospermes réunies dans le Clade des Eurosidées I peuvent établir une symbiose racinaire fixatrice d'azote. Il s'agit d'une part, des plantes de la famille des légumineuses (Fabacées) et de Parasponia associées à Rhizobium et d'autre part, des plantes actinorhiziennes associées à l'actinomycète Frankia. Comme chez les légumineuses, la symbiose actinorhizienne aboutit à la formation de nodosités (ou « nodules »), siège de la fixation d'azote par les bactéries. Cependant, contrairement aux nodules des légumineuses, le nodule actinorhizien présente une structure et un développement s'apparentant aux racines latérales. L'étude des nodosités actinorhiziennes est donc particulièrement intéressante tant pour rechercher les spécificités de cette symbiose, que pour déterminer quelles sont les caractéristiques communes avec les légumineuses. Nous avons étudié le rôle du gène CCaMK dans le processus symbiotique et l'organogenèse nodulaire chez l'arbre actinorhizien Casuarina glauca. CCaMK code pour une protéine kinase dépendante du calcium et de la calmoduline (« calcium and calmodulin dependent protein kinase »). Dans la cascade de signalisation conduisant à la nodulation et à la mycorhization chez les légumineuses, ce gène est positionné en aval des oscillations calciques (« calcium spiking ») qui ont lieu durant les premières étapes de l'interaction symbiotique. CCaMK jouerait un rôle dans la perception et le décodage des oscillations calciques, ainsi que leur transduction aux différents composants contrôlant les endosymbioses racinaires. Nous avons suivi l'expression spatio-temporelle de la fusion transcriptionnelle PromCgCCaMK::GUS au cours de la nodulation et montré que celle-ci était corrélée à la présence de Frankia tout au long du processus symbiotique, soulignant ainsi le rôle clé de CCaMK dans l'infection. Par ailleurs, nous avons cherché à déterminer l'importance du domaine autoinhibiteur de la protéine CCaMK dans l'activation du processus d'organogenèse du nodule. Pour cela, nous avons réalisé et introduit chez C. glauca des constructions géniques de CgCCaMK permettant l'expression de formes tronquées constitutivement actives, car dépourvues du domaine autoinhibiteur/CaM. Nous avons aussi utilisé des formes tronquées du gène MtCCaMK de Medicago truncatula. L'expression de ces formes tronquées de CCaMK a révélé que la levée de l'autoinhibition induit la formation de nodules spontanés indépendamment de l'actinobactérie Frankia. Les résultats obtenus suggèrent que la protéine dérégulée est capable de réactiver la voie de signalisation, ainsi que les gènes situés en aval de CCaMK, qui sont nécessaires à l'organogenèse nodulaire.Mots clés : Casuarina glauca, Frankia, CCaMK, infection, autoinhibition, nodules spontanés / Molecular study of the early stages of actinorhizal symbiosis Casuarina-Frankia: functional analysis of the host plant genes controlling the infectionMore than 80% of plant species are able to develop arbuscular mycorrhizal (AM) symbiosis in association with glomeromycete fungi. In contrast, only some species of the Eurosid I clade, confined to four orders and ten Angiosperm families, are able to form nitrogen-fixing root nodule symbioses with soil bacteria. This concerns plants of the legume family (Fabaceae) and Parasponia associated with Rhizobium bacteria and actinorhizal plants associated with the actinomycete Frankia. Similarly to Legumes, the actinorhizal symbiosis results in the formation of nitrogen-fixing root nodules. However, unlike legume nodule, the actinorhizal nodule has a same origin and structure than a lateral root. Thus, the study of actinorhizal nodules is of particular interest not only for investigating its specific properties but also, for determining common characteristics shared with legume nodules.We have studied the role of CgCCaMK gene during the symbiotic process and nodule organogenesis in the actinorhizal tree Casuarina glauca. CCaMK encodes a calcium and calmodulin dependent protein kinase. In the signalisation cascade leading to both nodulation and mycorrhization in legumes, this gene is acting downstream the calcium oscillations (« calcium spiking ») that occur during the early steps of the symbiotic interaction. It has been suggested that these calcium oscillations are decoded and transduced by the CCaMK protein.We have monitored the spatio-temporal expression of a PromCgCCaMK::GUS fusion during actinorhizal nodulation and have shown that reporter gene expression was correlated with the presence of Frankia along the symbiotic process. This data highlights the role of CgCCaMK during Frankia infection. In addition, we have investigated the role of the CCaMK autoinhibitory/CaM domain in actinorhizal nodule organogenesis. To achieve this goal, we have obtained truncated versions of CgCCaMK lacking the autoinhibitory/CaM domain, and then expressed them into C. glauca. We have also used truncated forms of MtCCaMK from Medicago truncatula. The expression of these CCaMK constructs from C. glauca and M. truncatula was found to induce spontaneous nodulation in the absence of Frankia bacteria. These results suggest that deregulation of the calcium and calmodulin dependent protein kinase is able to reactivate the symbiotic signalling pathway and genes acting downstream CCaMK that are needed for nodule organogenesis.Key words: Casuarina glauca, Frankia, CCaMK, infection, autoinhibition, spontaneous nodules

Sous la forêt boréale albertaine, dans l'Ouest canadien, repose la deuxième plus grande réserve de pétrole mondiale. Son exploitation détruit l'écosystème, en plus de générer de grandes quantités de résidus phytotoxiques, dont les principaux sont le sable résiduel (TS) et le coke. Selon la loi provinciale, avant la fin de l'exploitation, les terres doivent être restituées dans leur état original. Cependant, la réhabilitation des terres demeure un défi significatif compte tenu du volume de résidus qui seront générés par l'industrie pétrolière en Alberta. Les plantes actinorhiziennes sont des végétaux très résistants, qui colonisent souvent des habitats hostiles : dépôts volcaniques, dunes de sable, sols érodés à la suite d'un glissement de terrain, sols contaminés. La plupart de ces milieux sont pauvres en azote, en conséquence, l'établissement de la symbiose avec un actinomycète fixateur d'azote atmosphérique, Frankia spp., leur confère un avantage indéniable. Parmi les plantes actinorhiziennes, l'aulne actinorhizé revêt un intérêt particulier. À maintes reprises, il a prouvé son utilité dans le cadre de diverses pratiques agroforestières ou de réhabilitation de sites contaminés par des métaux lourds, des résidus chimniques et des hydrocarbures. Des 47 espèces d'aulnes distribuées mondialement, 7 sont indigènes du Canada, dont l'aulne rugueux et l'aulne crispé. Puisque ces deux espèces ont déjà été utilisées à grande échelle au Canada pour réhabiliter des terres perturbées, leur emploi dans le cadre de la revégétalisation des sites albertains est pertinent. Ce projet de recherche en microbiologie environnementale avait comme objectif d'évaluer la capacité des aulnes Symbiotiques à coloniser directement les principaux résidus de l'industrie pétrolière albertaine. Il tentait également d'évaluer l'impact qu'auraient ces résidus sur la symbiose de l'aulne crispé et de l'aulne rugueux avec Frankia. L'hypothèse de recherche stipule donc que l'aulne crispé et l'aulne rugueux peuvent croître directement en TS et en coke, et que la symbiose avec la bactérie du genre Frankia améliore le développement des aulnes croissant dans ces résidus. Afin d'investiguer la question, des aulnes crispés et rugueux ont été cultivés en conditions gnotobiotiques, en absence ou en présence de Frankia, dans du TS ou du coke. Par la suite, ils ont été récoltés, et leur développement a été évalué. Que ce soit en présence de TS ou de coke, Frankia a établi la symbiose avec l'aulne crispé et l'aulne rugueux. Cette symbiose a permis aux aulnes de survivre en substrats résiduels et a assuré un meilleur développement de ceux-ci. Dans le cas du coke, une étude terrain a confirmé ces résultats. En conclusion, l'aulne rugueux et l'aulne crispé détiennent les qualités nécessaires pour participer à la revégétalisation des sites perturbés par l'industrie pétrolière albertaine, et la présence de la symbiose actinorhizienne améliore significativement le développement de ces végétaux en présence de stress environnemental.

Thesis (Ph. D.)--Texas State University--San Marcos, 2009. / Vita. Includes bibliographic references (leaves 19-24, 46-50, 69-74, 97-101,127-131, 141-144). Also available on microfilm.

Philosophiae Doctor - PhD / Frankia is one of two partners in the globally distributed N2-fixing actinorhizal symbiosis between this filamentous soil-dwelling actinomycete and almost 300 species of host plants from eight diverse angiosperm families. The actinorhizal symbiosis is a major contributor to nitrogen reservoirs in terrestrial ecosystems, and allows actinorhizal plants to perform the role of pioneers in newly formed and nitrogen-poor soils. Frankia are differentiated into four main host-infection groups (1: Alnus/Comptonia/Myrica-infective, 2: Rosaceae/Datisca/Coriaria-infective, 3: Elaeagnaceae/Gymnostoma-infective and 4: Casuarina-infective), and there is a large degree of phylogenetic clustering within these HIGs. Of these host lineages, species from the genus Morella, from the family Myricaceae, are notable as they have the ability to establish effective partnerships with Frankia from more than one host-infection group. Africa houses 16 of the world’s 33 currently accepted Morella species, and Morella is the continents only genus containing endemic actinorhizal species. Despite this, the diversity of Frankia in symbiosis with African Morella has never been explored. To address this lack of knowledge I investigated Frankia in root nodules of six Morella species from the Cape flora of Southern Africa, as well as in rhizosphere soils from selected hosts. Partial nif H gene fragments recovered from 202 root nodules yielded 26 unique sequences, which phylogenetic analysis assigned to Frankia Cluster I (the Alnus host infection group) and Frankia Cluster III (the Elaeagnus host infection group)1. Nineteen nif H sequences were assigned to three sub-clusters within Frankia Cluster III (CC-3, CC-4 and CC-5), and the remaining seven sequences to two sub-clusters within Cluster I (CC-1 and CC-2), one of which (CC-1) is novel to the current study. Identical sequences were recovered from nodules collected at geographically distant locations, suggesting a cosmopolitan distribution within the region for some subgroups from both clusters, but more localized distribution (or tighter host-specificity) for others. Soil pH correlated with strain presence in nodules, with Cluster I sequences being associated with hosts growing in acidic soils exclusively. Furthermore, three Morella species from the Cape flora of southern Africa are promiscuous in their natural habitats, with host infection group influenced by habitat edaphic conditions. In order to explore the correlation between soil characteristics and Frankia presence in nodules, nif H soil libraries were created from selected host rhizospheres. While Cluster III sequences from these libraries corresponded closely to sequences found in nodules from the same sites, the dominant Cape Cluster I group (CC-1) was absent from all six libraries, even when present in nodules recovered from the same soils. Whether this was due to low abundance of -but strong selection for- these strains by hosts under particular conditions, or due to the absence in soil of hyphal forms of these strains could not be determined. Cluster III strains are known to be better able to persist saprophytically than their relatives from other host-infection groups. A second group of Cluster I strains, detected at only one sampling site, was present in that site's corresponding soil library. An Alnus-infective subgroup, cluster AI, which has been detected in soils collected on five continents, was also detected in the of the Cape soil libraries but never in nodules, raising questions as to this group’s ability to persist in soil in the absence of known suitable hosts. Ten Frankia strains representing all three of the numerically dominant subgroups (CC-1, CC-3 and CC-4, found in 186 of 202 root nodules) were isolated from four Morella species. These isolates represent six of the most abundant unique nodular nif H sequences found in the field survey, and display morphological and cultural characteristics typical of Frankia. Phylogenetic analysis confirmed their identity as Frankia, and multilocus analysis revealed that the isolates belong to three genospecies. Two of these genospecies fall into existing groups within the Elaeagnus-infective Cluster III, while the remaining genospecies is a novel addition to the otherwise well-described Alnus-infective Cluster I. Whole genome sequencing of a representative from each of the Cape genospecies allowed for basic annotation and genome descriptions, which agreed in each case with what has been previously found for strains from the Elaeagnus and Alnus host-infection groups, respectively. Similarly, the organization of nitrogenase gene clusters in each of the sequenced strains mirrors that found in other strains from their respective host-infection groups, indicating that this gene cluster is highly conserved in different Frankia lineages. For the first time the diversity of Frankia nodulating endemic African Morella, and present in root-associated soils of these species, has been explored. This is also the first study to report isolation and description of Frankia strains from actinorhizal plants endemic to Africa.

This project consisted of three studies, two of which examined the effects of moisture deficits and moisture stress conditioning of black alder seedlings and the third examined the effects of shoot manipulations on the physiology of black alder seedlings and the nitrogenase activity of the seedlings' root nodules. Endophyte strain was found to be nonsignificant in response to moisture deficit and moisture-stress conditioning (MSC). Using regression analysis MSC significantly decreased the impact of low water potentials on photosynthesis and acetylene reduction. There were no significant improvements in this response with increased MSC periods. Exposure of nodules to dry soil conditions while keeping the host plant hydrated did not significantly reduce acetylene reduction, nodule sugar content, transpiration or leaf conductance; however, photosynthesis was significantly reduced. Only defoliations of 100% significantly lowered acetylene reduction. Defoliations of 45% caused increases in photosynthesis and transpiration of residual leaves three days following defoliation. Nodule sugar content was unaffected by any level of defoliation. / Master of Science

L'azote est essentiel au développement de toutes les cellules vivantes. Il est un des facteurs limitant de la croissance végétale. La seule source d'azote abondante est l'atmosphère contenant 80 % de diazote mais cette forme n'est assimilable que par certains procaryotes. Ces microorganismes sont capables de fixer l'azote atmosphérique sous leur forme libre ou en symbiose avec des plantes. Ainsi, ils fournissent à leur plante partenaire des substrats azotés, sous forme d'ammoniaque, tandis qu'en retour celle-ci fournit à la bactérie des substrats carbonés issus de sa photosynthèse. Il s'agit d'une association à bénéfices réciproques. Il existe deux grands types de symbiose fixatrice d'azote : la symbiose rhizobienne, impliquant diverses Protéobactéries et la symbiose actinorhizienne impliquant une Actinobactérie, Frankia. Les bactéries pénètrent les cellules des plantes pour former un nouvel organe, la nodosité dans laquelle va avoir lieu la fixation d'azote. Les bases moléculaires à l'origine de la symbiose rhizobienne sont très bien caractérisées tandis que celles de la symbiose actinorhizienne restent en grande partie inconnue, de par l'absence d'outils génétiques. Toutefois, les premières étapes de mise en place de la symbiose présentent des similarités. Les deux bactéries sont capables d'induire la déformation du poil racinaire en sécrétant un facteur déformant, le facteur Nod pour la plupart des symbioses rhizobiennes et un facteur encore non caractérisé dans le cas de la symbiose actinorhizienne. La problématique de mes travaux de thèse est de savoir si le dialogue moléculaire s'établissant entre la plante et la bactérie est basé sur des composants universels. Ce travail a utilisé deux approches. Une approche ciblée visait à mettre en évidence la fonction. Une approche non-ciblée par le biais des puces transcriptomiques chez Frankia a permis de comparer l'expression génétique entre des conditions de vie libre et des conditions de vie symbiotique. Enfin, une dernière approche a concerné les composés aromatiques chez Frankia. Il s'agissait d'établir si Frankia était capable de cataboliser différents composés aromatiques. En effet, beaucoup d'entre eux sont impliqués dans les interactions plante-bactérie, notamment dans les réactions de défense de la plante / Nitrogen is essential for cells development. It's one of the limiting factors of plant growth. The only abundant source of this component is the atmosphere which contains 80 % of dinitrogen, but this form can only be assimilated by some prokaryotes. These microorganisms are able to fix atmospheric nitrogen under freeliving condition or in symbiosis with some plants. Thus, they provide nitrogen substrates to the plant in the form of ammonium, and in return the plant provides carbon substrates from photosynthesis. It is an association with reciprocal profits for both partners. There are two major nitrogen-fixing symbioses: rhizobial symbiosis, which involves various Proteobacteria and actinorhizal symbiosis, which involves the Actinobacterium, Frankia. Bacteria enter plant root cells and develop a new organ, the nodule where nitrogen fixation takes place. Molecular bases are well characterized for rhizobial symbiosis, whereas little is known about the actinorhizal symbiosis. This fact is in part due to absence of genetic tools for Frankia. However, early steps of the interaction show some similarities. These two bacteria are able to induce root hair deformation by secreting a deforming factor, Nod factor in most rhizobial symbioses and a noncharacterized factor in the actinorhizal symbiosis. The aim of this thesis was to determine if molecular dialogue between plant and bacteria is based on universal components. This work used two approaches. One was targeted on nodC-like gene from Frankia alni ACN14a. We tried to characterize their function. Another used trancriptomic microarrays in Frankia. This technique allowed us to compare transcripts from 2 conditions: free-living cells and symbiosis. A last approach focused on aromatic compounds in Frankia. We wanted to determine if Frankia was able to use different aromatic compounds to grow. Indeed, a lot of aromatic compounds are involved in plant-bacteria interaction such as plant defense

La définition de la structure phylogénétique du genre Frankia est encore problématique, les forces évolutives guidant son spéciation, dispersion et donc la génération de sa diversité ne sont pas complètement documentées. La phylogénie actuelle du genre a été définie par l’analyse comparative de la séquence du 16S rRNA. Par ailleurs, la définition des espèces génomiques a été gênée par la faible applicabilité de la technique d’hybridation ADN-ADN. Dans le cadre de cette thèse nos travaux ont consisté à étudier la variabilité génomique dans le genre et sa conséquente traduction en variabilité spécifique et écologique. Dans un premier temps, nous avons évalué la diversité spécifique du genre ainsi que l’utilité de la technique AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphism) pour la définition des espèces génomiques. De plus, notre protocole fut aussi utilisé pour analyser souches non isolées en appliquant le protocole directement sur des nodosités actinorhiziennes. Dans un deuxième temps, un schéma MLSA (Multilocus Sequence Analysis) nous a permis de redéfinir la phylogénie du genre sur une centaine de souches, et pour la première fois de décrire la divergence phylogénétique d’un groupe de souches non-isolées présentant un phénotype unique de sporulation in planta (Sp+). Les souches Sp+ sont distribuées dans deux clades très divergents dont la structuration est fortement corrélée au génotype de la plante hôte et au phénotype Sp+/Sp- de la souche. L’intérêt de marqueurs génétiques présentant un intérêt pour l’écologie des souches a été révisé. Dans ce but nous avons étudié la présence, distribution et phylogénie de sodF et des différents composants génétiques impliquées dans la production des siderophores chez Frankia. / The depiction of the phylogenetic structure of the genus Frankia is still troublesome and the evolutionary forces guiding the speciation, dispersion and diversity are not well documented. The current phylogeny has been defined on the basis of the comparative analysis of the 16S rRNA gene sequence while de genomospecies definition is still subjected to DNA-DNA hybridization trials. Aiming to bring to light the genomic variability of the genus and its translation into the ecological and specific diversity, our studies consisted in, firstly, evaluating the specific diversity within the genus and the ability of the Amplified Fragment Length Polymorphism technique (AFLP) to describe Frankia genomospecies and their phylogenetic liaisons. Moreover this technique was also tested for the study of the non isolated Frankia directly in the actinorhizal nodules. Secondly, we defined a MLSA (Multilocus Sequence analysis) scheme which allowed us to establish a phylogeny of the genus by using a hundred of strains and for the first time to describe the phylogenetic divergence of a group of non culturable strains exhibiting the particular ability (phenotype) of sporulating in planta (Sp+). The Sp+ strains are distributed into two divergent clades whose structure is highly correlated to the host genotype. The importance of genetic markers having impact over ecology of the strains has been revised. In this regard we have studied the phylogenetic analysis and the occurrence of the genetic components for the siderophore production and of the sodF gene in Frankia.

Frankia est une actinobactérie symbiotique de 8 familles de plantes actinorhiziennes. Elle est connue par sa capacité à fixer l'azote moléculaire. La taxonomie et la phylogénie du genre Frankia reste incomplète et à explorer. Les objectifs de cette thèse sont d'apporter des connaissances supplémentaires sur la position phylogénétique et l'évolution des différents groupes d'infectivité du genre Frankia. Dans un premier temps, une phylogénie moléculaire basée sur les gènes glnII, nifH, gyrB et des ITS 16S-23S de l'ADNr a été réalisée. Le résultat de cette étude souligne la présence de quatre groupes de Frankia : (i) le groupe 1 associe les souches infectives des Betulaceae, Myricaceae et Casuarinaceae ; (ii) le groupe 2 des microsymbiotes obligatoires associés aux Coriariaceae, Datiscaceae, Rosaceae et Ceanothus (Rhamnaceae); (iii) le groupe 3 de souches d'Elaeagnaceae, Rhamnaceae, Myricaceae et Gymnostoma (Casuarinaceae) et (iv) le groupe 4, à position ancestrale, renferme les souches atypiques non fixatrices d'azote et/ou non infectives. Le groupe 3 aurait émergé à partir du groupe 4, alors que les groupes 1 et 2 sont les groupes qui ont émergé plus récemment. Dans cette thèse, nous avons montré que la concaténation des séquences des trois gènes (glnII, nifH et gyrB) semble être un outil puissant pour une meilleure étude évolutive afin de contourner l'influence du phénomène de transfert horizontal des gènes sur la phylogénie du genre Frankia. Par ailleurs, nous avons remarqué que la faible variabilité génétique est associée à la régression de taille des génomes de Frankia et coïncide avec des transitions de mode de vie symbiotique et une répartition géographique restreinte (le cas des Frankia–Casuarina et des Frankia non cultivables du groupe 2). Dans un second temps, nous avons focalisé nos recherches sur le modèle Frankia-Coriaria. Nous avons défini quatre groupes de Frankia endosymbiotes et deux groupes pour les Coriaria en se basant sur les séquences de trois marqueurs, glnA (glutamine synthétase), dnaA (amorceur de réplication des chromosomes) et l'IGS nifD-K (l'espace intergénique entre les gènes nifD et nifK codant pour les sous-unités alpha et beta de la protéine molybdène-fer) pour les Frankia microsymbiotes et deux régions d'ADN, matK (maturase chloroplastique) et ITS1- 2 (ARNr 18S - ITS1 - ARNr 5.8S - ITS2 –ARNr 28S) pour la plante hôte. L'analyse phylogénétique de deux partenaires symbiotiques, Frankia et son hôte respectif, montre l'absence de cospéciation. Ce résultat est cohérent avec celui de dernier chapitre dont nous avons montré, pour la première fois, l'occurrence de Frankia compatibles avec Coriaria dans un sol tunisien, dépourvu de la plante hôte depuis plus de deux siècles. Ce résultat est un bon argument de l'indépendance de Frankia microsymbiote de la plante hôte Coriaria et met en question la non cultivabilité des Frankia du groupe 2 / Frankia is an actinobacterium best known for its ability to fix molecular nitrogen and infect the roots of 8 actinorhizal plant families. The Taxonomy and the phylogeny of the Frankia genus remain incomplete and have to be more explored. The objective of this thesis is to provide additional knowledge on the phylogeny and evolution of different Frankia groupes. Firstly, the molecular phylogeny based on the analysis of glnII, gyrB, nifH genes, and 16S–23S rRNA internally transcribed spacer (ITS) sequences was carried out. The result of this study emphasized the presence of four Frankia clusters: (i) cluster 1 for Frankia associated with Betulaceae, Myricaceae and Casuarinaceae (ii) cluster 2 contains Frankia microsymbionts associated with Coriariaceae, Datiscaceae, Rosaceae and Ceanothus (Rhamnaceae), (iii) cluster 3 for Frankia of Elaeagnaceae, Rhamnaceae, Myricaceae and Gymnostoma (Casuarinaceae) and (iv) cluster 4 including atypical Frankia strains that are non-infective and/or non-nitrogen-fixing was positioned at a deeper branche followed by groupes 3. While clusters 1 and 2 appeared to have diverged more recently. The present study demonstrates the utility of phylogenetic analyses based upon concatenated gyrB, nifH and glnII sequences to resolve previously unresolved or poorly resolved nodes and will help describing species among the genus Frankia. The variation of the average pairwise distance within and between the clusters allows us to suggest a gradual erosion of Frankia diversity concomitantly with a shift from saprophytic non infective/non-effective to facultative and symbiotic lifestyle. Then, we focused on the cluster 2 of non-culturable Frankia in general and special focus on Frankia associated with Coriaria. The absence of cospeciation between the uncultured Frankia microsymbionts and the disjunct actinorhizal Coriaria species has been shown. These results were obtained following analyze of three bacterial genes; glnA (glutamine synthetase), dnaA (chromosome replication initiator) and the nifD-K IGS (intergenic spacer between genes coding respectively for nitrogenase molybdenum-iron alpha and beta subunits) and two DNA region of the host plants; matK (chloroplast-encoded maturase K) and the intergenic transcribed spacers (nuclear-encoded 18S rRNA-ITS1-5.8S rRNA-ITS2-28S rRNA).This result is consistent with the last chapter in which we showed, for the first time, the occurrence of compatible Frankia with Coriaria in a Tunisian soil, devoid of the host plant for more than two centuries. This represents a first argument for the independence of Frankia nodulating Coriaria to their host plants