Le corps humain contient plus de 3.72X10^13 cellules qui se distinguent par leur morphologie, fonction et état. Leur catalogage en atlas cellulaires c'est entamé il y a plus de 150 ans, avec l'invention des colorants cellulaires en microscopie. Notre connaissance des types cellulaires et leur phénotypes moléculaires nous permet de connaître et prédire leurs fonctions et patrons d'interactions. Ces connaissances sont à la base de la capacité à poser des diagnostics, créer des médicaments et même faire pousser des organes en biologie synthétique. Surprenamment, notre connaissance est loin d'être complète et c'est pourquoi la caractérisation systématique des cellules et l'assemblage des connaissances en atlas cellulaires est nécessaire. Le développement du séquençage à haut débit a révolutionné la biologie des systèmes et ce type de données est parfait pour la construction d'atlas cellulaires entièrement basés sur les données. Un tel atlas cellulaire contiendra une représentation des cellules par des vecteurs de nombres, où chaque vecteur encode le profil moléculaire capturant des informations biologiques de chaque cellule. Chaque expérience de séquençage d'ARN (RNA-Seq) produit des dizaines de milliers de mesures extrêmement riches en information dont l'analyse demeure non-triviale. Des algorithmes de réduction de dimensionnalité, entre autres, permettent d'extraire des données des patrons importants et encoder les échantillons dans des espaces plus interprétables. De cette manière, les cellules similaires sont groupés sur la base d'une multitude de mesures qu'offre le RNA-Seq. Nous avons donc créé un modèle, le Factorized Embedding (FE), qui permet d'organiser les données de séquençage d'ARN de la sorte. Le modèle apprend simultanément deux espaces d'encodage: un pour les échantillons et l'autre pour les gènes. Nous avons observé qu'une fois entraîné, que ce modèle groupe les échantillons sur la base de leur similarité d'expression génique et permet l'interpolation dans l'espace d'encodage et donc une certaine interprétabilité de l'espace d'encodage. Du côté de l'encodage des gènes, nous avons remarqué que les gènes se regroupaient selon leurs patrons de co-expression ainsi que selon des similarité de fonctions, trouvées via des ontologies de gènes (Gene Ontology, GO). Nous avons ensuite exploré les propriétés d'une modification du modèle FE, baptisée le Transcriptome Latent (TLT, de l'anglais The Latent Transcriptome), où l'encodage des gènes est remplacé par une fonction d'encodage de k-mers provenant de données brutes de RNA-Seq. Cette modification du modèle capture dans son espace d'encodage des séquence à la fois de l'information sur la similarité et l'abondance des séquences ADN. L'espace d'encodage a ainsi permis de détecter des anormalités génomiques tels les translocations, ainsi que des mutations spécifiques au patient, rendant cet espace de représentation utile autant pour la visualisation que pour l'analyse de données. Finalement, la dernière itération explorée dans cette thèse, du modèle FE, baptisée cette fois-ci le TCRome, encode des séquences TCR (récepteurs de cellules T) plutôt que des k-mers, venant du séquençage de répertoires immuns (TCR-Seq). Une irrégularité dans la performance du modèle a mené à une analyse des séquences plus approfondie et à la détection de deux sous-types de TCR. Nous avons analysé les répertoires TCR de plus de 1000 individus et rapportons que le répertoire TCR est composé de deux types de TCR ontogéniquement et fonctionellement distincts. Nous avons découvert des patrons distincts dans les abondances de l'un ou l'autre type, changeant en fonction du sexe, l'âge et dans le cadre de maladies telles chez les sujets portant des mutations dans le gène AIRE et dans le cadre de la maladie du greffon contre l'hôte (GVHD). Ces résultats pointent vers la nécessité d'utiliser des données de séquençage multi-modales pour la construction d'atlas cellulaires, c'est à dire en plus des séquence TCR, des données sur l'expression génique ainsi que des caractérisation moléculaires seront probablement utiles, mais leur intégration sera non-triviale. Le modèle FE (et ses modifications) est un bon candidat pour ce type d'encodage, vu sa flexibilité d'architecture et sa résilience aux données manquantes. / The human body contains over 3.72 x 10^13 cells, that distinguish themselves by their morphology, function and state. Their cataloguing into cell atlases has started over 150 years ago, with the invention of cellular stains for microscopy. Our knowledge of cell types and molecular phenotypes allows is to better know and predict their functions and interaction patterns. This knowledge is at the basis of the ability to diagnose disease, create drugs and even grow organs in synthetic biology. Surprisingly, our knowledge is far from complete and this is why a systematic characterization of cells and the assembly of cell atlases is important. The development of high throughput sequencing has revolutionized systems biology and this type of data is perfect for the construction of entirely data-driven cell atlases. Such an atlas will contain a representation of cells by vectors of numbers, where each vector encodes a molecular profile, capturing biological data about each cell. Each sequencing experiment yields tens of thousands of measurements, extremely rich in information, but their analysis remains non-trivial. Dimensionnality reduction algorithms allow to extract from the data important patterns and encode samples into interpretable spaces. This way, similar cells are grouped on the basis of a multitude of measurements that comes from high throughput sequencing. We have created a model, the Factorized Embedding (FE), that allows to organize RNA sequencing (RNA-Seq) data in such a way. The FE model learns simultaneously two encoding spaces: one for samples and one for genes. We have found that the model groups samples on the basis of similar gene expression and allows for smooth interpolation in the encoding space and thus some manner of interpretability. As for the gene encoding space, we observed that gene coordinates were grouped according to co-expression patterns as well as similarity in function, found via gene ontology (GO). We then explored a modification of the FE model, names The Latent Transcriptome (TLT), where the gene encoding function is replaced by a function encoding k-mers, calculated from raw RNA-Seq data. This modification of the model captured in the k-mer encoding space both sequence similarity and sequence abundance. The encoding space allowed for the detection of genomic abnormalities such as translocations, as well as patient-specific mutations, making the encoding space useful for both visualisation and data analysis. Finally, the last iteration of the FE model that we explored, called TCRome, encodes amino-acid TCR sequences rather than k-mers. An irregularity in the model's performance led us to discover two TCR subtypes, entirely based on their sequence. We have thus analyzed TCR repertoires of over 1000 individuals and report that the TCR repertoire is composed of two ontogenically and functionally distinct types. We have discovered distinct pattens in the abundances of each of the sub-types, changing with age, sex and in the context of some diseases such as in individuals carrying a mutated AIRE gene and in graft versus host disease (GVHD). Collectively, these results point towards the necessity to use multi-modal sequencing data for the construction of cell atlases, namely gene expression data, TCR sequencing data and possibly various molecular characterizations. The integration of all this data will however be non-trivial. The FE model (and its modifications) is a good candidate for this type of data organisation, namely because of its flexibility in architecture and resilience to missing data.

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Myrmarker har en stor roll i regleringen av den globala kolbalansen och koncentrationerna av koldioxid och metan i atmosfären, vilket gör dem till speciellt viktiga ekosystem ur ett klimatförandringsperspektiv. Förändringar av myrmarker genom naturlig utveckling eller antropogen påverkan kan därför få långtgående störningar av myrars klimatreglerande funktion. Mikroorganismer har en avgörande roll i biogeokemiska processer genom att t ex bryta ned organisk material i mark och därmed styra kolets kretslopp. För att förstå hur myrsystemen reagerar på störningar är det därför väsentligt att veta hur mikroorganismsamhällena reagerar genom förändringar i sammansättning och biogeokemisk aktivitet. Målet för studierna, som ligger till grund för denna avhandling, var att undersöka hur mikroorganismsamhällen i myrar reagerar på uppvärmning genom klimatförändring och ökade kväve- (N) och svavel- (S) halter i nederbörd. High through-put sekvensering användes för att studera taxonomiska och funktionella egenskaper hos mikroorganismerna i myrar och quantative PCR användes för att mer specifikt studera de metanbildande arkeorna. Två fältkampanjer vardera omfattande tre ombrotrofa myrar med olika klimatförhållanden och olika mängder N och S inederbörden användes för att undersöka lokala och storskaliga effekter på myrars mikrobiella samhällen. Resultaten visade att latudinell variation i geoklimatologiska förhållanden (temperatur ochnederbördsmängd) och deposition av näringsämnen hade en påverkan på sammansättningen av de mikrobiella samhällena och aktiva metanbildare förr än variationen i den kemiska miljön inom varje specifik myr. Myrväxtsamhällenas sammansättning för en specifik myr visades sig i stor utsträckning styra sammansättningen av motsvarande mikrobiella samhälle i torvprofilen. Detta framgick klart av i en analys av samexisterande nätverk av mikroorganismsamhällen och motsvarande växtsamhällen i en studie av tre geografiskt skilda myrar med olika kvävedeposition. Effekterna av klimatförändring och nederbörd med olika mängder av N och S studerades mer specifikt genom att analysera de mikrobiellasamhällena i  ett långliggande (18 år) försök. Påverkan av var och en av dessa manipulationer antingen förstärktes eller minskades, när de förekom i kombinationer. Ökad kvävedeposition var den faktor som hade starkast effekt. De långvariga störningarna medförde stora förändringar i den mikrobiella taxonomin inom samhällena. Detta återspeglades dock inte i den fysiologiska kapaciteten, vilket visar att det finns en stark buffring i myrarnas mikrobiella funktion. Detta tyder på att framtida utveckling av myrar i relation till olika störningar sannolikt inte kommer att påverka myrarnas roll för kolbalans och växthusgasutbyte med atmosfären. / Peatlands play a substantial role in regulating the global carbon balance and concentrations of the greenhouse gases CO2 and CH4 in the atmosphere, and are thus of utmost importance from a climate change perspective. Any changes of peatland functions due to natural or anthropogenic perturbations may result in changes in these ecosystem services. Soil microbial communities are essential drivers of biogeochemical processes, including the carbon cycle. In order to fully understand the effect of environmental perturbations on peatland functions, it is essential to understand how microbial communities are affected. The aim of the research presented in this thesis was to investigate the responses of the peat microbial communities to climate change and increased precipitation of nitrogen(N) and sulfur (S) compounds. High-throughput sequencing approaches were used to investigate the taxonomic and functional composition of microbial communities, and quantitative PCR was used to specifically target the methanogen community. Two field studies including three ombrotrophic peatlands each that differed in climatological conditions and atmospheric N and S depositions, were used to investigate and compare the effect of large- and local-scale environmental conditions on microbial communities. The results show that the variation in geo-climatological (temperature and precipitation) and atmospheric deposition conditions along the latitudinal gradient modulate the peat microbial community composition and the abundance of active methanogens to a greater extent thansite-related microhabitats. Furthermore, a tight coupling between the plant community composition of a site and the composition of its microbial community was observed, and was found to be mainly driven by plants rather than microorganisms. These co-occurrence networks are strongly affected by seasonal climate variability and the interactions between species in colder areas are more sensitive to climate change. The long-term effects of warming and increased N and S depositions on the peat microbial communities were further investigated using an 18-year in-situ peatland experiment simulating these perturbations. The impacts of each of these perturbations on the microbial community were found to either multiply or counteract one another, with enhanced N deposition being the most important factor. While the long-term perturbations resulted in a substantial shift in the taxonomic composition of microbial communities, only minor changes occurred in genome-encoded functional traits, indicating a functional redundancy. This could act as a buffer maintaining ecosystem functioning when challenged by multiple stressors, and could limit future changes in greenhouse gases and carbonexchange.

Les écosystèmes dunaires remplissent plusieurs fonctions écologiques essentielles comme celle de protéger le littoral grâce à leur capacité d’amortissement face aux vents et vagues des tempêtes. Les dunes jouent aussi un rôle dans la filtration de l’eau, la recharge de la nappe phréatique, le maintien de la biodiversité, en plus de présenter un attrait culturel, récréatif et touristique. Les milieux dunaires sont très dynamiques et incluent plusieurs stades de succession végétale, passant de la plage de sable nu à la dune bordière stabilisée par l’ammophile à ligule courte, laquelle permet aussi l’établissement d’autres herbacées, d’arbustes et, éventuellement, d’arbres. Or, la survie de ces végétaux est intimement liée aux microorganismes du sol. Les champignons du sol interagissent intimement avec les racines des plantes, modifient la structure des sols, et contribuent à la décomposition de la matière organique et à la disponibilité des nutriments. Ils sont donc des acteurs clés de l’écologie des sols et contribuent à la stabilisation des dunes. Malgré cela, la diversité et la structure des communautés fongiques, ainsi que les mécanismes influençant leur dynamique écologique, demeurent relativement méconnus. Le travail présenté dans cette thèse explore la diversité des communautés fongiques à travers le gradient de succession et de conditions édaphiques d’un écosystème dunaire côtier afin d’améliorer la compréhension de la dynamique des sols en milieux dunaires. Une vaste collecte de données sur le terrain a été réalisée sur une plaine de dunes reliques se trouvant aux Îles de la Madeleine, Qc. J’ai échantillonné plus de 80 sites répartis sur l’ensemble de ce système dunaire et caractérisé les champignons du sol grâce au séquençage à haut débit. Dans un premier temps, j’ai dressé un portait d’ensemble des communautés fongiques du sol à travers les différentes zones des dunes. En plus d’une description taxonomique, les modes de vie fongiques ont été prédits afin de mieux comprendre comment les variations au niveau des communautés de champignons du sol peuvent se traduire en changements fonctionnels. J’ai observé un niveau de diversité fongique élevé (plus de 3400 unités taxonomiques opérationnelles au total) et des communautés taxonomiquement et fonctionnellement distinctes à travers un gradient de succession et de conditions édaphiques. Ces résultats ont aussi indiqué que toutes les zones des dunes, incluant la zone pionière, supportent des communautés fongiques diversifiées. Ensuite, le lien entre les communautés végétales et fongiques a été étudié à travers l’ensemble de la séquence dunaire. Ces résultats ont montré une augmentation claire de la richesse spécifique végétale, ainsi qu’une augmentation de la diversité des stratégies d’acquisition de nutriments (traits souterrains lié à la nutrition des plantes, soit mycorhizien à arbuscule, ectomycorhizien, mycorhizien éricoide, fixateur d’azote ou non spécialisé). J’ai aussi pu établir une forte corrélation entre les champignons du sol et la végétation, qui semblent tous deux réagir de façon similaire aux conditions physicochimiques du sol. Le pH du sol influençait fortement les communautés végétales et fongiques. Le lien observé entre les communautés végétales et fongiques met l’emphase sur l’importance des interactions biotiques positives au fil de la succession dans les environnements pauvres en nutriments. Finalement, j’ai comparé les communautés de champignons ectomycorhiziens associées aux principales espèces arborescentes dans les forêts dunaires. J’ai observé une richesse importante, avec un total de 200 unités taxonomiques opérationnelles ectomycorhiziennes, appartenant principalement aux Agaricomycètes. Une analyse de réseaux n’a pas permis de détecter de modules (c'est-à-dire des sous-groupes d’espèces en interaction), ce qui indique un faible niveau de spécificité des associations ectomycorhiziennes. De plus, je n’ai pas observé de différences en termes de richesse ou de structure des communautés entre les quatre espèces hôtes. En conclusion, j’ai pu observer à travers la succession dunaire des communautés diversifiées et des structures distinctes selon la zone de la dune, tant chez les champignons que chez les plantes. La succession semble toutefois moins marquée au niveau des communautés fongiques, par rapport aux patrons observés chez les plantes. Ces résultats ont alimenté une réflexion sur le potentiel et les perspectives, mais aussi sur les limitations des approches reposant sur le séquençage à haut-débit en écologie microbienne. / Coastal dunes provide several key ecosystem services, such as erosion mitigation and protection of the littoral by forming a barrier against wind and wave action. These ecosystems also importantly contribute to water filtering, groundwater replenishment, maintenance of biodiversity, and have a cultural, aesthetic and recreational importance. Dune ecosystems are highly dynamic and characterized by stark ecological successional gradients. The sequence of plant communities along the gradient extends from upper beach to the foredune stabilized by pioneer species such as beach grass, which facilitates the establishment of other herbs, shrubs and eventually, trees. Plant growth and survival can be limited by environmental factors such as wind, salinity, drought and nutrient deficiency, and is therefore strongly linked to the presence of soil microorganisms. Soil fungi in particular are important plant symbionts and major regulators of organic matter decomposition, nutrient cycling and soil structure. Hence, they are key drivers of soil and vegetation dynamics, as well as important contributors to dune stabilisation. Still, the diversity and structure of soil fungal communities, as well as the mechanisms responsible for their ecological dynamic, remain incompletely understood. In this thesis, I aimed to characterize fungal communities along a successional and edaphic gradient in a coastal dune in order to improve our understanding of soil dynamics in sand dunes ecosystems. I performed a comprehensive sampling of soils and aboveground vegetation at over 80 sites on a relic foredune plain. Soil fungi were characterized using high-throughput sequencing. A general description of soil fungal communities across dune zones was produced and, in addition to a taxonomic description, I assigned putative roles to all fungal genera to determine how variations in fungal community can be translated in functional changes. I recorded high level of fungal diversity (over 3400 operational taxonomic units) and described distinct communities along the successional and edaphic gradient. These results demonstrated the presence of taxonomically and functionally diverse communities across the dune sequence, including in the barren foredunes. I also investigated the links between plant and fungal communities across the edaphic and successional gradient. These results showed a clear increase in plant species richness, as well as in the diversity of nutrient-acquisition strategies (belowground trait related to plant nutrition: arbuscular mycorrhizal, ectomycorrhizal, ericoid mycorrhizal, nitrogen-fixing or unspecialized). I also found a very strong correlation between aboveground vegetation and soil fungal communities, which both responded to soil physicochemical properties. Soil pH importantly shaped plant and fungal communities, and could act as an important environmental filter along this relic foredune plain. The coordinated changes in soil microbial and plant communities highlight the importance of aboveground-belowground linkages and of positive biotic interactions during ecological succession in nutrient-poor environments. Finally, I compared the ectomycorrhizal fungal communities associated with four co-occuring tree species in the forested zone of the relic foredune plain. High ectomycorrhizal fungal richness was observed across the four hosts, with a total of 200 ectomycorrhizal operational taxonomic units, mainly belonging to the Agaricomycetes. Network analysis did not detect modules (i.e. subgroups of interacting species), indicating a low level of specificity in these ectomycorrhizal associations. In addition, there were no differences in ectomycorrhizal diversity or community structure among the four tree species. To conclude, I was able to describe diverse communities and distinct community structures across the dune sequence, for both plants and fungi. Succession however seemed less pronounced in fungal communities compared to patterns observed in plants. These results fueled a reflection on the potential and perspectives, as well as the limitations, of high-throughput sequencing approaches in the field of microbial ecology.

The Amazon rainforest is considered the world\'s largest reservoir of plant and animal biodiversity, but in recent years has been subjected to high rates of deforestation for the conversion of native areas into agricultural fields and pasture. The understanding of the effects of land-use change on soil microbial communities is essential, taking into account the importance that these organisms play in the ecosystem. In this context, this thesis evaluated the effect of these changes on microorganism communities in soils under different land-use systems. In the first study, the microbial communities were analyzed using the nextgeneration sequencing Illumina Hiseq2000, considering samples from native forest, deforested area, agriculture and pasture. From the analysis of approximately 487 million sequences was possible to show that microbial communities respond differently in each landuse system, with changes in both taxonomic and functional diversity. Also, we suggested that ecosystem function in forest soils is maintained by the abundance of microorganisms, while in disturbed areas such functioning is maintained by high diversity and functional redundancy. In the second study, we assessed the extent to which a particular plant species, i.e. soybean, is able to select the microbial community that inhabits the rhizosphere. From the metagenomic sequencing by the 454 GS FLX Titanium platform we investigated the taxonomic and functional diversities of soil and rhizosphere communities associated to soybean, and also tested the validity of neutral and niche theories to explain rhizosphere community assembly process. The results suggest that soybean selects a specific microbial community inhabiting the rhizosphere based on functional traits, which may be related to benefits to the plant, such as growth promotion and nutrition. This process of selection follows largely the niche -based theory indicating the selection power of the plant and other environmental variables in shaping the microbial community both at the taxonomic and functional level. This thesis highlights the importance of microbial ecology studies in the context of the Amazon to a better understanding of the effects of deforestation on microorganisms, and provides information that can be suitable for future development of sustainable approaches for the ecosystem use / A floresta Amazônica é considerada o maior reservatório de biodiversidade vegetal e animal do mundo, porém, nos últimos anos tem sido submetida à altas taxas de desmatamento para a conversão de áreas de mata nativa em campos de agricultura e pastagem. A compreensão sobre os efeitos dessa mudança de uso da terra sobre as comunidades microbianas do solo é fundamental, levando-se em consideração a importância que esses organismos desempenham no ecossistema. Neste contexto, este trabalho de tese avaliou o efeito dessas mudanças sobre as comunidades de micro-organismos em solos sob diferentes sistemas de uso. No primeiro estudo, as comunidades microbianas foram analisadas por meio do sequenciamento de nova geração Illumina Hiseq2000, sendo consideradas amostras de áreas de floresta nativa, área desmatada, agricultura e pastagem. A partir da análise de aproximadamente 487 milhões de sequências foi possível mostrar que as comunidades microbianas respondem diferentemente em cada sistema de uso do solo, com alterações tanto na diversidade taxonômica quanto funcional. Também, sugere-se que o funcionamento do ecossistema em solos de floresta é mantido pela abundância dos micro-organismos presentes, enquanto nas áreas alteradas esse funcionamento é mantido pela alta diversidade e redundância funcional. No segundo estudo foi avaliado até que ponto uma espécie de planta, i.e. soja, é capaz de selecionar a comunidade habitante de sua rizosfera. A partir do sequenciamento metagenômico pela plataforma 454 GS FLX Titanium da Roche foi investigado a diversidade taxonômica e funcional das comunidades de solo e rizosfera associadas à soja, e testou-se a validade das teorias neutras e de nicho para explicar o processo de formação das comunidades microbianas. Os resultados sugerem que a soja seleciona uma comunidade específica que habita sua rizosfera com base em atributos funcionais, os quais podem estar relacionados com benefícios à planta, como promoção do crescimento e nutrição. Esse processo de seleção segue a teoria de nicho, indicando o poder de seleção da planta e de outras variáveis ambientais em moldar as comunidades microbianas tanto de forma taxonômica quanto funcional. Esta tese destaca a importância de estudos em ecologia microbiana no contexto da Amazônia para uma melhor compreensão dos efeitos do desmatamento sobre os microrganismos e disponibiliza informações que podem ser futuramente utilizados para o desenvolvimento de metodologias mais sustentáveis para o uso do ecossistema

Ubiquitaires et très anciens, les communautés des tapis microbiens font preuve de capacités métaboliques et adaptatives très importantes. Situés en zone côtières, ces écosystèmes peuvent être soumis à des contaminations pétrolières. Dans ce contexte, cette étude vise d’une part à décrire la structure et le fonctionnement de tapis microbiens et d’autre part à comprendre l’impact d’une contamination pétrolière sur ces écosystèmes. Cette étude porte sur deux tapis microbiens de l’étang de Berre aux paramètres physico-Chimiques proches mais présentant des contaminations pétrolières contrastées. Le fonctionnement du système étant tributaire d’autres facteurs tels que la lumière et les saisons, les variations saisonnières et nycthémérales ont été prises en compte dans cette étude. Un accent particulier a également été porté sur le cycle du soufre de par son importance en milieu marin. Les résultats de cette étude mettent en évidence des structures de communautés différentes entre les deux tapis au niveau global, la séparation spatiale prévalant sur la séparation saisonnière. La fraction active de la communauté du site contaminé présente une évolution linéaire tandis que celle du site témoins suit pour sa part les variations saisonnières. Au niveau du site contaminé une augmentation de l’expression des gènes impliqués dans la dégradation des hydrocarbures couplée à une biodégradation des hydrocarbures suggère que le tapis contaminé est adapté à la contamination pétrolière. Malgré les différences de structures et d’activités de dégradation, des profils métaboliques très semblables sont cependant observables entre les deux tapis, avec des fonctions similaires laissant supposer une redondance fonctionnelle. Des variations saisonnières et nycthémérales ont également été observées avec notamment des Desulfobulbaceae plus abondantes au printemps et plus actives en journée. Des études culturales ont été réalisées en parallèle. Elles permettront d’appréhender de manière complémentaire la dynamique des communautés des sulfato-Réducteurs au sein du tapis et de mieux comprendre les variations mises en évidence dans cette étude. / Ubiquist and very ancient, the microbial mats communities demonstrate very important metabolic and adaptive capacities. Located in the coastal area, these ecosystems may be subject to oil contamination. In this context, the aim of this study is on one hand to describe the structure and functioning of microbial mats and on the other to understand the impact of oil contamination on these ecosystems. This study focused on two microbial mats from the Berre lagoon with close physical chemical parameters but with contrasted hydrocarbon contamination levels. The functioning of the system is dependent on other factors such as light and seasons, diurnal and seasonal variations were taken into account in this study. Special emphasis was placed on the sulfur cycle due to its importance in the marine environments. The results of this study highlighted different communities’ structures at the global level between both mats, the spatial variation prevailed on seasonal variation. The active part of the community from the contaminated site shows a linear trend while that one of the uncontaminated site follows the seasonal variations. The contaminated site shows genes involved in hydrocarbon degradation more expressed coupled to a hydrocarbon biodegradation suggesting that the contaminated mat is adapted to the petroleum contamination. Despite these differences in the structure and the degradation capacities, very similar metabolic profiles are observed between the two mats with similar functions, suggesting functional redundancy. Seasonal and diurnal variation was also observed, the Desulfobulbaceae were particularly more abundant in spring and more active during the day. A complementary cultural approach will allow to better understanding the dynamics of sulfate-Reducers communities in the mat and comprehending these variations.

Les écosystèmes côtiers sont des milieux complexes au sein desquels les communautés microbiennes, jouant un rôle majeur dans leur fonctionnement et leur maintien, s’adaptent et sont tolérantes à des conditions environnementales fluctuantes. En effet, au rythme des marées et de l'activité de la macrofaune, des oscillations oxie/anoxie influencent la composition et la dynamique des communautés microbiennes et par conséquent leur implication métabolique. Afin d’appréhender le devenir du pétrole dans ces écosystèmes, il est donc indispensable d’apporter des connaissances sur l’écologie des microorganismes intervenant dans son élimination, notamment dans des conditions oscillantes anoxie/oxie. Ainsi, ce travail de thèse a eu pour objectif de décrypter l’assemblage de communautés microbiennes hydrocarbonoclastesde sédiments intertidaux soumises à des oscillations anoxie/oxie en présence de pétrole lors d’une expérience en bioréacteurs. Les réponses écologiques des communautés bactériennes globales et de micro-organismes sulfato-réducteurs en conditions oscillantes ont pu être décrites en comparaison avec celles obtenues en conditions d’oxie ou d’anoxie permanentes, par l’analyse des données obtenues par séquençage haut-débit des gènes de l’ARN 16S et dsrB au niveau transcriptionnel. Ces études comparatives ont mis en évidence des profils écologiques en réponseaux conditions oscillantes, pouvant être répandus dans différents environnements marins côtiers. En réponse à ces conditions particulières, de nombreux microorganismes semblent avoir le potentiel à tolérer et/ou s’adapter aux différentes conditions d'oxygénation. Cette capacité d’acclimatation rapide des communautés bactériennes aux conditions oscillantes se sont accompagnées de capacités de dégradation équivalentes ou supérieures dans ces conditions par rapport à la condition d’oxie permanente montrant l’influence des oscillations anoxie/oxie sur le devenir du polluant dans les environnements pollués soumis à ces conditions. / Coastal ecosystems are complex environments in which microbial communities, playing a major role in their functioning and maintain, are tolerant and adapt to changing environmental conditions. Indeed, the tides and the macrofauna’s activity generate oxic/anoxic oscillations which influence the composition and dynamics of microbial communities and consequently their metabolic in volvement. To understand the fate of oil in these ecosystems, it is essential to provide knowledge on the ecology of microorganisms involved in these systems, taking into account anoxic/oxicoscillating conditions. Thus, this thesis aimed to decipher the organization of hydrocarbonoclastic microbial communities inhabiting intertidal sediments, when they are subjected to anoxic/oxic oscillations in an experiment in bioreactors with oil addition. Ecological responses of bacterial communities and sulfate-reducing microorganisms in oscillating conditions have been described comparing with those obtained with permanent oxic or anoxic conditions, using high-throughputsequencing analyses of the 16S rRNA and dsrB genes at the transcriptional level. These comparatives studies have highlighted ecological profiles in response to the oscillating conditions, which can be prevalent in different coastal marine environments. In response to these particular conditions, many organisms seem to have the potential to tolerate and / or adapt to the different conditions of oxygenation. This rapid acclimation capacity of bacterial communities tothese changing conditions have been accompanied by equivalent or greater degradation capacity under these conditions compared to the permanent oxic condition, showing the influence of the anoxic/oxic oscillations on the fate of pollutant in environments subjected tothese conditions.

Les communautés microbiennes procèdent au recyclage des nutriments et à la degradation de la matière organique, et sont ainsi essentielles aux cycles biogéochimiques dans le sédiment et plus largement dans les océans. La contamination chronique aux hydrocarbures représente près de 80% des déversements totaux dans les océans. Toutefois, en comparaison des marées noires, son impact sur les communautés microbiennes est encore mal compris. Dans cette étude, nous avons d’abord utilisé une approche de type méta-analyse pour élucider l’effet global de la contamination aux hydrocarbures dans différents habitats. La réponse des communautés bactériennes à la contamination s’est révélée être dépendante du type d’habitat, les sols étant plus impactés que d’autres habitats, comme par exemple les sédiments marins. Nous nous sommes ensuite intéressés aux communautés microbiennes des trois domaines du vivant de sédiments côtiers provenant des côtes méditerranéennes et atlantiques. La contamination chronique n’influençait que marginallement les communautés benthiques, et la diversité alpha n’était pas réduite dans les sédiments contaminés. Cedendant, la comparaison des réseaux de co-occurrence des échantillons contaminés et non-contaminés a montré que le réseau des communautés contaminées présentait une topologie différente, indiquant une vulnérabilité plus importante à d’éventuelles perturbations environnementales. Des indicateurs potentiels de la contamination identifiés avec la méta-analyse ont été ciblés pour étudier l’impact de la contamination chronique aux hydrocarbures sur les services écologiques qu’ils assurent (i.e. la dégradation de la matière organique et des hydrocarbures) en utillisant la technique de Micro-FISH. / Within the sediment, microbial communities play a pivotal role by driving essential processes such as nutrient cycling and organic matter degradation. Chronic hydrocarbons contamination represents almost 80% of the total input in the oceans. However, as compared to oil spills, its impact on microbial communities remains poorly understood. In this study, we first used a meta-analysis approach to decipher the global effect of hydrocarbons contamination in different habitats. Bacterial community response to the contamination was found to be dependant of the habitat studied, with soils being more impacted than other habitats, like marine sediments. Because bacteria are in interactions with other important members of microbial communities such as Archaea and Eukaryotes, we focused on microbial communities from the three domains of life in coastal marine sediments from the Mediterrranean and the French Atlantic coasts. Independently of the domains of life, chronic hydrocarbons contamination appeared to be a poor driver of communities structuration, and alpha diversity was not reduced in contaminated sediments. However, the comparison of co-occurences networks of contaminated and non-contaminated samples showed that the network from the contaminated samples exhibited a different topology, which suggests a higher vulnerability to eventual environmental perturbations. Potential indicators species identified using the meta-analysis approach were targeted to study the impact of chronic contamination on the ecological services they provide (i.e. organic matter and hydrocarbons degradation) using the Micro-FISH method.

Le Grapevine fanleaf virus (genre Nepovirus) est l'agent principal du court-noué de la vigne. Il induit des symptômes très variables. Ce travail présente une étude mécanistique de la symptomatologie du GFLV sur un hôte herbacé et sur l'hôte d’intérêt agronomique. Par détection de marqueurs biochimiques et moléculaires j'ai montré que le GFLV-F13 induit une réponse hypersensible (HR) sur N. occidentalis et une restriction partielle du virus. J'ai identifié puis cartographié le déterminant viral de cette HR en utilisant des réassortants, des recombinants et des variants naturels du virus. Sur vigne, sur un dispositif expérimental unique en son genre, j'ai mené une approche sans a priori d’étude transcriptomique par RNA-Seq. J'ai comparé des vignes du cépage gewurztraminer mono-infectées par une souche sévère induisant des symptômes de rabougrissement et par une souche plus modérée. 1 023 gènes sont spécifiquement dérégulés par la souche sévère parmi lesquels des gènes impliqués dans la régulation de la HR. Ce résultat permet de proposer pour la première fois qu'une HR pourrait être mise en place dans la vigne en réponse à une infection virale. / Grapevine fanleaf virus (genus Nepovirus) the causative agent of fanleaf degeneration, induces variable symptoms. This manuscript presents a mechanistic study of GFLV symptomatology on both an herbaceous model plant and an agronomically important crop plant.On N. occidentalis, I demonstrated that GFLV-F13 induces a reaction exhibiting hallmarks of a hypersensitive response (HR), partially restricting virus spread. Using reassortants, recombinants and natural variants of the virus, I could identify and map the viral determinant of this HR. On grapevine, I took advantage of a unique experimental set-up and used RNA-Seq to compare the transcriptoms of Gewurztraminer plants infected with two different GFLV strains, one of which induced stunting symptoms and the other mild symptoms. 1,023 genes among which genes involved in the regulation of HR, were specifically regulated by the more severe strain This is the first hint of a HR taking place in grapevine in response to a virus infection.