Les urgences écologiques actuelles, résultant des dérives de l'industrialisation et de la mondialisation, mènent la recherche fondamentale à se préoccuper hâtivement de la biologie de certains organismes comme les dinoflagellés. Ces organismes sont à la base de la chaîne alimentaire, et certaines espèces sont impliquées dans la formation des récifs coralliens. De plus, la prolifération incontrôlée de certaines espèces de dinoflagellés engendrée par l'eutrophisation industrielle est responsable des marées rouges qui menacent d'une part la flore et la faune aquatiques. Certaines des toxines produites par ces efflorescences algales ont un effet sur la santé publique, car elles peuvent rendre dangereuse la consommation alimentaire de poissons ou de fruits de mer contaminés. Nous avons examiné le comportement de l’espèce Lingulodinium polyedra à travers des cycles diurnes. Dans un premier projet, le protéome dans des extraits d'algues récoltés sur un cycle de 24 heures en conditions de 12 heures de jour suivies de 12 heures de nuit (un cycle LD) a été examiné. Nous avons identifié treize protéines clés qui ont montré des variations quantitatives synchronisées avec les temps de réalisation des rythmes biologiques les impliquant. Deux protéines déjà connues de varier faisait partie de ce groupe, tandis que les autres protéines sont impliquées dans des processus rythmiques nouveaux. Nous avançons l’hypothèse qu’une augmentation quantitative des protéines clés permettrait à l'accomplissement des différents processus cellulaires à différents moments de la journée. Dans un second projet, nous avons examiné la vitesse de synthèse des protéines qui pourrait expliquer ces variations quantitatives protéiques. En appliquant la technique du profilage ribosomal ( « ribosome profiling ») sur des échantillons algaux collectés d’abord à trois temps, puis ensuite sur tout le cycle LD, nous avons confirmé des variations de vitesse de synthèse des protéines identifiées dans notre étude protéomique et des protéines dont la vitesse de synthèse a déjà été mesurée par l’incorporation de méthionine radioactive in vivo. De plus, nous avons identifié plusieurs milliers d’autres séquences dont la vitesse de synthèse varie. Une classification des séquences dans les catégories GO nous a permis d’identifier un rythme diurne dans la synthèse des acides aminés qui pourrait aider à comprendre le métabolisme du nitrate. Nous proposons que des variations de vitesse de synthèse entraînent des augmentations quantitatives des protéines aux niveaux inférieurs à ce que l’on a pu détecter par la spectroscopie de masse. La variation dans les niveaux de protéines clés pourrait aider l'accomplissement des rythmes diurnes chez le dinoflagellé Lingulodinium. Ces avancées dans la compréhension de la régulation des rythmes biologiques du dinoflagellé Lingulodinium d'une part permettront de mieux penser la recherche concernant la lutte écologique contre les marées rouges et d'autre part ouvriront de nouvelles perspectives dans l'entendement de la régulation des rythmes biologiques des autres organismes y compris ceux de l'Homme dont les troubles impliquent de nombreuses maladies. / Industrialization and globalization has led to industrial eutrophication in many regions of the oceans resulting in different types of ecological emergencies. One of these is the uncontrolled proliferation of dinoflagellates which are responsible for the harmful algal blooms called “red tides”. Certain species release toxins which can harm aquatic flora and fauna and, through consumption of contaminated fish or seafood, can affect public health. Dinoflagellates are also at the base of the food chain in the marine environment, and certain species form symbioses with anthozoans thus allowing growth of coral reefs. There is thus a strong need for fundamental research on dinoflagellate biology. Using the dinoflagellate Lingulodinium polyedra as a model, we have examined how cells adapt to the daily changes in light and dark. In particular we have examined changes in protein amounts as well as changes in protein synthesis rates to gain insight into how cells differ during the day and night. In a first project, the daily proteome was examined by mass spectrometry using algae extracts harvested over a 24 hour cycle in conditions of 12 hours of day followed by 12 hours of night. Key proteins involved in biological rhythms have shown quantitative variations synchronized with the times of the biological rhythms involving them, ie a quantitative increase in key proteins is necessary for the accomplishment of the various cellular processes. Thirteen proteins were identified, of which two were previously documented to change in amount over the daily cycle. In a second project we addressed the origin of these quantitative protein variations. By applying the technique of ribosome profiling on algal samples, first collected in triplicate at three times and then at two hour intervals throughout the 24 h cycle, we have identified iv variations in the synthesis rate of thousands of proteins. These include the proteins found in the proteomic analysis as well as four proteins whose synthesis rate variations had already been observed using in vivo metabolic labeling. Interestingly, classification of the regulated proteins into GO categories also revealed a late night increase in the synthesis of many amino acid biosynthetic enzymes, potentially linking amino acid synthesis associated with the daily metabolism of nitrate. These advances in our understanding of the regulation of the daily rhythms of the dinoflagellate Lingulodinium will provide new tools in the ecological fight against red tides. They may also open new perspectives in understanding the daily rhythms of other organisms.

Les dinoflagellés sont un groupe très varié d’eucaryotes unicellulaires principalement retrouvés en milieu marin où ils ont un rôle écologique majeur dans la production primaire des océans et dans la formation des récifs coralliens. Ils sont aussi responsables de phénomènes néfastes comme les marées rouges et la production de toxines qui contaminent les crustacées et les poissons lorsque les conditions sont propices à leur multiplication rapide. Ces organismes possèdent des caractéristiques moléculaires uniques chez les eucaryotes, particulièrement en ce qui a trait au noyau. Le génome des dinoflagellés s’y retrouve condensé sous forme de cristal liquide stabilisé par des cations métalliques plutôt que sous forme de nucléosomes organisés par des histones. Cette forme condensée persiste tout au long du cycle cellulaire et limite la transcription des gènes à des boucles d’ADN qui se retrouvent à la périphérie des chromosomes. Ces caractéristiques inhabituelles, jumelées à une taille souvent imposante de leur génome, ont grandement limité l’étude des mécanismes moléculaires de base comme la régulation de la transcription. Afin de mieux caractériser ce processus chez ces organismes, le dinoflagellé Lingulodinium polyedrum, qui est étudié majoritairement pour ses multiples rythmes circadiens, a été utilisé. Tout d’abord, le séquençage à haut-débit a été utilisé afin de caractériser le transcriptome complet de l’organisme à quatre temps différents au cours d’une journée. De façon surprenante, ce séquençage a montré que très peu des transcrits varient entre les temps et que ces variations sont de faible amplitude, ce qui contraste fortement avec les résultats obtenus chez d’autres groupes d’organismes. Une inhibition pharmacologique de la transcription a aussi été effectuée et montre que les rythmes de photosynthèse et de bioluminescence continuent d’osciller de façon circadienne en absence de transcription. Ces résultats suggèrent que le modèle traditionnel de génération des rythmes circadiens par des boucles de rétroaction transcription/traduction est probablement absent chez Lingulodinium. La deuxième approche consiste en la caractérisation de deux protéines à domaine cold-shock (CSD), un domaine d’origine bactérienne qui est fortement surreprésenté chez les dinoflagellés et annoté comme potentiel facteur de transcription. Ces deux protéines ont une préférence pour la liaison de l’ADN simple brin versus l’ADN double brin tout en étant ii capable de lier de l’ARN. Par ailleurs, ces liaisons aux acides nucléiques ne sont pas spécifiques à une séquence particulière. L’analyse de leur abondance après un passage prolongé en condition froide n’a pas permis de déceler une augmentation importante de l’abondance des deux protéines et celles-ci sont également incapable de complémenter un quadruple mutant des protéines cold-shock chez E. coli. Ces données suggèrent que les CSDs des dinoflagellés ne sont probablement pas des facteurs de transcription séquence-spécifique et qu’ils ont également une fonction différente des protéines bactériennes. La troisième approche consiste en la réticulation in vivo des protéines interagissant avec la chromatine. Après réticulation, la chromatine a été purifiée et les protéines associées à ceux-ci ont été extraites et identifiées par spectrométrie de masse. Parmi les protéines identifiées, il y a un nombre réduit de protéines de liaison à l’ADN en comparaison avec des données similaires chez les animaux. Des peptides provenant d’une histone H4 ont aussi été identifiés, ce qui consiste en une des premières identifications de ce type de protéine chez les dinoflagellés. Plusieurs protéines de liaison à l’ARN ont été identifiées et pourraient permettre de réguler diverses étapes de la biologie des ARNm et ainsi moduler la traduction. Quelques protéines reliées au contrôle du cycle cellulaire et à la réparation de l’ADN ont aussi été identifiées. Mises ensemble, ces trois approches permettent de suggérer que la régulation de la transcription et de l’abondance des ARNm semblent avoir une importance moindre chez les dinoflagellés que chez les autres eucaryotes. / Dinoflagellates are a diverse group of unicellular eukaryotes found in marine habitat where they have a major role in the primary production of the ocean and in the formation of coral reefs. They are also responsible for some of the harmful algal blooms whose toxin production can contaminate crustacean and fish. Dinoflagellates possess unique molecular characteristics in eukaryotes, especially for their nucleus. For example, their genome is found in a permanently condensed liquid crystalline state stabilized by metallic cations instead of the nucleosome organized by histones. This condensed form persists throughout the cell cycle and limits transcription to DNA loops localized at the periphery of the chromosomes. These unusual characteristics, coupled with a generally large genome size, have greatly limited the study of basic molecular mechanisms such as transcription regulation. In order to better characterize this process for the dinoflagellates, I used Lingulodinium polyedrum, a dinoflagellate studied extensively for its circadian rhythms. As a first approach, high-throughput sequencing was used to characterize the complete transcriptome of the organism at four different times throughout the day. Surprisingly, this sequencing revealed that an extremely low number of transcripts vary in abundance between time points and that those variations are of low amplitude, a result in stark contrast with what has been observed in other organisms. A pharmacological inhibition of transcription was also done and shows that bioluminescence and photosynthesis rhythms persist in absence of transcription, suggesting that the classical transcription/translation feedback loop used to generate rhythmic timing in eukaryotes is probably absent in Lingulodinium. The second approach was the characterization of two proteins with a cold-shock domain (CSD), a type of domain strongly overrepresented in dinoflagellates and predicted to be a potential transcription factor. Those two proteins showed a preferential binding to single stranded DNA versus double stranded DNA while also being able to bind RNA, and were not specific to a particular sequence. Protein abundance analysis after a prolonged cold shock did not yield a massive increase in the abundance of those two proteins, as seen in E. coli. Furthermore, neither protein was able to complement a quadruple cold shock protein (CSP) mutant in E. coli. Data gathered here suggest that CSD proteins in dinoflagellates are probably iv not sequence-specific transcription factors and may also have a function different from bacterial CSP. The third approach consisted of the in vivo cross-linking of chromatin-interacting proteins. After cross-linking, the chromatin was purified and the proteins associated with it extracted and identified by mass spectrometry. Of the identified proteins, few DNA binding proteins were found, unlike similar studies done in animals. Peptides derived from a histone H4 were discovered, one of the first instances of histone identification in dinoflagellates. Multiple proteins able to bind RNA have been identified and could be used to regulate multiple steps of RNA biology and therefore modulate RNA translation. Some proteins related to cell cycle control and DNA repair were also identified. Taken together, these three approaches support the view that the transcriptional regulation and control over mRNAs abundance seem to have a lower importance in dinoflagellate than in other eukaryotes.

Les Dinoflagellés sont des eucaryotes unicellulaires photosynthétiques qui participent à une production importante du phytoplancton et sont donc à la base de la chaîne alimentaire. Bien qu’ils soient des eucaryotes, leur organisation génétique présente plusieurs particularités qui leur sont singulières. Contrairement à tous les eucaryotes chez qui les chromosomes ne se condensent qu'au moment de la mitose, les chromosomes des dinoflagellés restent condensés pendant tout le cycle cellulaire. La mitose des dinoflagellés est distinguée de la mitose ordinaire des cellules eucaryotes. Le noyau de Lingulodinium polyedrum reste intact et son enveloppe nucléaire ne se brise pas pendant la mitose. Les microtubules devraient ainsi se coller à la membrane nucléaire du côté du cytoplasme pour tenter de s'accrocher aux chromosomes qui eux sont attachés à la surface interne de la membrane, le fuseau mitotique traverse donc le noyau par une ou plusieurs invaginations nucléaires ou canaux. Lingulodinium polyedrum est considéré un organisme modèle pour étudier les rythmes circadiens. Cette étude illustre les changements morphologiques des chromosomes durant les différents stades de la mitose, en utilisant le microscope électronique à transmission et microscope à fluorescence. Le transcriptôme de Lingulodinium polyedrum a été utilisé pour recenser les composants régulateurs conservés contrôlant l’entrée en phase S ou en phase M, telles que des cyclines ou des Cdks. Mots-clés : Lingulodinium polyedrum, dinoflagellé, cycle cellulaire, rythme circadien, mitose, phase S, phase M, cycline, CDK, transcriptome / Dinoflagellates are unicellular photosynthetic eukaryotes comprising a major part of the phytoplankton and thus, represent the foundation of the food chain. Although dinoflagellates are eukaryotes, their genetic organization has several features which are unique to them. Unlike all eukaryotes in which the chromosomes condense only at the moment of mitosis, dinoflagellates chromosomes stay condensed throughout the cell cycle. Furthermore, the mitosis of dinoflagellates is distinguished from the ordinary mitosis of eukaryotic cells. The nucleus of Lingulodinium polyedrum remains intact and its nuclear envelope does not break down during mitosis. Microtubules stick to the nuclear membrane on the side of the cytoplasm and link to the chromosomes that are attached to the inner surface of the membrane by transmembrane proteins. The mitotic spindle therefore passes through the nucleus by one or more nuclear invaginations or channels. Lingulodinium polyedrum is considered as model organism for studying circadian rhythms among which is featured the cell cycle. This study illustrates the morphological changes of chromosomes during the various stages of mitosis, by transmission electron microscope and a fluorescence microscope. The transcriptome of Lingulodinium polyedrum was used to identify conserved regulatory components controlling entry into S-phase or M phase, such as cyclins or Cdks.

Les dinoflagellés sont une famille d'eucaryotes unicellulaires trouvés dans les écosystèmes marins et d'eau douce et sont d'importants producteurs primaires. Ils sont réputés pour plusieurs comportements distinctifs, notamment la formation de proliférations d'algues nuisibles appelées « marées rouges », l'émission de bioluminescence dans l'océan et leur contribution à la formation de récifs coralliens. Leur structure génomique est inhabituelle avec de grandes quantités d'ADN et des chromosomes condensés en permanence à toutes les étapes du cycle cellulaire. L’ADN est sans nucléosome et se trouve dans une structure de cristaux liquides. Plusieurs gènes sont codés dans de multiples répétitions situées dans des réseaux en tandem produisant des protéines pratiquement identiques sans aucun élément conservé détecté dans les régions présumées promotrices en amont de la séquence codante. Ces caractéristiques uniques rendent difficile à comprendre comment les cellules régulent l'expression des gènes. Cette thèse examine l’hypothèse que la régulation de transcription est difficile et peu utilisée chez les dinoflagellés. Les dinoflagellés présentent une rareté des facteurs de transcription, les protéines du domaine de choc froid (CSP) représentant la majorité des protéines de liaison à l'ADN potentielles dans le transcriptome de Lingulodinium polyedra et le génome de Symbiodinium kawagutii. Le potentiel des CSP de dinoflagellés à agir en tant que facteurs de transcription spécifiques à la séquence a été testé en utilisant des tests de déplacement de mobilité électrophorétique. Ces études ont révélé que quatre CSP différentes ont montré une préférence pour l'ARN par rapport à l'ADN simple et double brin. Une deuxième approche a examiné le ciblage de la séquence spécifique par des tests de sélection et de liaison d'amplification, et cela n'a révélé aucun motif consensus détectable dans la liaison à l'ADN. Nous concluons que les CSP dinoflagellés sont plus susceptibles de fonctionner comme des protéines de liaison à l'ARN que comme des facteurs de transcription. Il a été rapporté que l'expression de nombreux gènes chez plusieurs espèces de dinoflagellés était régulée par l'exposition à la lumière. Cela a été testé pour trois gènes, dont l'expression régulée par la lumière chez l'espèce formant des récifs Symbiodinium kawagutii. La régulation de ces gènes a été rapportée dans la littérature suggérant la possibilité d’identifier les éléments régulateurs dans le promoteur. Cependant, l'analyse par transfert de Northern n'a pas pu valider le modèle d'expression de ces trois gènes chez S. kawagutii. De plus, le séquençage d'ARN à haut débit a confirmé que ces trois gènes n'étaient pas induits par la lumière. Au total, seuls sept gènes ont été exprimés de manière différentielle à l'aube et au crépuscule en utilisant RNA-Seq, et tous étaient de moindre abondance à la fin de la période de lumière sur un 12: 12 cycle L: D. Trois des sept ont également été examinés en utilisant une analyse qPCR, et seule deux des trois ont pu être confirmés comme étant altérés, mais avec une différence de facteur inférieure à celle observée avec RNA-Seq. Nous en concluons qu'il y a peu de régulation lumineuse de l'expression génique dans cette espèce dinoflagellé. Dans l’ensemble, les études décrites ici appuient l’hypothèse que les dinoflagellés ont un moins grande dépendance sur la régulation transcriptionnelle que d’autres organismes. / Dinoflagellates are a large family of unicellular eukaryotes found in marine and freshwater ecosystems and are important primary producers in marine ecosystem. They are famous for several distinctive behaviors including forming harmful algal blooms called “red tides”, emission of bioluminescence in the ocean, and contributing to the formation of coral reefs. They have an unusual genome structure with large amounts of DNA and permanently condensed chromosomes throughout all stages of the cell cycle. The chromatin lacks observable nucleosomes and has a liquid crystal structure. Some genes are encoded in multiple repeats located in tandem arrays producing virtually identical proteins without any known conserved elements detected in the upstream promoter regions or intergenic spacers. These unique features make it difficult to understand how gene expression is regulated. This thesis describes two experimental tests for the hypothesis that transcriptional regulation is difficult and is not the primary means of regulating gene expression in dinoflagellates. Dinoflagellates show a paucity of transcription factors, and of these, cold shock domain proteins (CSPs) account for the majority of potential DNA binding proteins in the transcriptome. Here, the potential of dinoflagellate CSPs from free-living Lingulodinium polyedra and reef-forming Symbiodinium kawagutii (recently renamed to Fugacium kawagutii) to act as sequence specific transcription factors was tested. These studies using four different CSPs showed a preference for RNA over both single and double stranded DNA using electrophoretic mobility shift assays (EMSA). A second approach, testing for specific sequence binding by three cycles of selection and amplification binding (SAAB) did not enrich any consensus motif for any of the four proteins. We conclude dinoflagellate CSPs are more likely to function as RNA binding proteins than as transcription factors. Expression of many genes in many dinoflagellate species has been reported to be regulated by light. This was tested for three genes whose expression was reported to be light-regulated in Symbiodinium kawagutii. The availability of a genome sequence for this species suggested that it might be possible to identify potential regulatory elements in the promoter of these genes. However, Northern blot analysis was unable to confirm differential expression of these three genes over a 24 hour light-dark cycle. Furthermore, RNA-Seq of samples taken at the end of the day and night also indicated these three genes were not light-induced. In total, only seven genes were found to be differentially expressed at dawn and dusk using RNA-Seq in triplicate with a false discovery rate (FDR) of 0.1. All were of lower abundance at the end of the light period on a 12:12 L:D cycle suggesting possible repression by light. Three of these seven, picked at random, were examined using qPCR analysis. Only two of the three had lower abundance at the end of the day by this technique, and the fold difference was less than what was observed with RNA-Seq. We conclude from this that there is little light regulation of gene expression in this dinoflagellate species. Taken together, the studies described here support the hypothesis that dinoflagellates do not rely on regulation of genes at the transcriptional level to the same extent as other organisms.

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Les dinoflagellés sont des eucaryotes unicellulaires retrouvés dans la plupart des écosystèmes aquatiques du globe. Ces organismes amènent une contribution substantielle à la production primaire des océans, soit en tant que membre du phytoplancton, soit en tant que symbiontes des anthozoaires formant les récifs coralliens. Malheureusement, ce rôle écologique majeur est souvent négligé face à la capacité de certaines espèces de dinoflagellés à former des fleurs d'eau, parfois d'étendue et de durée spectaculaires. Ces floraisons d'algues, communément appelées "marées rouges", peuvent avoir de graves conséquences sur les écosystèmes côtiers, sur les industries de la pêche et du tourisme, ainsi que sur la santé humaine. Un des facteurs souvent corrélé avec la formation des fleurs d'eau est une augmentation dans la concentration de nutriments, notamment l’azote et le phosphore. Le nitrate est un des composants principaux retrouvés dans les eaux de ruissellement agricoles, mais également la forme d'azote bioaccessible la plus abondante dans les écosystèmes marins. Ainsi, l'agriculture humaine a contribué à magnifier significativement les problèmes associés aux marées rouges au niveau mondial. Cependant, la pollution ne peut pas expliquer à elle seule la formation et la persistance des fleurs d'eau, qui impliquent plusieurs facteurs biotiques et abiotiques. Il est particulièrement difficile d'évaluer l'importance relative qu'ont les ajouts de nitrate par rapport à ces autres facteurs, parce que le métabolisme du nitrate chez les dinoflagellés est largement méconnu. Le but principal de cette thèse vise à remédier à cette lacune. J'ai choisi Lingulodinium polyedrum comme modèle pour l'étude du métabolisme du nitrate, parce que ce dinoflagellé est facilement cultivable en laboratoire et qu'une étude transcriptomique a récemment fourni une liste de gènes pratiquement complète pour cette espèce. Il est également intéressant que certaines composantes moléculaires de la voie du nitrate chez cet organisme soient sous contrôle circadien. Ainsi, dans ce projet, j'ai utilisé des analyses physiologiques, biochimiques, transcriptomiques et bioinformatiques pour enrichir nos connaissances sur le métabolisme du nitrate des dinoflagellés et nous permettre de mieux apprécier le rôle de l'horloge circadienne dans la régulation de cette importante voie métabolique primaire. Je me suis tout d'abord penché sur les cas particuliers où des floraisons de dinoflagellés sont observées dans des conditions de carence en azote. Cette idée peut sembler contreintuitive, parce que l'ajout de nitrate plutôt que son épuisement dans le milieu est généralement associé aux floraisons d'algues. Cependant, j’ai découvert que lorsque du nitrate était ajouté à des cultures initialement carencées ou enrichies en azote, celles qui s'étaient acclimatées au stress d'azote arrivaient à survivre près de deux mois à haute densité cellulaire, alors que les cellules qui n'étaient pas acclimatées mourraient après deux semaines. En condition de carence d'azote sévère, les cellules arrivaient à survivre un peu plus de deux semaines et ce, en arrêtant leur cycle cellulaire et en diminuant leur activité photosynthétique. L’incapacité pour ces cellules carencées à synthétiser de nouveaux acides aminés dans un contexte où la photosynthèse était toujours active a mené à l’accumulation de carbone réduit sous forme de granules d’amidon et corps lipidiques. Curieusement, ces deux réserves de carbone se trouvaient à des pôles opposés de la cellule, suggérant un rôle fonctionnel à cette polarisation. La deuxième contribution de ma thèse fut d’identifier et de caractériser les premiers transporteurs de nitrate chez les dinoflagellés. J'ai découvert que Lingulodinium ne possédait que très peu de transporteurs comparativement à ce qui est observé chez les plantes et j'ai suggéré que seuls les membres de la famille des transporteurs de nitrate de haute affinité 2 (NRT2) étaient réellement impliqués dans le transport du nitrate. Le principal transporteur chez Lingulodinium était exprimé constitutivement, suggérant que l’acquisition du nitrate chez ce dinoflagellé se fondait majoritairement sur un système constitutif plutôt qu’inductible. Enfin, j'ai démontré que l'acquisition du nitrate chez Lingulodinium était régulée par la lumière et non par l'horloge circadienne, tel qu'il avait été proposé dans une étude antérieure. Finalement, j’ai utilisé une approche RNA-seq pour vérifier si certains transcrits de composantes impliquées dans le métabolisme du nitrate de Lingulodinium étaient sous contrôle circadien. Non seulement ai-je découvert qu’il n’y avait aucune variation journalière dans les niveaux des transcrits impliqués dans le métabolisme du nitrate, j’ai aussi constaté qu’il n’y avait aucune variation journalière pour n’importe quel ARN du transcriptome de Lingulodinium. Cette découverte a démontré que l’horloge de ce dinoflagellé n'avait pas besoin de transcription rythmique pour générer des rythmes physiologiques comme observé chez les autres eukaryotes. / Dinoflagellates are unicellular eukaryotes found in most aquatic ecosystems of the world. They are major contributors to carbon fixation in the oceans, either as free-living phytoplankton or as symbionts to corals. Dinoflagellates are also infamous because some species can form spectacular blooms called red tides, which can cause serious damage to ecosystems, human health, fisheries and tourism. One of the factors often correlated with algal blooms are increases in nutrients, particularly nitrogen and phosphorus. Nitrate is one of the main components of agricultural runoffs, but also the most abundant bioavailable form of nitrogen in marine environments. Thus, agricultural activities have globally contributed to the magnification of the problems associated with red tides. However, bloom formation and persistence cannot be ascribed to human pollution alone, because other biotic and abiotic factors are at play. Particularly, it is difficult to assess the relative importance of nitrate addition over these other factors, because nitrate metabolism in dinoflagellate is mostly unknown. Filling part of this gap was the main goal of this thesis. I selected Lingulodinium polyedrum as a model for studying nitrate metabolism, because this dinoflagellate can easily be cultured in the lab and a recent transcriptomic survey has provided an almost complete gene catalogue for this species. It is also interesting that some molecular components of the nitrate pathway in this organism have been reported to be under circadian control. Thus, in this project, I used physiological, biochemical, transcriptomic and bioinformatic approaches to enrich our understanding of dinoflagellate nitrate metabolism and to increase our appreciation of the role of the circadian clock in regulating this important primary metabolic pathway. I first studied the particular case of dinoflagellate blooms that occur and persist in conditions of nitrogen depletion. This idea may seems counterintuitive, because nitrogen addition rather than depletion, is generally associated with algal blooms. However, I discovered that when nitrate was added to nitrogen-deficient or nitrogen-sufficient cultures, those that had been acclimated to nitrogen stress were able to survive for about two months at high cell densities, while non-acclimated cells died after two weeks. In conditions of severe nitrogen limitation, cells could survive a little bit more than two weeks by arresting cell division and reducing photosynthetic rates. The incapacity to synthesize new amino acids for these deprived cells in a context of on-going photosynthesis led to the accumulation of reduced carbon in the form of starch granules and lipid bodies. Interestingly, both of these carbon storage compounds were polarized in Lingulodinium cells, suggesting a functional role. The second contribution of my thesis was to identify and characterize the first nitrate transporters in dinoflagellates. I found that in contrast to plants, Lingulodinium had a reduced suite of nitrate transporters and only members of the high-affinity nitrate transporter 2 (NRT2) family were predicted to be functionally relevant in the transport of nitrate. The main transporter was constitutively expressed, which suggested that nitrate uptake in Lingulodinium was mostly a constitutive process rather than an inducible one. I also discovered that nitrate uptake in this organism was light-dependent and not a circadian-regulated process, as previously suggested. Finally, I used RNA-seq to verify if any transcripts involved in the nitrate metabolism of Lingulodinium were under circadian control. Not only did I discovered that there were no daily variations in the level of transcripts involved in nitrate metabolism, but also that there were no changes for any transcripts present in the whole transcriptome of Lingulodinium. This discovery showed that the circadian timer in this species did not require rhythmic transcription to generate biological rhythms, as observed in other eukaryotes.