Les picocyanobactéries marines Synechococcus sont les seconds organismes photosynthétiques les plus abondants sur Terre. Elles présentent une grande diversité pigmentaire du fait de différences dans la composition de leur antenne collectrice de lumière (phycobilisome), ce qui leur permet d'utiliser efficacement une grande partie du spectre lumineux. Cependant, l'évolution, l'écologie et les bases moléculaires de cette diversité restent mal comprises. La comparaison d'une région génomique impliquée dans la synthèse des phycobilisomes de 54 souches et de populations naturelles m'a permis de proposer un scénario pour l'évolution des différents types pigmentaires et de montrer que cette diversité pigmentaire précède la diversification des Synechococcus marins. J'ai ensuite développé une procédure bioinformatique pour quantifier l'abondance relative de tous les types pigmentaires connus à partir de métagénomes. Appliquée aux données de Tara Oceans, cela m'a permis de décrire leur répartition à l'échelle mondiale, révélant que l'acclimatation chromatique de type IV, qui permet aux cellules de modifier leur spectre d'absorption en fonction de la couleur de la lumière, domine les populations naturelles de Synechococcus, et que des mutants naturels de l'acclimatation chromatique prévalent dans les étendues oligotrophes de l'océan Pacifique sud. Enfin, la caractérisation génétique de deux membres d'une famille d'enzymes liant les pigments à la phycoérythrine II, constituant majeur des phycobilisomes, a apporté de nouvelles perspectives sur les bases moléculaires de l'acclimatation chromatique et révélé l'importance des variations alléliques dans la diversité des types pigmentaires. / Marine Synechococcus are the second most abundant photosynthetic organisms on the planet. These picocyanobacteria present very diverse pigmentations due to differences in the composition of their light-harvesting antenna (phycobilisome), allowing them to efficiently exploit a wide range of spectral niches. Yet, the evolution, ecology and molecular bases of the different Synechococcus pigment types are not well understood. By comparing the genomic regions involved in the synthesis of phycobilisome rods from 54 sequenced isolates spanning all cultured pigment types and from natural Synechococcus populations, I proposed a scenario for the evolution of the different pigment types and showed that the pigment diversity of marine Synechococcus predates the diversification of this genus. Then, I developed a bioinformatic pipeline for reliably quantifying all known Synechococcus pigment types from metagenomes. Applying it to the Tara Oceans dataset allowed me to describe for the first time their distribution in the global ocean and revealed that type IV chromatic acclimation, a process by which cells can match their absorption properties to the ambient light colour, is widespread and constitutes the dominant pigmentation in Synechococcus populations. It also showed that natural chromatic acclimation mutants prevail in wide oligotrophic areas of the southern Pacific Ocean. Finally, I genetically characterized two members of an enzyme family binding chromophores to phycoerythrin-II, a major component of phycobilisomes. This provided new insights into the molecular bases of chromatic acclimation and revealed the importance of allelic variation for the diversity of pigment types.

La métagénomique sert à étudier les communautés microbiennes en analysant de l’ADN extrait directement d’échantillons pris dans la nature, elle permet également d’établir un catalogue très étendu des gènes présents dans les communautés microbiennes. Ce catalogue doit être comparé contre les gènes déjà référencés dans les bases des données afin de retrouver des séquences similaires et ainsi déterminer la fonction des séquences qui le composent. Au cours de cette thèse, nous avons développé MetaCLADE, une nouvelle méthodologie qui améliore la détection des domaines protéiques déjà référencés pour des séquences issues des données métagénomiques et métatranscriptomiques. Pour le développement de MetaCLADE, nous avons modifié un système d’annotations de domaines protéiques qui a été développé au sein du Laboratoire de Biologie Computationnelle et Quantitative appelé CLADE (CLoser sequences for Annotations Directed by Evolution) [17]. En général les méthodes pour l’annotation de domaines protéiques caractérisent les domaines connus avec des modèles probabilistes. Ces modèles probabilistes, appelés Sequence Consensus Models (SCMs) sont construits à partir d’un alignement des séquences homologues appartenant à différents clades phylogénétiques et ils représentent le consensus à chaque position de l’alignement. Cependant, quand les séquences qui forment l’ensemble des homologues sont très divergentes, les signaux des SCMs deviennent trop faibles pour être identifiés et donc l’annotation échoue. Afin de résoudre ce problème d’annotation de domaines très divergents, nous avons utilisé une approche fondée sur l’observation que beaucoup de contraintes fonctionnelles et structurelles d’une protéine ne sont pas globalement conservées parmi toutes les espèces, mais elles peuvent être conservées localement dans des clades. L’approche consiste donc à élargir le catalogue de modèles probabilistes en créant de nouveaux modèles qui mettent l’accent sur les caractéristiques propres à chaque clade. MetaCLADE, un outil conçu dans l’objectif d’annoter avec précision des séquences issues des expériences métagénomiques et métatranscriptomiques utilise cette libraire afin de trouver des correspondances entre les modèles et une base de données de séquences métagénomiques ou métatranscriptomiques. En suite, il se sert d’une étape pré-calculée pour le filtrage des séquences qui permet de déterminer la probabilité qu’une prédiction soit considérée vraie. Cette étape pré-calculée est un processus d’apprentissage qui prend en compte la fragmentation de séquences métagénomiques pour les classer.Nous avons montré que l’approche multi source en combinaison avec une stratégie de méta apprentissage prenant en compte la fragmentation atteint une très haute performance. / Metagenomics is used to study microbial communities by the analyze of DNA extracted directly from environmental samples. It allows to establish a catalog very extended of genes present in the microbial communities. This catalog must be compared against the genes already referenced in the databases in order to find similar sequences and thus determine their function. In the course of this thesis, we have developed MetaCLADE, a new methodology that improves the detection of protein domains already referenced for metagenomic and metatranscriptomic sequences. For the development of MetaCLADE, we modified an annotation system of protein domains that has been developed within the Laboratory of Computational and Quantitative Biology clade called (closer sequences for Annotations Directed by Evolution) [17]. In general, the methods for the annotation of protein domains characterize protein domains with probabilistic models. These probabilistic models, called sequence consensus models (SCMs) are built from the alignment of homolog sequences belonging to different phylogenetic clades and they represent the consensus at each position of the alignment. However, when the sequences that form the homolog set are very divergent, the signals of the SCMs become too weak to be identified and therefore the annotation fails. In order to solve this problem of annotation of very divergent domains, we used an approach based on the observation that many of the functional and structural constraints in a protein are not broadly conserved among all species, but they can be found locally in the clades. The approach is therefore to expand the catalog of probabilistic models by creating new models that focus on the specific characteristics of each clade. MetaCLADE, a tool designed with the objective of annotate with precision sequences coming from metagenomics and metatranscriptomics studies uses this library in order to find matches between the models and a database of metagenomic or metatranscriptomic sequences. Then, it uses a pre-computed step for the filtering of the sequences which determine the probability that a prediction is a true hit. This pre-calculated step is a learning process that takes into account the fragmentation of metagenomic sequences to classify them. We have shown that the approach multi source in combination with a strategy of meta-learning taking into account the fragmentation outperforms current methods.

Le homard d’Amérique, Homarus americanus, supporte la pêche commerciale la plus importante dans l’Est du Canada et est donc devenue une espèce prioritaire en terme de gestion et de conservation. Cette thèse vise à acquérir des connaissances importantes sur la reproduction et l’adaptation locale des populations de H. americanus à l’aide d’une approche pluridisplinaire alliant génomique des populations et écologie marine. Dans un premier temps, nous avons cherché à définir des unités génétiques et évaluer leur correspondance avec les 41 unités de gestion actuelles. Nos résultats ont révélé la présence de deux entités régionales (nord/sud) composées de 11 populations génétiquement distinctes à plus fine échelle. Nous avons aussi démontré qu’il était possible d’obtenir de fort succès d’assignation à l’échelle régionale, ce qui permet d’envisager un outil de traçabilité. Ensuite, nous avons évalué l’impact des facteurs environnementaux tels que la distribution spatiale, la circulation océanique et la température de surface de la mer sur la distribution des unités génétiques précédemment définies. Nous avons alors démontré que les courants océaniques avaient une plus forte influence sur la divergence neutre des populations que la distribution spatiale. D’autre part, nous avons découvert que la température minimale annuelle avait une influence significative sur la divergence adaptative, et que ce signal persistait même après avoir soustrait l’influence de la distribution spatiale à cette relation. Finalement, nous avons exploré l’influence du sexe ratio et des marqueurs sexuels sur les analyses de structuration génétique d’une espèce marine faiblement structurée, ici le homard d’Amérique. Grâce aux 12 marqueurs sexuels identifiés, nous avons pu révéler le système de détermination sexuelle présent chez cette espèce et caractériser les bases moléculaires de ce déterminisme. Dans l’ensemble, les résultats de cette thèse illustrent le potentiel des outils génomiques dans la mise en place d’une gestion durable du homard d’Amérique dans les eaux canadiennes. / The American lobster, Homarus americanus, supports the largest commercial fishery in Eastern Canada and has therefore become a priority species in terms of conservation and management. This thesis aimed to gain important knowledge about the genetic structure and adaptive potential of H. americanus using a multidisciplinary approach, combining population genomics and marine ecology. Our first goal was to identify genetic units and assess their correspondence to the 41 management units presently in use. Our results revealed the presence of two regional entities (north/south), with at a finer scale, 11 genetically distinguishable populations. We also demonstrated that it was possible to identify the origin of individuals blindly, with an average of 90% individuals correctly reassigned to the regional genetic unit where they were sampled. This high assignment success, unexpected for a marine species, could be used as a relevant traceability tool. Next, we assessed the impacts of environmental factors such as spatial distribution, ocean circulation and sea surface temperature on the previously identified genetic structure. We showed that ocean currents had a greater effect on the putatively neutral genetic structure than spatial distribution. On the other hand, annual minimum temperature appeared to explain a significant portion of the putatively adaptive genetic variation, and this signal persisted even after subtracting the influence of the spatial distribution. Finally, we explored the influence of sex ratio and sex-linked markers on the analyses of genetic structure of high gene flow species, here the American lobster. We found 12 sex-linked markers from which we inferred a probable genetic mechanism of sex determination of the American lobster and characterized its molecular basis. Overall, the results of this thesis illustrate the potential of a genomic approach as a new tool for the sustainable management of American lobster in Canadian waters.

L’apparition et le maintien d’écotypes adaptés à différentes niches écologiques, en situation de sympatrie, est régit par une multitude de facteurs. Ceux-ci sont essentiels pour la compréhension des processus évolutifs impliqués mais aussi pour la gestion et la conservation des populations en question. Le touladi (Salvelinus namaycush) est un salmonidé reconnu pour la présence d’écotypes liée à l’utilisation des ressources et de l’habitat à travers l’Amérique du Nord. Un total de quatre écotypes a été décrit vivant dans le lac Supérieur, se différenciant par l’habitat utilisé, l’alimentation, la morphologie ainsi que l’ostéologie. L’objectif principal de la présente étude était de quantifier l’étendue de la différentiation génétique entre les différents sites d’échantillonnage ainsi qu’entre les différents écotypes. Un second objectif était d’identifier des marqueurs potentiellement sous sélection entre les différents écotypes reflétant de possibles adaptations locales. Pour ce faire, un total de 486 individus, représentant les quatre écotypes pour chacun des quatre sites d’échantillonnages, a été génotypé à 6822 SNPs (polymorphisme de nucléotide simple). De plus, des analyses morphométriques ont été effectuées afin de caractériser l’ampleur de la divergence morphologique entre les écotypes à chacun des sites. Les résultats ont montré une différentiation génétique, bien que faible, plus prononcée entre les sites d’échantillonnage qu’entre les écotypes à chacun de ces sites. Des indices indiquant la présence de sélection divergente ont aussi été décelés entre les écotypes ou en association avec des variations morphologiques, dont certains marqueurs représentant des traits importants dans la divergence des différents écotypes. Les résultats de cette étude permettront une meilleure gestion et conservation des populations de touladi du lac Supérieur en plus d’éclairer le choix possible de populations sources pour l’ensemencement des autres Grands Lacs. / Understanding the emergence and maintenance of sympatric ecotypes adapted to various trophic niches is a central topic in evolutionary biology, and also has implications for conservation and management. Lake Trout (Salvelinus namaycush) is renowned for the occurrence of phenotypically distinct ecotypes linked to resource and habitat use throughout North America. A total of four ecotypes have been described in Lake Superior that differ in terms of habitat, diet, morphology and osteology. The principal objective of this study was to quantify the extent of genetic differentiation among sampling sites and among ecotypes. The secondary objective was to identify markers potentially under divergent selection among the four ecotypes that may underlie local adaptation. To this end, a total of 486 individuals were genotyped at 6822 SNPs (single nucleotide polymorphism). In addition, these analyses were conducted alongside morphometric analyses to characterise the extent of morphological divergence among ecotypes within each sampling site. Results reveal that overall genetic differentiation is weak and is higher among sites than among ecotypes within each site. Moreover, we found evidence for divergent selection among ecotypes, and in some instances in association with morphological variation. These markers represent ecologically important traits linked to ecotype divergence. Results from this study will benefit management and conservation practices, and will guide the choice of source populations for stocking in the Great Lakes.

Le microbiome du sol contribue à plusieurs rôles écologiques favorables à une agriculture durable. L’étude métagénomique des communautés du sol permet une nouvelle compréhension de l’impact des pratiques culturales sur l’écologie microbienne du sol. L’objectif du projet était de vérifier les impacts du travail de sol (labour ou travail réduit),de la fertilisation (fumier de poulet, lisier de bovin laitier, lisier de porc, engrais minéraux NPK ou PK) et de la gestion des résidus de culture (retournés ou exportés) après sept et huit années sur les communautés bactériennes et fongiques dans deux sols contrastés(loam sableux [LS] et argile limoneuse [AL]). La conservation des résidus a augmenté les diversités bactériennes dans le LS chaque année et fongiques dans chaque type de solet année. Cette pratique a influencé les Proteobacteria, Acidobacteria, Actinobacteria, Planctomycetes, Verrucomicrobia, Chloroflexi, Bacteroidetes, Gemmatimonadetes, Cyanobacteria et Nitrospirae, davantage en 2016 qu’en 2015 et différemment selon le type de sol. L’application de lisier de porc a diminué la diversité fongique de chaque type de sol et année tout en favorisant l’abondance relative des Pyronemataceae, en comparaison à tous les autres traitements de fertilisation. Ces résultats ont été corrélés à des teneurs élevées en Cu des sols. La diversité des champignons mycorhiziens arbusculaires n’a pas été clairement affectée par les pratiques culturales. Les Glomus,Paraglomus et Claroideoglomus, les trois genres mycorhiziens les plus abondants, ont été affectés par le travail du sol dans le LS, par la fertilisation dans l’AL alors que la gestion des résidus a eu des effets dans l’AL en 2015 et dans le LS en 2016. En conclusion, les communautés bactérienne et fongique ont été influencées par les résidus pour chaque type de sol et année. La fertilisation, l’application de lisier de porc corrélé aux teneurs de Cu du sol, a influencé les communautés fongiques / Soil microbiome is involved in many ecological services contributing to sustainable agriculture. Metagenomic techniques now allow a whole new level of comprehension of soil microbial communities. The aim of our research project was to define the impacts of tillage (plowing or reduced tillage), fertilization (poultry manure, dairy cattle slurry, pigs lurry, NPK and PK mineral fertilizers) and residues management (returned or exported)on bacterial and fungal soil communities on two soils with contrasting texture (sandy loam [LS] and silty clay [AL]) after seven and eight years. Residues conservation increased bacterial diversity in the sandy loam each year and fungal diversity in each soil type and year. Residues conservation also impacted Proteobacteria, Acidobacteria, Actinobacteria, Planctomycetes, Verrucomicrobia, Chloroflexi, Bacteroidetes, Gemmatimonadetes, Cyanobacteria and Nitrospirae, more in 2016 than 2015, and differently according to soil types. Pig slurry application reduced fungal diversity. This type of fertilizer was furthermore linked to higher relative abundance of Pyronemataceae compared to other fertilizers for each soil type and year. These effects were correlated to high copper concentration in soil. Arbuscular mycorrhizal fungi diversity was not clearly impacted by the treatments. Glomus, Paraglomus and Claroideoglomus, the three more abundant mycorrhizal genera, were affected by soil tillage in LS each year, by fertilization in AL each year and by residues management in AL for 2015 and in LS for 2016. In conclusion, bacterial and fungal communities were influenced the most by residues conservation. Fertilization via pig slurry applications was correlated with high soil copper concentration and impacted the most fungal community.

Une approche de métagénomique fonctionnelle a été mise en œuvre afin d’étudier les arsenaux enzymatiques produits par les microbiotes intestinaux de termites phytophages et d’identifier de nouvelles enzymes impliquées dans l’hydrolyse des polysaccharides végétaux, notamment des hétéroxylanes. Le criblage à haut débit des banques métagénomiques constituées à partir de trois espèces de termites sur une gamme de substrats chromogéniques a permis d’identifier plusieurs centaines de clones à activité dépolymérisante (glucanase, xylanase, mannanase, arabinanase), ainsi que des clones exprimant des activités auxiliaires (α-L-arabinofuranosidases, β-D-xylosidases, cellobiose hydrolases). Un total de 42 clones métagénomiques a été séquencé, générant 1,5 Mpb d’ADN assemblé en 58 séquences contigües d’une taille moyenne de 37,8 Kbp. 63 nouvelles Glycoside Hydrolases (GH) ont été identifiées. Ces dernières représentent 19 familles de la classification CAZy, dont les familles GH3, GH8, GH10, GH11, GH43 et GH51. Enfin, huit nouvelles enzymes des familles GH43 et GH51 ont été produites chez E. coli et leurs propriétés biochimiques ont été étudiées. Ces enzymes présentent des activités α-L-arabinofuranosidase, β-D-xylosidase ou L-arabinanase / A functional metagenomics approach was used to reveal the enzymatic diversity present in the guts of biomass-feeding termites and to identify enzymes involved in the degradation of biomass components, notably heteroxylans. High-throughput screening of metagenomic libraries, created using three different termite species, was performed using a variety of chromogenic substrates. This allowed the discovery of hundreds of clones expressing targeted biomass-degrading activities (e.g. depolymerases such as glucanase, xylanase, mannanase arabinanase and auxiliary activities such as α-L-arabinofuranosidases, β-D-xylosidases and cellobiohydrolases). A total of 42 clones were selected for a DNA sequence analysis, thus generating 1.5 Mbp that were assembled into 58 contiguous sequences. 63 new Glycoside Hydrolases (GH) belonging to 19 different families of the CAZy classification were identified, including ones from families GH3, GH8, GH10, GH11, GH43 and GH51. Finally, eight new enzymes, from families GH43 and GH51, were produced in E. coli and their biochemical properties were studied. These enzymes display α-L-arabinofuranosidase, β-D-xylosidase or arabinanase activities

Vitis vinifera subsp. vinifera L., les principales espèces de raisins sont cultivées pour la production de fruits et la production de vin dans le monde est un hôte naturel d'une grande variété de micro-organismes procaryotes et eucaryotes qui interagissent avec la vigne, ayant des effets bénéfiques ou phytopathogènes. Ils pourraient également jouer un rôle majeur dans le rendement des fruits, la qualité du raisin, la protection des plantes et, finalement, dans le modèle de la fermentation du raisin et la production de vin. La phyllosphère (constituée des parties aériennes de la plante) est l'un des habitats microbiens les plus répandus sur terre et est un milieu assez négligé, en particulier dans les vignes et de nombreuses questions liées à cet habitat microbien sont toujours sans réponse.Cette thèse est un effort pour répondre à une question fondamentale en écologie microbienne: quels sont les facteurs qui déterminent le microbiome dans la phyllosphère de la vigne? Les communautés microbiennes de la phyllosphère (PMCs) vivent à l'interface plante-climat et sa capacité à s'établir, prospérer et se reproduire sur la surface des feuilles ou des fruits dépend de plusieurs caractéristiques fonctionnelles microbiennes, comme la capacité de se fixer sur la cuticule et d'utiliser la foliaire. nutriments ainsi que les conditions climatiques dominantes comme la température, l'humidité de l'air et la pluie. La chimie des feuilles ou des fruits, la physiologie et la structure morphologique diffèrent selon le génotype et l'espèce puisque tous ces traits ont une base génétique, et cette variation peut mener à une combinaison différente d'assemblage de PMC parmi les génotypes de plantes. Ainsi, le premier objectif de notre travail était d'évaluer les impacts des cultivars de vigne (variétés de Vitis vinifera L) et des espèces de vigne (espèces Vitis entièrement différentes) sur l'assemblage du microbiome dans la phyllosphère à un endroit géographique particulier (pour minimiser les effets environnementaux) . Plus tard, les impacts de certains cultivars et terroirs de vigne commercialement importants (représentés par trois zones climatiques françaises) ont également été évalués et comparés. Les impacts de la saison et des organes extérieurs de la plante (feuilles et baies) sur la structuration des taxons microbiens dans la phyllosphère ont également été évalués et présentés dans ce travail. De plus, des impacts spécifiques à l'espèce sur le microbiome de la phyllosphère ont également été testés et représentés.Dans l'ensemble, notre étude a évalué et comparé les nombreuses facettes des facteurs qui peuvent influencer structure du microbiome dans la phyllosphère avec un accent particulier sur la pression de sélection relative exercée par le génotype de la vigne et son interaction avec différentes conditions climatiques (ou terroir), ce qui peut améliorer nos chances de trouver des gènes contrôlant les PMCs sur la phyllosphère. les gènes sont réellement importants dans des environnements réalistes et probablement ces gènes nous donneraient de nouvelles idées pour la sélection de nouveaux cépages sains présentant de meilleurs caractères sur leur phyllosphère. De plus, considérant que les PMC végétales jouent un rôle crucial dans la santé et la forme des plantes car elles peuvent moduler la susceptibilité foliaire aux infections, cette étude pourrait également être utile pour développer des méthodes de biocontrôle innovantes et naturelles ou phytostimulation contre les pathogènes de la vigne. de variétés résistantes innovantes. / Vitis vinifera subsp. vinifera L., the main grape species are grown for fruit and wine production over the world is a natural host of a wide variety of prokaryotic and eukaryotic microorganisms that interact with grapevine, having either beneficial or phytopathogenic effects. They could also play a major role in fruit yield, grape quality, plant protection and, ultimately, in the pattern of grape fermentation and wine production. Phyllosphere (consists of the aerial parts of the plant) is one of the most prevalent microbial habitats on earth and is quite a neglected milieu, especially in grapevines and many questions related to this microbial habitat, are still unanswered.This thesis is an effort to answer a very fundamental question in microbial ecology- what are the drivers that shape the microbiome in the grapevine's phyllosphere? The phyllosphere microbial communities (PMCs) live at the plant-climate interface and its ability to establish, thrive and reproduce on the leaf or fruit surface depends on several microbial functional traits, such as the ability to attach to the cuticle and to use the foliar nutrients as well as well as to the prevailing climatic conditions like temperature, air humidity and rain. Leaf or fruit chemistry, physiology, and morphological structure differ among plant genotype and species as all these traits have a genetic basis, and this variation may lead to a different combination of PMCs assemblage among plant genotypes. Hence, the first objective of our work was to assess the impacts of grapevine cultivars (varieties of Vitis vinifera L) and grapevine species (entirely different Vitis species) on microbiome assemblage in the phyllosphere at a particular geographic location (to minimize the environmental effects). Later on, impacts of some commercially important grapevine cultivars and terroirs (represented by three French climate zones) were also assessed and compared. Impacts of the season and exterior plant organs (leaf and berries) on microbial taxa structuring in the phyllosphere was also assessed and presented in this work. Furthermore, species-specific impacts on phyllosphere microbiome were also tested and represented.Overall our study assessed and compared the many facets of the factors that may influence themicrobiome structure in the phyllosphere with a special focus on relative selection pressure exerted by grapevine genotype and its interaction with different climatic conditions (or terroir), which may improve our chances to find genes that controls PMCs on phyllosphere, and simultaneously increase our confidence that those genes are actually important in realistic environments and probably those genes would give us new insights for breeding new and healthy grape varieties displaying better traits on their phyllosphere. Moreover, considering that the plant PMCs plays a crucial role in plant health and fitness as it can modulate leaf susceptibility to infection, this study could also be helpful to develop innovative and natural biocontrol methods or phytostimulation against grapevine pathogens or rethink breeding schemes for the creation of innovative resistant varieties.

L’identification, chez divers organismes, d’enzymes de dégradation des N-acyl homosérineslactones (NAHLs) impliquées dans la signalisation QS pose la question de leurs rôles dans lesinteractions bactéries-eucaryotes. Dans une première partie, une synthèse bibliographique analyse lesconnaissances acquises sur ces enzymes dégradant les NAHLs. Dans une seconde partie, la croissancedes bactéries dégradant les signaux NAHLs a été stimulée par l’application de g-caprolactone (GCL)dans la rhizosphère de plants de pommes de terre à des fins de phytoprotection. L’effet de cetraitement sur la diversité des communautés bactériennes rhizosphériques a été évalué en combinantdifférentes approches d’écologie microbienne moléculaire comme la DGGE, le pyroséquençaged’amplicons rrs, et la métagénomique fonctionnelle. Cette dernière approche appliquée à une banquede 30 000 clones environ a conduit à l’identification d’un gène qsdB codant la dégradation des signauxNAHL. Ce travail révèle ainsi l’existence d’une nouvelle classe d’enzymes de dégradation des NAHLsappartenant à la famille des enzymes possédant une signature amidase (AS) dont des membres sontpar ailleurs impliqués dans la dégradation de composés xénobiotiques. Dans une troisième partie, unsystème expérimental a été développé afin de mesurer le transfert conjugatif du plasmide de virulenceTi (tumor inducing) chez des dérivés du pathogène Agrobacterium tumefaciens, appelés «tricheurs»,incapables de produire des signaux NAHLs mais utilisateurs de ceux produits par les autres bactéries.Ce modèle a permis de montrer l’effet modérateur de lactonases dégradant les NAHLs exprimées chezdes agrobactéries produisant les NAHLs, chez des bactéries réceptrices du plasmide Ti, ou des planteshôtes des agrobactéries sur le transfert conjugatif initié par les tricheurs. L’ensemble de ce travailrévèle à la fois une nouvelle famille d’enzymes impliquées dans la dégradation des NAHLs, ainsiqu’un nouveau rôle de ces enzymes dans la modulation des flux de gènes entre bactériesphytopathogènes en interaction avec une plante hôte. / Identification of bacterial and eukaryotic enzymes that degrade N-acyl homoserine lactones(NAHLs) involved in QS signaling raises the question of their roles in bacteria-eucaryotesinteractions. In a first part of this study, a bibliographic report analyzes the current data on thoseNAHL-degrading enzymes. In a second part, the growth of NAHL-degrading bacteria was stimulatedby g-caprolactone (GCL) amendment in potato rhizosphere to protect this plant against the soft-rotpathogen Pectobacterium. The effect of the GCL treatment on rhizospheric bacterial communities wasevaluated by a combination of different molecular microbial ecology techniques such as DGGE,pyrosequencing and functional metagenomic. This last approach was applied to generate ametagenomic library of ca. 30,000 clones and lead to the identification of the qsdB gene that encodesNAHL degradation, This work revealed the occurrence of a novel class of NAHL-degrading enzymesthat belong to the amidase signature (AS) family, some members of which being involved inxenobiotic compound degradation. In a third part, an experimental system was developed to measurethe conjugative transfer of Ti plasmid in various strains of the pathogen Agrobacterium tumefaciens,including “cheaters”, i.e. bacteria unable to produce NAHL signals but capable to use signals producedby other bacteria. Using this model; variations of the plasmid transfer of cheaters were measured whenNAHL-degrading lactonases were expressed in agrobacteria that produce NAHL signals, in recipientbacteria of Ti plasmid, or in agrobacterial host plant. Taken together, thesis experiments revealed anovel class of enzymes involved in NAHL-degradation and a new role for thoses enzymes in themodulation of gene transfer between pathogenic bacteria interacting with host plants.

Il est maintenant bien établi que le microbiote du tractus digestif humain joue un rôle important dans la santé humaine. Pourtant, nous commençons à peine à comprendre les mécanismes moléculaires par lesquels les bactéries agissent sur les cellules hôtes, des connaissances qui pourraient fournir des nouvelles orientations dans le traitement et la prévention de maladies. Cette dernière décennie a vu un développement rapide des études du microbiote intestinal, et à présent des quantités importantes de données métagénomiques ainsi que des centaines de séquences génomiques de bactéries commensales sont disponibles. Ensemble, ces données fournissent une plateforme pour des approches in silico pour l'identification de molécules bactériennes impliquées dans la communication moléculaire avec l'hôte. Le défi consiste à développer des stratégies efficaces d'exploration de données et de validation, permettant de passer de corrélations et prédictions à des interactions bactérie - hôte fonctionnelles, validées expérimentalement. Le travail présenté dans cette thèse vise à démontrer l'importance d'analyses in silico afin d'élargir nos connaissances sur les interactions bactéries - hôtes. Il montre également comment cette information peut être appliquée dans des études fonctionnelles visant à identifier des molécules effectrices bactériennes fonctionnelles. Les principaux résultats peuvent être divisés en trois parties. La première partie traite de l'élaboration et de la validation d'un système hôte - vecteur pour des études de (méta)génomique fonctionnelle. La deuxième partie décrit une étude fonctionnelle où un certain nombre d'effecteurs candidats ont été identifiés parmi les protéines sécrétées et de surface de bactéries à Gram positif par une approche d'exploration in silico. Il décrit également l'application du nouveau système hôte - vecteur pour l'évaluation du rôle de ces candidats dans l'immuno-modulation. Enfin, dans la troisième partie, nous présentons une étude in silico qui a permis l'identification de fonctions bactériennes sur- ou sous-représentées dans une sélection de bactéries à Gram positif du tractus digestif humain. / It is now well established that the human gastrointestinal tract microbiota plays an intricate role in human health. However, we are only beginning to understand the molecular mechanisms by which bacteria act on the host cells, knowledge that could provide new directions in treating and preventing disease. The last decade has seen a rapid development of the gut microbiota field, and presently abundant metagenome data and hundreds of genome sequences of individual commensal bacteria are available. Together, these data provide a platform for in silico mining approaches to identify bacterial molecules involved in communication with the host. The challenge is to develop efficient mining and validation strategies, in order to move from correlations and predictions to experimentally validated functional bacteria – host relationships. The work presented in this thesis aims to demonstrate the importance of in silico analyses to broaden our knowledge on bacteria - host interactions. It also shows how this information can be applied in functional studies aiming to identify functional bacterial effector molecules. The main results can be divided in three parts. The first part deals with the development and validation of a host - vector system for functional (meta)genomics studies. The second part describes a functional study where a number of candidate effectors were identified among secreted and surface-exposed proteins from Gram-positive bacteria using an in silico mining approach. It also describes the application of the newly developed host - vector system to evaluate the role of these candidates in immune modulation. Finally, in the third part we present an in silico study that identified new bacterial functions over- or under-represented in a selection of Gram-positive human gut bacteria.

La flore microbienne est un ensemble de micro-organismes comme les bactéries, archées, eucaryotes inférieurs et virus, jouant un rôle important dans l’équilibre d’un écosystème. Cette flore reste encore mal définie car en 2012, seules ~30% des micro-organismes de la flore intestinale humaine étaient caractérisés, et moins de 50% des micro-organismes de la flore fromagère traditionnelle étaient caractérisés au niveau fonctionnel. Depuis 2006, les séquenceurs à ADN de seconde génération permettent d’analyser directement le contenu génique d’un prélèvement de flore sans contrainte d’isolement ou de culture. Toutefois, les séquences d’ADN générées ne sont pas structurées en génome et sont hautement fragmentées, freinant considérablement l’analyse et l’exploitation de ces données. Dans ce travail, nous avons développé de nouvelles méthodes dites de métagénomiques quantitatives, car elles permettent de regrouper les courtes séquences d’ADN ayant la même abondance au sein de plusieurs échantillons métagénomiques, pouvant provenir d’une même espèce microbienne.Au niveau du microbiote intestinal humain, nous avons structuré un catalogue de 3,9 millions de gènes de la flore intestinale humaine en 741 unités ou « clusters » correspondant à des génomes de bactéries, d’archées et d’eucaryotes, que nous appelons espèces métagénomiques (MGS) et 6640 unités correspondant principalement à des génomes de virus, plasmides et divers ilots génomiques comme des CRISPR, que nous appelons unités métagénomiques (MGU). Cette méthode de structuration a ensuite été utilisée pour faciliter des analyses d’associations de la composition de la flore intestinale avec des maladies humaines comme la maladie de Crohn, l’obésité ou le diabète de type 2. Enfin, au niveau des flores alimentaires, nos méthodes ont été utilisées pour constituer un catalogue de 134 génomes d’espèces bactériennes fromagères et caractériser la flore de surface de fromages traditionnels. Ceci nous a permis de détecter la présence de nouvelles bactéries alimentaires, pouvant enrichir la liste des bactéries à possible intérêt technologique dans les produits laitiers fermentés. / The microbial flora is a micro-organism complex containing for example bacteria, archaea, lower eukaryotes and viruses, which play an important role in ecosystem equilibrium. This flora remains poorly defined as in 2012, only ~30% of the intestinal flora micro-organisms have been characterized, and less than 50% of traditional cheese floras were characterized at the functional level. Since 2006, the second generation of DNA sequencers have allowed the direct analysis of the genetic content from a microbial flora sample without isolation or culture limitation. However, the DNA reads generated are not structured with respect to genomes and also are highly fragmented, slowing down dramatically the exploitation and analysis of these data.In this work, a new methodology based on quantitative metagenomic are described., This allows the clustering of short DNA sequences with the same abundance in multiple metagenomic samples, which should originate from the same microbial species. A 3.9 million gene catalog has been built from the human intestinal tract microbiota and divided into 741 units or clusters corresponding to bacteria, archaea and eukaryote genomes. These have been defined as metagenomic species (MGS) and 6640 units of them corresponds mainly to viral genomes, plasmids and genetic islands like CRISPR, with the sub-name of metagenomic units (MGU). This methodology was then used to facilitate the association analysis of the intestinal flora composition with human diseases such as Crohn’s disease, obesity or type 2 diabetes. Within, the alimentary flora, our methods have also been used to constitute a 134 genomic catalog of cheese bacteria and characterize them from the surface of traditional cheeses. This allowed the detection of new alimentary bacteria, that will enriched the list of bacteria with potential interest for the commercial exploitation of fermented products.