My dissertation addresses two aspects of eukaryotic evolution, 1) the organization of eukaryotic diversity and 2) genomic variation in Foraminifera. The bulk of eukaryotic diversity is microbial with plants and animals representing just two of the estimated 75 lineages of eukaryotes. Among these microbial lineages, there are many examples of dynamic genome processes. Elucidating the origin and evolution of genome features requires a robust phylogenetic framework for eukaryotes. Taxon-rich molecular analyses provide a mechanism to test hypothesized evolutionary relationships and enable placement of diverse taxa on the tree of life. These analyses result in a well-resolved eukaryotic tree of life. Relaxed molecular clock analyses of this taxon-rich dataset place the origin on eukaryotes in the Paleoproterozoic, and suggest that all of the major lineages of eukaryotes diverged before the Neoproterozoic. This robust scaffold of the tree of eukaryotes is also used to elucidate common themes in genome evolution across eukaryotes. Mapping dynamic genome features onto this tree demonstrates that they are widespread in eukaryotes, and suggests that a common mechanism underlies genome plasticity. Foraminifera, a diverse lineage of marine amoebae, provide a good model system for investigating genome dynamics because they amplify portions of their genome and go through ploidy cycles during their life cycle. Assessment of nuclear dynamics in one species of Foraminifera, Allogromia laticollaris strain CSH, reveals that genome content varies according the life cycle stage and food source, which may differentially impact organismal fitness. The inclusion of diverse microbial eukaryotes enables better resolution of eukaryotic relationships and improves our understanding the dynamic nature of eukaryotic genomes.

La diversité des très petits eucaryotes (<5 µm) a essentiellement été étudiée par des méthodes moléculaires dans les océans ou de grands lacs. La diversité dans les écosystèmes d'eau douce peu profonds reste très peu explorée, bien que ces systèmes soient très nombreux et écologiquement importants en régions tempérées. Dans ce travail, nous avons voulu explorer la diversité et certains aspects de l'écologie des micro-organismes eucaryotes dans ce type d'écosystèmes, à l'aide de méthodes moléculaires ciblant l'ADNr 18S de cellules planctoniques de surface, dans la fraction de taille théorique 0,2-5 µm. Nous nous sommes d'abord concentrés sur les haptophytes, un groupe important en milieu marin mais beaucoup moins bien connu en eaux douces. Nous avons exploré leur diversité à l'aide d'amorces spécifiques pour amplifier les gènes des ARNr 18S du groupe suivi du clonage / séquençage Sanger de ces marqueurs, dans 17 écosystèmes continentaux et 2 colonnes d'eau marines pour comparer la diversité dans différents milieux, ainsi qu'à l'aide du pyroséquençage de ce même marqueur dans 4 mares et 1 ru au cours d'un suivi mensuel sur 2 ans. La diversité des haptophytes était moindre en eau douce qu'en milieu marin, mais nous avons pu y détecter un nouveau groupe, divergeant au sein des Isochrysidales, présentant une saisonnalité marquée. Les phylotypes d'eau douce étaient majoritairement distincts de ceux détectés en milieu marin, et ont confirmé l'existence de plusieurs transitions marin/eau douce dans l'histoire des haptophytes. Dans un second temps, nous avons exploré par pyroséquençage 454 des ADNr 18S la diversité des micro-organismes eucaryotes dans 4 mares et 1 ru, échantillonnés au printemps, et différant par leur taille, leur forme et leur environnement proche. Nous avons détecté une grande diversité dans chaque système étudié, avec des séquences affiliées à tous les supergroupes reconnus (Archaeplastida, Stramenopiles, Alveolata, Rhizaria, Excavata, Amoebozoa et Opisthokonta), ainsi qu'à des taxa de position phylogénétique mal résolue (i.e. Cryptophyta, Haptophyta, Centroheliozoa Katablepharida). Notamment, certaines OTU étaient affiliées au groupe MAST-3 (MArine STramenopiles) jusque-là considéré comme exclusivement marin. Les communautés de petits eucaryotes étaient différentes dans chacun des écosystèmes ; ces différences ne corrélaient pas avec les distances géographiques entre sites (test de Mantel), et des analyses multivariées n'ont pas mis en évidence de relation claire entre la distribution d'un groupe et un paramètre environnemental. Par la suite, nous avons suivi la diversité des eucaryotes microbiens sur 2 ans dans les mêmes 5 écosystèmes. Nous avons collecté des échantillons de plancton et mesuré différents paramètres physico-chimiques chaque mois, sauf pour 2 des écosystèmes lorsqu'ils étaient à sec. La diversité détectée sur 2 ans était bien plus grande que celle identifiée lors de l'étude ponctuelle. Cryptophytes, ciliés, chrysophytes et champignons stricto sensu étaient globalement les plus abondants. La composition et la structure des communautés différaient d'un écosystème à l'autre sur l'ensemble du suivi. Ces communautés étaient très dynamiques, et montraient une saisonnalité claire. La distribution spatio-temporelle des champignons sensu stricto était clairement corrélée aux hautes valeurs de conductivité. Enfin, nous avons décrit la dynamique des communautés de petits eucaryotes dans l'une des mares et le ru lors d'épisodes de sécheresse. Nous avons collecté du sédiment dans le lit asséché des écosystèmes lors des sécheresses, et du plancton le reste du temps. Les communautés du sédiment présentaient une signature différente des assemblages planctoniques. Ces derniers montraient une résilience élevée, et retrouvaient une signature planctonique moins d'un mois après que les écosystèmes soient de nouveau en eau. / The diversity of very small eukaryotes (<5 µm) has mainly been studied by molecular methods in marine systems or in large lakes. However, that of small shallow systems remains practically unexplored, despite the fact that these systems are extensive and ecologically important in temperate regions. We thus aimed at describing the diversity and community composition of small eukaryotes in shallow freshwater systems, using molecular methods targeting the 18S rRNA gene of planktonic cells in the 0.2-5 µm size range. We first focused on haptophytes, an important group in marine environments but much less known in freshwaters. We explored their diversity using newly designed specific primers to amplify haptophyte 18S rRNA genes, followed by their subsequent cloning and Sanger sequencing in seventeen continental ecosystems and in two marine water columns to allow comparisons between different environments, as well as using 454-pyrosequencing in 4 ponds and one brook during a 2-years monthly survey. Even if freshwater haptophytes were less diverse than marine lineages, we revealed the presence of a divergent lineage belonging to the Isochrysidales never recorded so far, which presented a marked seasonality. Freshwater phylotypes were usually distinct from their marine counterparts, and confirmed the occurrence of multiple marine–freshwater transitions in haptophyte evolution. In a second step, we explored the microbial eukaryote diversity in 5 distinct shallow ecosystems sampled at spring and that differ in size, shape and surrounding environment, by 454-pyrosequencing their 18S rDNA. Diversity was high in the studied systems, with sequences affiliated to the 7 recognized eukaryotic supergroups (Archaeplastida, Stramenopiles, Alveolata, Rhizaria, Excavata, Amoebozoa and Opisthokonta) as well as groups of unresolved phylogenetic position including, among others, Cryptophyta, Haptophyta, Centroheliozoa or Katablepharida. Especially, we detected OTUs affiliated to the previously thought exclusively marine lineage MAST-3 (MArine STramenopiles), and potentially to other MAST groups with no known representative from freshwaters. Small eukaryote community structures were different in the five ecosystems. Differences in community compositions did not correlate with geographical distances (Mantel test), and multivariate statistical analyses did not reveal clear relationships between any group distribution and specific environmental parameters. Then, we conducted a 2-years survey of eukaryotic micro-organisms diversity in the same 5 small ecosystems. To do so, we collected plankton and measured several physical and chemical parameters on a monthly basis, except for two systems when they were totally dry. The total diversity encountered during the 24 months was much broader than that identified in the previous snapshot study. The most abundant detected groups were Cryptophytes, Ciliates, Chrysophytes and Fungi sensu stricto. Community structures and compositions were different in the five systems along the two years. In all systems, communities were highly dynamic, and revealed a marked seasonality, notably with summer and winter communities being always distinct. Multivariate statistical analyses were used to analyze simultaneously physico-chemical data and community compositions. The clearest correlation associated fungi distribution and high conductivity. Finally, we described the dynamics of small-eukaryote communities in a pond and a brook through drought events. We collected sediment on the system beds when they were dry, and plankton the rest of time. Communities in the sediment and in the water presented distinct signatures. Surface water communities presented (a high) resilience, and recovered a planktonic signature within a month after the systems were filled up again with water.

L’eutrophisation et le réchauffement climatique sont reconnus comme des forçages majeurs du fonctionnement des lacs. Toutefois les connaissances concernant la réponse des communautés microbiennes eucaryotes à ces forçages sont encore très lacunaires, alors même que les microbes eucaryotes, porteurs d’une vaste diversité taxonomique et fonctionnelle, sont des acteurs clés des réseaux trophiques lacustres. La pertinence des approches paléolimnologiques pour comprendre les impacts de ces forçages sur les communautés lacustres n’est plus à démontrer, mais aujourd’hui l’intégration des outils moléculaires pour analyser l’ADN archivé dans les sédiments offre des opportunités nouvelles pour reconstituer la dynamique passée de la biodiversité lacustre. Dans ce cadre, en s’appuyant sur le couplage entre paléolimnologie et outils de séquençage massif appliqués à l’ADN sédimentaire, ces travaux ont pour but (i) d’apporter des connaissances concernant la préservation de l’ADN des microbes eucaryotes dans les sédiments lacustres (ii) d’appliquer l’approche de paléogénétique sur des carottes sédimentaires issues de 3 lacs pour révéler la dynamique à long terme (de la décennie au millénaire) des microbes eucaryotes en lien avec l’évolution des conditions climatiques et anthropiques. Les résultats acquis sur le lac du Bourget ont permis de mettre en évidence l’efficacité d’archivage de l’ADN planctonique dans les sédiments récents pour la plupart des groupes eucaryotes (notamment chrysophycées, chytrides, chlorophytes, cercozoaires, ciliés, dinophycées). A partir d’une collection de carottes (issues du lac suédois Nylandssjön), l’effet de la diagénèse s’opérant au cours des premières années d’enfouissement a été évalué, permettant de démontrer que si la richesse taxonomique n’est pas impactée, des variations peuvent être détectées dans la structure de la communauté au cours des 10 premières années d’archivage avec une stabilisation du signal au-delà de cette période. L’approche paléogénétique a, en parallèle, été déployée d’une part à l’échelle du siècle sur deux lacs de même typologie mais ayant subi des niveaux d’eutrophisation contrastés, et d’autre part à une échelle temporelle plus longue (2200 ans) pour deux lacs de typologie contrastée (lac du Bourget, France et Igaliku, Groenland). Les résultats acquis démontrent que des réarrangements des communautés s’opèrent de manière concomitante aux périodes climatiques (réchauffement médiéval, petit âge glaciaire, réchauffement récent), et que le réchauffement climatique au cours des 30 dernières années a plus particulièrement favorisé certains groupes, notamment la richesse et l’abondance des dinophycées (en condition non eutrophe ; lac d’Annecy et du Bourget). Toutefois l’effet de l’eutrophisation est identifié comme le facteur le plus structurant, notamment dans le lac du Bourget (cas d’eutrophisation marquée, ~120 µgP.L-1). La forte influence du niveau d’eutrophisation est détectée sur la communauté eucaryote totale et plus particulièrement sur des groupes spécifiques tels que les chlorophytes et les ciliés. Les réarrangements majeurs de la communauté sont par ailleurs marqués par la mobilisation de taxons rares dans l’assemblage microbien eucaryote suggérant le rôle de la biosphère rare dans la capacité tampon des écosystèmes. Ces travaux pluridisciplinaires comptent parmi les premières études paléogénétiques appliquées aux microbes eucaryotes lacustres, contribuant de manière inédite aux connaissances de leur dynamique temporelle à long terme. Ces études tendent à confirmer le potentiel de ces approches pour reconstituer une vaste diversité de communautés lacustres. Les perspectives qui se dessinent dans la continuité de ces travaux concernent à la fois des aspects méthodologiques autour de la calibration du signal ADN archivé et la nécessité de déployer cette approche pour des lacs (sélectionnés) de typologies et histoires écologiques variées. / Eutrophication and climate warming are key factors governing lake functioning. However, there is a lack of knowledge about the response of microbial eukaryotic communities to these forcing factors even though microbial eukaryotes represent a huge taxonomic and functional diversity within lacustrine trophic networks. Paleolimnology has a well-established reputation for providing valuable insights into the drivers of biological assemblages over long time scales. The emergence of DNA analyses of lake sediments opens up many new opportunities for the reconstruction of past lacustrine biodiversity, including taxa that do not leave distinct morphological fossils. The present work aimed (i) to gain knowledge about the preservation of microbial eukaryotes DNA in lacustrine sediments (ii) to apply DNA-based methods to dated sediments in order to reveal the long-term dynamics (centennial to millennial) of microbial eukaryotes related to climatic and anthropogenic changes. The results obtained for Lake Bourget demonstrated the good efficiency of planktonic DNA archiving in recent sediments for most of microbial groups (chrysophyceae, chytrids, chlorophytes, cercozoa, ciliates, dinophyceae …). In complement, the use of a unique collection of freeze cores of varved sediment (Lake Nylandssjön, Sweden) allowed to assess the effects of diagenetic processes on microbial eukaryotes DNA occurring during the first years of burying. While the richness of the microbial eukaryotic community was not impacted, modifications were detected on the community structure during the first 15 years after deposition, then the DNA signal became stable. The paleoecological approach was applied to quantify centennial to millennial-scale dynamics on two deep peri-alpine lakes selected for their contrasted trophic history (lakes Bourget and Annecy, France) and two lakes with contrasted typologies (Lake Bourget, France and Lake Igaliku, Greenland). The results showed that some community rearrangements were concomitant with climate events (i.e. medieval warming, little ice age, recent warming) and that the recent climatic warming (over the last 30 years) favored more particularly some microbial groups including the dinophyceae (in terms of richness and relative abundance, in lakes Annecy and Bourget). However, the eutrophication seemed to prevail as a driver of these biological assemblages, in particular for Lake Bourget submitted to a marked eutrophication (up to 120 µg P. L-1 in the 1970s). The strong impact of the eutrophication was detected both at the whole community level and for specific groups such as chlorophytes and ciliates. Major rearrangements within eukaryotes community were also marked by the mobilization of rare taxa suggesting an important role of the rare biosphere as a reservoir of diversity to buffer the impacts of environmental stress. This multidisciplinary work thus provide new insights into the long-term dynamics of microbial eukaryotes communities. Our results confirm the potential of the application of high-throughput sequencing to sedimentary DNA for the lacustrine biodiversity reconstruction. Although these approaches are promising for further revolutionizing our understanding of long-term ecological dynamics, careful calibration studies are still to be conducted, as with any paleolimnological proxy. The generalization of our results is also to be tested using a sufficient number of lakes selected for their specific typologies and ecological histories (multi-lakes approach).