Les Cypriniformes sont un ordre de poissons téléostéens d’eau douce composé d’environ 4000 espèces. Ils sont caractérisés par l’absence de dents orales et la présence de dents pharyngiennes uniquement sur le cinquième cératobranchial. Cependant, par rapport à d’autres groupes, leur denture pharyngienne présente une diversité très importante en termes de nombre et surtout de forme de dents. J’ai donc étudié l’étendue de la diversité de la denture pharyngienne chez les Cypriniformes, dans un cadre phylogénétique, permettant ainsi de mettre en évidence des tendances évolutives. Au sein des Cypriniformes, j’ai étudié certains groupes plus en détail, au regard de leur importance et de leur diversité. J’ai cherché à comprendre quels pouvaient être les facteurs expliquant la diversité de la denture pharyngienne et il s’avère que ces facteurs sont différents selon les groupes de Cypriniformes étudiés. Alors que le régime alimentaire semble être un facteur essentiel chez les Cyprininae, cela n’est pas le cas chez les Leuciscinae pour lesquels il y a surtout un héritage phylogénétique important. Chez un autre groupe, les Danioninae, c’est en revanche le type de développement qui explique la diversité des dents pharyngiennes. Cette étude détaillée de la diversité de la denture pharyngienne des Cypriniformes va permettre d’utiliser ce groupe comme nouveau modèle d’évo-dévo des dents grâce au poisson-zèbre qui est un modèle de biologie du développement. Dans ce cadre, une première étude d’un mutant chez le poisson-zèbre a permis de mettre en évidence le rôle de l’acide rétinoïque dans le développement et l’évolution du nombre et de la forme des dents chez les Cypriniformes. Ce travail a donc permis d’explorer la diversité de la denture pharyngiennes des Cypriniformes, de mettre en évidence des tendances évolutives et de comprendre certains facteurs à l’origine de cette évolution. / Cypriniformes are the most diverse freshwater fish clade with around 4,000 species. They are characterized by the absence of oral teeth and the presence of pharyngeal teeth restricted to the fifth ceratobranchials. Yet, compared to other groups, their pharyngeal dentition displays a huge diversity both in terms of number and shape. I have investigated the extant of the diversity of the pharyngeal dentition in Cypriniformes, in a phylogenetic framework, allowing to decipher evolutionary trends. I have studied several groups within Cypriniformes in more details, because of their importance in terms of diversity. I have tried to understand what factors could explain this diversity of pharyngeal dentition and it appeared that those factors could be different according to each group. Whereas diet and other ecological factors are important in Cyprininae, it is not the case in Leuciscinae in which there are essentially phylogenetic signals. In another group, Danioninae, it is the type of development which explains the diversity of pharyngeal dentition. This detailed study of the diversity of pharyngeal dentition in Cypriniformes will allow to use this group as a new model of Evo/devo of teeth thanks to the zebrafish, which is already a model in developmental biology. In this context, a first study of a zebrafish mutant displaying dental defects has shown the role of retinoic acid in the development and the evolution of tooth number and shape in Cypriniformes.This work is an exploration of the diversity of the pharyngeal dentition in Cypriniformes, allowing to point out evolutionary trends and to understand factors that account for the evolution of pharyngeal teeth.

La Peste porcine africaine (PPA) est une maladie contagieuse spécifique du porc domestique due au seul arbovirus à ADN identifié à ce jour. Décrite pour la première fois en 1921 au Kenya, la maladie a ensuite diffusé dans de nombreuses régions du monde. Malgré l'isolement de nombreuses souches virales au cours du temps, peu d'études phylogénétiques ont été menées jusqu'ici pour comprendre les relations unissant ces isolats entre eux. Or, la caractérisation est essentielle à la traçabilité des souches et donc à la compréhension de l'épidémiologie de la maladie. De plus, les conditions climatiques et environnementales des principaux pays atteints rendent difficile l'accès, le transport et la conservation de nouvelles souches. Dans cette thèse, un protocole de prélèvement et de conservation du sang a été développé, pour la détection et la caractérisation rapides des souches. Une étude phylogénétique approfondie a été réalisée en utilisant des données de séquences publiques et inédites de virus isolés depuis 1950. Les analyses ont porté sur les gènes B646L, CP204L et E183L. Les analyses phylogénétiques ont utilisé les méthodes de maximum de vraisemblance et d'inférence bayésienne, qui ont permis de proposer une nouvelle nomenclature virale en 35 clusters différents. De plus, une datation des origines du virus a été menée, après avoir éliminé les biais d'analyse dus à une pression de sélection positive et/ou aux recombinaisons. L'horloge moléculaire a permis de déterminer que l'ancêtre commun le plus proche des souches contemporaines (TMRCA) se situait au début du 18ème siècle. / African swine fever (ASF) is a highly lethal disease of domestic pigs caused by the only known DNA arbovirus. It was first described in Kenya in 1921 and since then a substantial number of isolates have been collected worldwide. However, only few phylogenetic studies have been carried out to better understand the relationships between isolates, which is essential for virus traceability and epidemiological understanding of the disease. Access, transport and virus conservation are also complicated by climatic and environmental conditions in affected developing countries. In this thesis, a simple method of blood sampling was developed allowing rapid virus detection and characterization. Comprehensive phylogenetic reconstructions were made using publicly and newly generated sequences of hundreds ASFV isolates of the last 60 years. Analyses focused on B646L, CP204L and E183L genes. Phylogenetic analyses were achieved using maximum likelihood and Bayesian coalescence methods and a new lineage based nomenclature is proposed to designate 35 different clusters. In addition, dating of ASFV origin was carried out from the molecular data sets. To avoid biased diversity, positive selection or recombination events were neutralized. The molecular clock analyses revealed that ASFV strains currently circulating have evolved over 300 years, with a time to the most recent common ancestor (TMRCA) going back to the early 18th century.

Cette thèse traite de l’évolution, de l’adaptation et de la spéciation en milieu souterrain, en utilisant le genre Anthroherpon comme modèle. Ce genre appartient à la tribu des Leptodirini (Leiodidae Cholevinae), un groupe qui a connu une remarquable diversification dans le domaine souterrain. Toutes ses espèces ont développé des modifications troglomorphiques spectaculaires: anophthamie, aptérisme, élongation extrême des appendices, de la tête et du pronotum, et physogastrie. Pour comprendre l’histoire évolutive du groupe, ces adaptations troglomorphiques ont été replacées dans un cadre phylogénétique. La thèse est une analyse de la radiation évolutive des Anthroherpon, dans le cadre d’une phylogénie moléculaire datée, qui a permis de mieux comprendre les modalités de diversification du genre, de reconstruire son aire de distribution ancestrale, d’explorer la diversité des évolutions troglomorphiques en son sein et de proposer une nouvelle structure taxonomique du groupe. / The PhD research project focus on the study of evolution, adaptation, and speciation in the subterranean environment using troglobitic Coleoptera of the genus Anthroherpon as a model. Genus Anthroherpon belongs to the tribe Leptodirini (Coleoptera: Leiodidae: Cholevinae), a group that has undergone extensive diversification in the subterranean environment. All species of this genus have developed typical troglomorphic modifications: complete anophthalmy, apterism, extreme elongation of appendages, head, and pronotum, and physogastric elytra. To understand the evolutionary history of this group, the troglomorphic adaptations need to be studied in a phylogenetic framework. The thesis provide a comprehensive evolutionary analysis of the Anthroherpon radiation, using a dated molecular phylogeny as framework for understanding Anthroherpon diversification, reconstructing the ancestral range, and exploring troglomorphic diversity. In light of these findings, a new taxonomical organisation of the group has been proposed.

Inférer des paramètres épidémiologiques à partir de phylogénies ou de données d'incidence est toujours un enjeu.D'une part, les approches basées sur les données d'incidence donnent souvent des estimations erronées du fait du biais d'échantillonnage important sur ce type de données.D'autre part, les approches utilisant les phylogénies reposent généralement sur des fonctions de vraisemblance exprimées à partir de modèles démographiques relativement simples et peu pertinents au regard des dynamiques épidémiologiques.A notre connaissance, il n'existe aucune méthode d'inférence utilisant les deux types de données, qui se base sur des modèles épidémiologiques.Ce travail de thèse a donc conduit au développement de méthodes de calcul bayésien approché qui ne nécessitent aucune fonction de vraisemblance.Ces approches sont basées sur des simulations à partir de modèles épidémiologiques, des techniques de régression et un grand nombre de statistiques de résumé qui permettent de capturer l'information épidémiologique des phylogénies et des données d'incidence.Nous avons comparé ces nouvelles méthodes de calcul bayésien approché à diverses approches existantes permettant d'inferer des paramètres épidémiologiques à partir de phylogénies ou de données d'incidence et obtenu des résultats tout au moins similaires.Ces approches nous ont ensuite permis d'étudier la dynamique de l'épidémie de virus Ebola de 2013-2016 en Sierra Leone et celle de l'épidémie de VIH-O au Cameroun.Ce travail est un premier pas vers l'application de méthodes sans-vraisemblance à des modèles complexes, de façon à aider les organismes de santé publique à établir des mesures de contrôle plus efficaces. / Inferring epidemiological parameters from phylogenies or incidence data is still challenging.In one hand, approaches based on incidence data give regularly erroneous estimates, because sampling bias is usually important on that type of data.In the other hand, approaches based on phylogenies generally rely on likelihood functions that are expressed from relatively simple demographic models.These demographic models are usually not appropriate to properly describe the epidemiological dynamics.To our knowledge, there is no inference method that uses both types of data and that is based on epidemiological models.This thesis work thus led to the development of approximate Bayesian computation methods, which do not require a likelihood function.These approaches rely on simulations from epidemiological models, regression techniques and a large number of summary statistics, which capture the epidemiological information from phylogenies and incidence data.We compared these new methods of approximate Bayesian computation to diverse existing approaches that infer epidemiological parameters from phylogenies or incidence data, and we obtained at least similar accuracies.These approaches enabled us to study the dynamics of the 2013-2016 Ebola epidemic in Sierra Leone and the dynamics of the HIV-O epidemic in Cameroon.This works is a first step towards the application of likelihood-free approaches to complex epidemiological models in order to help public health organisms to establish more efficient control measures.

Les Poly(HydroxyAlcanoates) (PHA) sont des polymères naturels, biodégradables et biocompatibles, synthétisés par de nombreux organismes, et plus particulièrement des procaryotes. Il existe à ce jour plus de 150 types de monomères de PHA différents, accumulés chez différents genres bactériens, en tant que source d’énergie et de carbone. En effet, les granules de PHA intracellulaires sont produites en réponse à un apport en excès de sources de carbone dans l’environnement (glucides, acides gras…), couplé à une carence en éléments azotés nécessaires à la division cellulaire. De par leur caractère biodégradable et biocompatible, les PHA sont employés depuis plus de 20 ans comme biomatériaux dans les domaines pharmaceutiques et biomédicaux, notamment comme micro/nanovecteurs à visée thérapeutique. Ce doctorat met en évidence des méthodes de criblage moléculaire par PCR pour la sélection de bactéries productrices de PHA, isolées de sites hydrothermaux des océans Atlantique et Pacifique au cours de campagnes océanographiques Ifremer. Selon des protocoles de fermentation standardisés et optimisés, des polymères de poly(3-hydroxybutyrate-4-hydroxybutyrate) P(3HB4HB) d’intérêt biomédical ont été produits, puis des études taxonomiques et phylogénétiques ont été menées pour explorer la biodiversité microbienne associée aux environnements marins profonds. Ensuite, des PHA ont été modifiés par réaction thiol-ène photoactivée afin d’obtenir des copolymères hydrosolubles, adaptés pour l’enrobage de nanoparticules poreuses de type Metal-Organic Frameworks (MOF). La caractérisation physicochimique a été réalisée par différentes techniques, et notamment par SEM et STEM-EDX. Les systèmes hybrides poreux MOF-PHA ont ensuite été évalués quant à leur biocompatibilité vis-à-vis de cellules immunitaires (macrophages), par des tests de cytotoxicité et de prolifération cellulaire. Cette étude met en lumière les potentialités de cette nouvelle génération de nanovecteurs, synthétisés pour augmenter le bénéfice thérapeutique tout en minimisant les effets secondaires sur l’organisme humain. / Poly(HydroxyAlkanoates) (PHA) are natural polymers, biodegradable and biocompatible, synthesized by many organisms, especially prokaryotes. There are over 150 kinds of these polyesters, accumulated in a wide variety of bacteria as carbon and energy storage material. PHA granules are deposited intracellularly when microorganisms are cultivated in the presence of an excess of carbon source (glucids, fatty acids...) together with a nitrogenous nutrient deficiency. Due to their biodegradability and biocompatibility, PHA can be used as biomaterials in medical or pharmaceutical fields, and numerous therapeutic micro/nanovectors have already been developed over the past two decades.The present PhD research project highlighted molecular screening methods by PCR for the PHA producing Bacteria selection, isolated during Ifremer cruises from hydrothermal vents in Atlantic and Pacific oceans.According to standardized and optimized fermentation protocols, poly(3-hydroxybutyrate-4-hydroxybutyrate) P(3HB4HB) polymers of biomedical interest were produced, then taxonomic and phylogenetic studies were performed to explore microbial biodiversity associated with deep-sea environments. Next, PHA were modified by ‘click chemistry’ to obtain hydrosoluble copolymers, suitable for coating high porous Metal-Organic Frameworks (MOF) therapeutic nanoparticles. Physico-chemical characterization was performed using different techniques, and more particularly by SEM and STEM-EDX. MOF-PHA hybrid porous systems were then evaluated for their biocompatibility against immune cells (macrophages), by cytotoxicity and cellular proliferation tests. This study highlights potentials of these new generations of nanovectors, synthesized to increase the therapeutic benefit while minimizing side effects on the human body.

Les pycnogonides sont une classe d’arthropodes marins comptant plus de 1 400 espèces, et dont nous connaissons mal la diversité et l’histoire évolutive. Cette thèse pluridisciplinaire sur les pycnogonides tropicaux s’articule autour de quatre axes de recherche : (i) description de neuf fossiles de Solnhofen (Jurassique supérieur), grâce à une nouvelle technique de visualisation des volumes ; (ii) analyses phylogénétiques des gènes CO1 et 18S à partir de 107 taxons ; (iii) séquençage Illumina par shotgun et assemblage de 103 nouveaux génomes mitochondriaux ; et (iv) taxonomie intégrative des pycnogonides de Martinique reposant sur 803 spécimens collectés lors de l’expédition Madibenthos (2016) et 172 séquences CO1. Tous les fossiles de Solnhofen étudiés sont rattachés aux pantopodes, marquant leur affinité avec la faune moderne. Deux espèces nouvelles sont décrites. Avec les fossiles de La Voulte-sur-Rhône, ils montrent que les pantopodes étaient déjà diversifiés dans des eaux profondes et lagunaires du Jurassique, suggérant une importante transition de faune entre Paléozoïque et Mésozoïque. De nombreux réarrangements du génome mitochondrial, impliquant principalement les gènes des ARNt, sont mis en évidence. Certains sont corrélés à des changements dans le biais de composition en bases qui peuvent impacter la reconstruction phylogénétique. Malgré ces problèmes, nous retrouvons la monophylie de toutes les familles excepté les Ascorhynchidae, Callipallenidae et Nymphonidae, et identifions des regroupements interfamiliaux, d’un côté entre Ammotheidae, Pallenopsidae, Endeidae et Phoxichilidiidae, et de l’autre, entre Callipallenidae et Nymphonidae. Un très grand nombre de relations intergénériques et interspécifiques est également révélé. Alors que 20 espèces étaient auparavant connues sur les côtes de Martinique, cette étude a permis de multiplier par quatre la diversité connue de l’île, soit un total de 73 espèces. Ces résultats suggèrent une diversité encore plus importante à l’échelle des Caraïbes, que l’on pensait pourtant bien explorées. / Sea spiders are a class of marine arthropods including more than 1,400 species. Their diversity and evolutionary history are still poorly known. In this thesis, tropical pycnogonids were studied using four approaches: (i) nine fossils from Solnhofen (Upper Jurassic) were examined using a new photographic technic improving visualization of body parts; (ii) for phylogeny, CO1 and 18S genes were analyzed for 107 taxa; (iii) 103 new mitochondrial genomes were assembled after Illumina shotgun sequencing; and (iv) 803 sea spiders collected during the Madibenthos expedition (2016) in Martinique were examined for integrative taxonomy using 172 CO1 sequences.All fossils from Sonhofen are shown to share strong affinities with the modern fauna, as they were identified as belonging to Pantopoda. Two new species are described. Together with fossils from La Voulte-sur-Rhône, these results suggest that Pantopoda were already diversified in shallow and deep Jurassic waters, indicating that an important faunal transition occurred between Palaeozoic and Mesozoic. The mitochondrial genome of sea spiders shows many different gene orders and most of the gene rearrangements involve tRNA genes. Some are correlated with changes in base composition bias, which can be misleading for phylogenetic reconstruction. Despite these problems, all families but Ascorhynchidae, Callipallenidae and Nymphonidae were found to be monophyletic. Furthermore, our analyses provide evidence for several interfamilial relationships (between Ammotheidae, Pallenopsidae, Endeidae and Phoxichilidiidae; and between Callipallenidae and Nymphonidae), and for many intergeneric and interspecific relationships. While only 20 pycnogonid species were previously known from Martinique, the number of species was multiplied by four after our study, i.e. 73. These results suggest that many species still remain to be discovered in the Caribbean Sea, whereas this region was thought to be well-explored regarding sea spiders.

Les poissons arc-en-ciel (Melanotaeniidae) se distribuent entre la Nouvelle-Guinée et l'Australie. Ils sont très recherchés en aquariophilie en raison de leur coloration remarquable. Il en existe un très grand nombre d’espèces, dont certaines figurent sur la liste rouge des espèces menacées. L’espèce Melanotaenia boesemani, l'une des plus populaires au sein de cette famille, est en voie de disparition. L’aquaculture de cette espèce apparaît donc comme une solution prometteuse pour limiter la capture de spécimens sauvages. Pourtant, le nombre de fermes qui élèvent M. boesmani est très faible. Ceci est probablement dû aux problèmes rencontrés par les aquaculteurs, à savoir une proportion plus élevée de femelles par ponte, une perte de la coloration, un taux de croissance et une fécondité plus faibles, ainsi que l’apparition fréquente de malformations. Dans ce contexte, cette thèse visait à produire de nouvelles données génétiques en vue d’améliorer l'aquaculture et la conservation de cette famille. Plus précisément, les objectifs étaient: 1) de développer de nouveaux marqueurs microsatellites à partir d'ADN de M. boesemani, 2) d'évaluer la diversité génétique des populations sauvages de Melanotaenia et d'affiner leur taxonomie, 3) de définir l’origine géographique des souches de M .boesemani élevées en Indonésie, et d'évaluer la pression de consanguinité résultant de cette domestication. Par séquençage haut débit, 12 marqueurs microsatellites ont été développés et validés sur l’espèce M. boesemani. Les loci correspondant se sont tous révélés polymorphe et des expériences de croisement ont montré qu’ils se conformaient aux lois de Mendel. Ces nouveaux marqueurs ont ensuite été mis en œuvre pour évaluer la variabilité génétique de 44 populations sauvages (correspondant à 1152 spécimens de poissons). Les valeurs de Fis multilocus ont révélé que 5 espèces présentaient des écarts significatifs à l’équilibre de Hardy-Weinberg et suggéré la présence possible de sous-populations génétiquement différenciées. Combinés à une analyse phylogénétique effectuée sur le gène de la cytochrome oxydase I (COI) et à l'observation de plusieurs caractères morphologiques diagnostic, les 12 marqueurs microsatellites ont également permis de caractériser 8 nouvelles espèces non-encore décrites. Enfin, ces marqueurs microsatellites ont été appliqués pour analyser et comparer la variabilité génétique d’échantillons de M. boesemani obtenus à partir de 6 fermes aquacoles autour de Jakarta avec celle des deux populations indigènes de cette espèce, à savoir des lacs Ayamaru et Uter (Papouasie occidentale). Les résultats ont indiqué que toutes les souches élevés provenaient du lac Ayamaru. Aucun déficit en hétérozygotes n’a été mis en évidence, suggérant qu'il n'y avait pas de consanguinité majeure dans ces souches d’élevage. L’analyse des génotypes a également suggéré que l’espèce M. boesemani représentait probablement une métapopulation constituée de populations génétiquement différenciées. En définitive, ces résultats indiquaient que les problèmes rencontrés par les aquaculteurs ne proviennent pas d’une éventuelle consanguinité mais sont plus surement liés à d'autres facteurs tels qu’une gestion inappropriée et / ou une mauvaise qualité des eaux d’élevage. En conclusion, ces nouveaux marqueurs microsatellites se sont avérés utiles pour évaluer la structure génétique et la diversité d'un grand nombre d'espèces de poisson arc-en-ciel, dont beaucoup sont en voie de disparition. Les résultats présentés ici sur l'une des espèces les plus menacées (M. boesemani) montrent qu'il est encore possible d'éviter son extinction. Ceci nécessite cependant d'augmenter sa production aquacole afin de soulager rapidement la pression de surpêche. Ceci passe par une meilleure gestion des pratiques d'élevage. / Rainbowfishes (Melanotaeniidae) are widely distributed throughout New Guinea and Australia. They are very famous for ornamental trade because of their vivid coloration. They display amazing species richness and some of them are on the red list of endangered species. The species Melanotaenia boesemani, one of the most popular within this family, is.facing great threats. Rearing of this species in aquaculture setups thus appears as a promising solution to limit capture of wild specimens. Yet, the number of farms that raise M. boesmani is very low. This is probably due to the problems reported by the farmers, i.e. higher proportion of females per spawning, loss of coloration, lower growth rate and fecundity, frequent morphological abnormalities. In this context, this study aimed at gathering new genetic information that would be useful for the aquaculture and conservation of the Melanotaeniidae family. Specifically, the objectives of the research were: 1) to develop new microsatellite DNA markers from the endangered M. boesemani, 2) to evaluate the genetic diversity of wild populations of Melanotaenia and refine their taxonomy, 3) to describe the geographic origins of M. boesemani reared by ornamental fish farmers in Indonesia, and evaluate the inbreeding pressure resulting from this domestication. Using next generation sequencing, 12 microsatellite DNA markers were developed and validated from M. boesemani. All microsatellite loci revealed polymorphic and cross-breeding experiments showed that they followed a Mendelian inheritance pattern. These new markers were subsequently implemented to evaluate the genetic variability of 44 wild populations (corresponding to 1152 fish specimens). Multilocus Fis values revealed that 5 species significantly departed from Hardy-Weinberg expectations and suggested the possible occurrence of genetically differentiated subpopulations. Combined with a phylogenetic analysis performed on the cytochrome oxydase I (COI) gene and with the observation of several diagnostic morphological characters, the 12 microsatellite markers also enabled to characterize 8 new species previously undescribed. Finally, these microsatellite markers were applied to analyze and compare the genetic variability of M. boesemani samples obtained from 6 aquaculture farms around Jakarta with that of the two native populations of this species , i.e. from Ayamaru and Uter Lakes (West Papua). Results indicated that all reared strains originated from Ayamaru Lake. No deficit in heterozygotes was evidenced, suggesting that there was no major inbreeding in these reared populations. Genotype analysis also suggested that M. boesemani species consists of a metapopulation composed of genetically differentiated populations. Altogether, these results indicated that the problems experienced by the farmers are obviously not due to inbreeding depression and are probably caused by other factors such as unsuitable management and/or poor water quality. In conclusion, these new microsatellite markers proved useful to evaluate the genetic structure and diversity of a large number of rainbowfish species, among which many are endangered. The results presented here on one of the most threatened species (M. boesemani) show that it is still possible to prevent its extinction. This, however, implies to increase its aquaculture production in order to quickly alleviate the overfishing pressure. This, in turn, involves a better management of rearing practices.

Mycobacterium tuberculosis, la bactérie causant la tuberculose, est un pathogène d'importance majeure à l'échelle mondiale. Depuis sa découverte en 1882 par Robert Koch, de nombreuses études se sont penchées sur les caractéristiques de cette bactérie et des souches proches, connues sous le nom de complexe Mycobacterium tuberculosis (MTBC). Dans le cadre de ce travail nous avons commencé par nous intéresser à l'espèce proche "Mycobacterium canettii", qui avait été identifiée au milieu du XXème siècle comme étant également capable de causer des cas de tuberculose chez l'Homme, tout en possédant des caractéristiques phénotypiques propres. Par le biais de l'étude de certains marqueurs phylogénétiques, nous avons pu établir que cette bactérie n'appartenait pas au MTBC au sens strict et pouvait donc être utilisée comme point d'ancrage dans le cadre de l'étude de la phylogénie et de l'émergence de ce dernier. C'est pourquoi nous avons choisi d'étudier la diversité de la collection de souches de "Mycobacterium canettii", qui proviennent toutes d'une même région du globe, la Corne de l'Afrique. L'étude de cette collection, construite au fil des ans par le Service de Santé des Armées (SSA), a permis de mettre en évidence l'émergence d'un groupe particulier de souches au sein de cette espèce, ainsi que d'obtenir des éléments permettant de préciser le positionnement du dernier ancêtre commun (MRCA) du MTBC. Du fait de l'origine géographique exclusive de ce taxon, nous avons ensuite décidé d'évaluer la diversité génétique des souches de Mycobacterium tuberculosis provenant de cette même région du globe. Cette seconde partie de l'étude, menée sur une collection à nouveau constituée par le SSA, a conduit à l'identification d'une nouvelle lignée au sein du MTBC, jusqu'alors inconnue. Cette découverte a un impact important sur la compréhension de l'émergence de Mycobacterium tuberculosis, car elle permet d'envisager un nouveau modèle d'apparition en interprétant cette lignée comme le descendant contemporain de l'écotype fondateur du MTBC. L'évolution de Mycobacterium tuberculosis peut ainsi être comprise suivant une progression liant "Mycobacterium canettii", pathogène occasionnel supposé environnemental, et cette nouvelle lignée. Une fois ce nouveau modèle proposé, nous avons tenté de le dater en extrapolant le taux de mutations observé lors d'évènements épidémiques contemporains, ce qui nous a permis de dater le MRCA du MTBC à environ 10 000 ans. Enfin nous avons mis en parallèle ces éléments concrets avec les connaissances paléo-ethnographiques actuelles concernant la Corne de l'Afrique pour proposer un modèle historiquement argumenté permettant d'expliquer la structuration phylogénétique actuelle du MTBC. / Mycobacterium tuberculosis, the causative agent of tuberculosis, is a pathogen of world-wide impact. Since its discovery in 1882 by Robert Koch many studies have been focusing on the characteristics of this bacterium and of the most closely related strains known as the Mycobacterium tuberculosis complex (MTBC). In this work we started by studying the closest neighbor to the MTBC, the "Mycobacterium canettii" taxon, which is only found in one particular region of the world, the Horn of Africa. It t has been first identified in the middle of the XXth century as being able to cause tuberculosis in humans, but having at the same time peculiar phenotypic characteristics. Through the study of some phylogenetic markers we have been able to establish that this bacterium does not belong to the MTBC sensu stricto and can therefore be used as an outgroup in order to root the phylogeny to study the emergence of the MTBC. The next step was to study the genetic diversity of a collection of strains of "M. canettii",using the “next generation sequencing” (NGS) approach.. The analysis of this collection, built along the years by the French Army Health Service (SSA), has permitted to show the rapid emergence of a particular clone, as well as to get information enabling to precise the position of the most recent common ancestor (MRCA) of the MTBC. Because of the restricted geographic location of this species, it was also decided to assess the genetic diversity of strains of M. tuberculosis coming from the same part of the globe. This second part of the study, performed on a collection of strains also gathered by the SSA, has lead to the identification of a new, previously unknown, lineage of the MTBC. This discovery has a profound impact on the comprehension of the emergence of M. tuberculosis, as it permits to develop a new model of appearance by interpreting this lineage as the founder ecotype of the MTBC. The evolution of M. tuberculosis can therefore by understood along a path linking "M. canettii", opportunistic pathogen supposedly environmental, and this new lineage. After this proposal of a new model, we tried to date it by extrapolating

Cette thèse confidentielle public/privé porte sur l’étude des sources biologiques de la palytoxine (PlTX) dont l’identification est nécessaire afin de développer un protocole industriel standardisé permettant d’obtenir des quantités importantes de toxine pour réaliser diverses études. Premièrement, l’activité anticancéreuse in vitro de la PlTX a été évaluée sur des lignées cellulaires cancéreuses humaines et murines. La cytotoxicité de la PlTX est 106 fois plus importante sur les lignées cancéreuses par rapport aux lignées non cancéreuses témoins. La PlTX utilisée a été purifiée à partir d’une espèce encore non décrite de Palythoa, qui a été caractérisée phylogénétiquement et morphologiquement et qui fournit les quantités de PlTX pures les plus élevées à ce jour (2,8 ± 0,45 mg/g de matière fraîche). La localisation de la PlTX dans les tissus de cette espèce a été décrite par des techniques innovantes d’imagerie par spectrométrie de masse MALDI. Deuxièmement, une étude phylogénétique et une quantification de la PlTX par HPLC chez 29 échantillons de Zoantharia a été réalisée. La spectrométrie de masse ESI a permis de donner la structure chimique du type de PlTX purifiée à partir de ces échantillons. La dernière partie présente une étude préliminaire sur la culture ex hospite des endosymbiotes unicellulaires de Palythoa spp. appartenant au genre Symbiodinium afin de tester leur implication dans la synthèse de PlTX. En conclusion, il ressort que la PlTX présente un effet anticancéreux très prometteur. Le moyen le plus efficace actuellement pour obtenir de la PlTX en quantité importante est de l’extraire à partir d’une espèce de Palythoa caractérisée grâce à ce travail. / The work presented in this manuscript is the outcome of a confidential public/private collaboration. It concerns the study of biological sources of PlTX. Their identification is required to develop an industrial-standard protocol in order to obtain sufficient quantity of toxin to perform several studies. In the first part, the in vitro anti-cancer activity of PlTX was evaluated upon several human and murine cancerous cell lines. The cytotoxic activity of PlTX was 106-times more powerful against cancerous lines compared to non-cancerous control lines. The PlTX used in this work was purified from an undescribed species of Palythoa which was characterized based on phylogenetic and morphological analyses. This species produces the highest PlTX levels ever recorded (2.8 ± 0.45 mg/g fresh matter). PlTX localization in tissues of this Palythoa species was also described by innovative MALDI mass spectrometry imaging techniques. The second part presents a phylogenetic study of 29 samples of Zoantharia and quantification of PlTX by HPLC. The ESI-mass spectrometry allowed to characterize the chemical structure of the type of PlTX purified from these samples. The last part of this thesis constitutes a preliminary study on the ex hospite culture of unicellular endosymbionts belonging to the genus Symbiodinium. Ensosymbiont cells were isolated from Palythoa species containing high PlTX concentrations in order to test their implication in PlTX synthesis. In conclusion, PLTX has a very promising anticancer activity, and the best way to obtain large quantities of PlTX is the extraction from a Palythoa species characterized in this work.

La diversité des protistes marins planctoniques, après avoir été historiquement étudiée sur des critères morphologiques, est depuis récemment sujette à une intense recherche à l’aide d’approches moléculaires. Notamment, les études basées sur l’amplification directe de marqueurs moléculaires à partir d’ADN environnemental ont révélées une exceptionnelle diversité. L’objectif central de ce travail est d’améliorer notre compréhension sur le lien existant entre la connaissance classique des eucaryotes unicellulaires et leur diversité estimée à partir des données moléculaires, en particulier pour une meilleure interprétation des processus évolutifs et écologiques. Pour cela, nous avons utilisé comme système modèle l’ordre des ciliés tintinnidés (Tintinnida) qui constituent un groupe riche en espèces, aisément identifiables au microscope grâce à leur coquille externe (lorica) et communément rencontrés dans l’ensemble des eaux marines et lacustres du monde. Un suivi approfondi sur deux ans des tintinnidés de la Baie de Villefranche-sur-Mer (Mer Méditerrannée, France), couplant des analyses moléculaires de la diversité à partir de cellules individuelles et à partir d’ADN environnemental, a permis de caractériser la composition de ces communautés et leur dynamique temporelle aux échelles macro- et micro-évolutives. La première partie de ce travail a été destinée à la réalisation d’une phylogénie moléculaire de référence pour les tintinnidés en incorporant les séquences de 62 individus de morphologies diverses pour lesquelles des données moléculaires n'étaient pas disponibles. Nous avons amplifié et séquencé les gènes codant pour les ARN ribosomiques (ARNr 18S, 5.8S et 28S) et les espaces intergéniques correspondants (ITS1 et ITS2). La classification taxonomique a été réévaluée d’après les données moléculaires. Dans un deuxième temps, nous avons testé l’efficacité des approches moléculaires conventionnelles (amplification, clonage et séquençage Sanger du gène de l'ARNr 18S) et plus récentes (amplification et pyroséquençage de régions de l'ARNr 18S et de l’ITS), pour décrire la composition des communautés des tintinnidés dans des échantillons environnementaux en les comparant avec des estimations de la diversité par observation morphologique sur les mêmes échantillons. Si il existe de légères incongruences entre les approches et/ou les différents marqueurs employés, les approches cultureindépendantes s’avèrent efficaces pour décrire la diversité morphologique. En revanche, afin de ne pas surévaluer artificiellement le nombre d’espèces estimées à partir des données de pyroséquençage, il faut que des méthodes de débruitage et de regroupement en unités taxonomiques opérationnelles (UTOs) contraignantes soient appliquées. La troisième partie de ce travail a été dédiée au suivi temporel des communautés de tintinnidés à différentes profondeurs dans la baie de Villefranche, basé sur le clonage et le séquençage du gène de l'ARNr 18S et des régions ITS. Il apparaît des différences de distribution au cours de l’année à une même profondeur, en particulier en termes d’abondance de séquences pour une UTO donnée. Malgré un cadre phylogénétique solide et assez enrichi, l’approche moléculaire révèle des séquences éloignées des espèces déjà séquencées. La découverte de ces clades environnementaux souligne potentiellement l’importance écologique d’espèces encore mal connues. Enfin, le séquençage direct du gène de l'ARNr 18S et de l'ITS2 à partir des cellules individuelles de l'espèce <Undella claparedei> a offert l’opportunité d’une étude populationnelle sur une période de deux ans. La diversité intra-spécifique mesurée met à jour des phénomènes d’hybridation entre variantes génétiques. Une structuration génétique temporelle a également été observée pour le gène de l'ARNr 18S. Les implications de ces différentes recherches sont discutées dans le cadre de l’étude de la diversité et de l’écologie des tintinnidés, et plus largement, des protistes marins. / The marine protistan diversity has been historically studied based on morphological characterization but has recently been the object of intense research using molecular approaches. Studies based on the amplification of molecular markers from environmental DNA revealed an outstanding diversity, partly new and uncharacterized. However, the actual extent of this diversity remains poorly known and highly debated. The main goal of this work was to improve our knowledge on protistan diversity to bridge the gap between molecular environmental surveys and classical protistology to better understand the ecology and evolution of unicellular eukaryotes. For this purpose, we used as a model the species-rich order of the tintinnid ciliates (Tintinnida, Ciliophora), which are easily distinguishable because of their secreted shell, the lorica, and commonly found in marine waters all around the globe. A two-year monitoring of the tintinnid populations in the Bay of Villefranche-sur- Mer (Mediterranean Sea, France), combining molecular analyses of the diversity based on single-cells and environmental DNA, gave us the opportunity to describe the tintinnid community composition and its temporal dynamics. In the first part of this work, we constructed a reference molecular phylogeny for the tintinnids including new sequences from 62 specimens of diverse morphologies, for which we amplified and sequenced the ribosomal coding genes (18S, 5.8S and 28S rRNA) and the corresponding intergenic spacers (ITS1 and ITS2). The taxonomic classification of the Tintinnida has been revised based on these molecular data. In the second part, in order to assess the accuracy of molecular-based approaches to describe the natural species assemblages of tintinnids, we compared the morphology-based diversity estimates with those derived from classical (amplification, cloning and Sanger sequencing of the 18S rRNA gene) and more recent (direct pyrosequencing of amplified 18S rRNA genes and ITS regions) molecular approaches. Even if there are still some disagreements between the different methods and/or molecular markers, the culture-independent approaches were efficient to describe the morphological diversity. However, a careful and rigorous analysis of pyrosequencing datasets, including sequence denoising and stringent sequence clustering in Operational Taxonomic Units (OTUs) with well-adjusted parameters, is necessary to avoid overestimating the species number. The third part of the thesis is dedicated to the study of the genetic diversity of tintinnids over a one-year survey in the Bay of Villefranche at five different depths by combining community fingerprinting analysis using denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) with direct PCR amplification and sequencing of 18S, 5.8S, and 28S rRNA genes and ITS regions. These analyses revealed marked seasonal changes, in particular in the sequence abundances of certain OTUs. In addition, despite an enriched phylogenetic reference sequence dataset for the tintinnids, we retrieved two abundant phylotypes without any closely related known species, highlighting the possible ecological relevance of unidentified species. Finally, we studied the intra-specific diversity of populations of the species <Undella claparedei> based on 18S rDNA and ITS direct sequencing of single-cells collected over a period of two years. We detected signals of hybridization and sexual recombination among different genetic variants. We also found genetic structuring of the 18S rRNA gene data differentiating populations collected at different times. The implications of all these results are discussed in the framework of the diversity and ecology of tintinnid ciliates and, more generally, of marine protists