Les relations symbiotiques entre organismes sont essentielles pour l’évolution de la bio- diversité et le fonctionnement des écosystèmes. En milieu terrestre ou en milieu marin benthique les symbioses sont assez bien décrites. Si dans le plancton marin, les relations entre hôtes hétérotrophes et symbiontes photosynthétiques sont des phénomènes observés dès le 19ème siècle, les mécanismes fonctionnels qui régissent ces symbioses restent largement inconnus. C’est le cas de la symbiose entre certaines espèces de radiolaires et leurs symbiontes dinoflagellés. Il s’agit d’un modèle symbiotique, composé de deux unicellulaires eucaryotes, sur lequel je me suis concentré au cours de cette thèse. Ces deux organismes sont connus pour être largement répandus dans les océans et pour leur importance au sein des écosystèmes marins, et il est donc important de mieux caractériser ces symbioses afin d’approfondir nos connaissances de ces organismes. Grâce aux technologies de séquençage haut-débit il est désormais possible d’obtenir, pour ces organismes non cultivables mais isolés depuis l’environnement, une quantité sans précédent d’information génomique. Ces approches représentent une opportunité de décrypter les mécanismes à l’oeuvre dans ces interactions symbiotiques. Mon travail de thèse a combiné la création d’outils bioinformatiques dédiés à l’analyse de données de transcriptomique des holobiontes de radiolaires et dinoflagellés et l’étude de ce modèle de symbiose. Ce travail de doctorat contribue à une meilleure compréhension des mécanismes d’adaptation fonctionnelle et évolutive des organismes photosymbiotiques marins. / Symbiotic associations between organisms are essentials in biodiversity evolution and ecosystems functioning. In terrestrial environments or in the benthic marine environment, the symbioses encountered are fairly well described and studied. In the marine plankton, photosymbioses are phenomena described and observed since the 19th century. However, if the actors of these associations begin to be identified, the fundamental functional mechanisms for the establishment and the maintenance of these symbioses remain largely unknown. This is particularly true for the symbiotic association between symbiotic radiolarians and their dinoflagellate photosymbionts, two unicellular eucaryotes, which I was interested in during this thesis. These two organisms are known to be widespread in the oceans and for their key role in marine ecosystems, and it is therefore important to characterize these symbiotic events in order to deepen our knowledge of these organisms. Thanks to high-throughput sequencing technologies it is now possible to obtain an unprecedented amount of data for these unicellular organisms that are not cultivable and need to be directly isolated from the environment. These new technologies represent a unique opportunity to better characterized the mechanisms involved in these intimate cellular interactions. My Ph.D. work has combined the implementation of bioinformatics protocols and tools dedicated to the assembly and analysis of RNA-seq data as well as to the study of holobiont transcriptomes of radiolarians and dinoflagellates. This thesis contributes to a better understanding of the mechanisms of functional and evolutionary adaptation of marine photosymbiotic organisms.

El fitoplancton es la base de la cadena alimenticia de todo ecosistema acuático, siendo prioritario monitorear la composición y abundancia de especies, como un elemento de la calidad del agua en estudios ambientales, ecológicos, oceanográficos y sanitarios. Se efectuaron monitoreos mensuales del fitoplancton y variables ambientales superficial y subsuperficial durante el 2013 al 2015, en 4 sitios costeros a 10 millas frente a Esmeraldas, Manta, La Libertad y Puerto Bolívar, aplicando metodologías estandarizadas. Los resultados de las variables ambientales presentaron diferencias significativas con mayor amplitud de variabilidad mensual se reflejó en la época húmeda de los 3 años, relacionadas por las condiciones hidrográficas específicas de cada lugar. El año 2015 registró aguas más cálidas por desarrollo del evento El Niño 2015-2016. El fitoplancton registró 215 especies con un total de 64 géneros, que correspondieron principalmente a diatomeas céntricas-pennadas y escasos dinoflagelados. Se estableció rangos de abundancia, con escasos registros de máximas concentraciones en condiciones de agotamiento de nitrato y fosfato. Las dos componentes principales de las variables explicaron entre un 69 a 71% de la variabilidad de todos los datos, lo que implica que otras variables están ejerciendo en el funcionamiento de la dinámica del fitoplancton. Las variables evidenciaron un óptimo nivel de conservación del ecosistema marino costero, con excepción del oxígeno y algunas especies registradas que pueden generar mareas rojas, cuando se cumplan las condiciones para ello, lo que ha evidenciado escasos riesgos en sitios cercanos a la ruta de tráfico marqítimo e inicios de la maricultura. / Tesis

Busca estimar la incertidumbre asociada al recuento del fitoplancton obtenido de la laguna La Viuda, Lima-Perú, se establecieron muestreos estacionales (variación temporal) en el año 2017 en doce estaciones de muestreos (variación espacial). Oocystis lacustris Chodat y Nitzschia sp. fueron los organismos evaluados. La incertidumbre cualitativa fue calculada por el Teorema de Bayes, el cual fue 1re para los dos organismos, los resultados muestran que las diatomeas tuvieron más alto porcentaje de aprobación del nivel de identificación División, para uniformizar a los analistas se tuvo que hacer refuerzos teóricos para estandarizar la terminología usada en la identificación y obtener una probabilidad de 1 en la identificación. Para la incertidumbre de muestreo se usó ANOVA de una vía; para el muestreo in vitro, el RSDmuestreo para Oocystis lacustris fue 18.20% y el RSDanálisis (18.22%) no hubo variabilidad alta entre CI-1 (mínima concentración) y CI-2 (máxima concentración); mientras que el RSDmuestreo in situ para Oocystis lacustris fue 0, esto es debido a que los objetivos de muestreos comparados fueron valores altos y cercanos entre sí. El RSDmuestreo in vitro fue 28.16% para Nitzschia sp. y se observa un RSDanálisis alto (50.72 %) debido a que los valores inoculados de CI-1 y CI-2 fueron próximos a cero, la data de Nitzschia sp in situ no fue evaluada porque no presentaba normalidad. La incertidumbre del análisis fue calculada por la ley de propagación de incertidumbre, donde la incertidumbre combinada relativa del recuento (wy) fue calculada con 5, 4 y 3 fuentes de incertidumbre para CI-1 y CI-2 de ambos organismos, donde la mayor variabilidad es aportada por la incertidumbre de la distribución del campo microscópico y la incertidumbre de la lectura. El wy considerando 3 fuentes de incertidumbre para Oocystis lacustris fue: CI-1=1.0296 y CI-2=0.1530; para Nitzschia sp. fue: CI-1=1.0015 y CI-2=0.5392. Finalmente, se reportan la abundancia del fitoplancton incorporando la incertidumbre del recuento de Oocystis lacustris y Nizschia sp según la ley de propagación de incertidumbre para los meses de abril, julio y noviembre del 2017 comparándolo con la data sin incorporar la incertidumbre, el cual afecta los valores de los índices de diversidad alfa con relación a la variabilidad espacio-temporal. / Tesis

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Titre de l'écran-titre (visionné le 23 mai 2023) / La découverte de la co-dépendance entre les communautés de microorganismes symbiotiques et leurs hôtes eucaryotes a redéfini l'unité biologique soumise à l'action des forces évolutives, à « l'ensemble de l'hôte et son microbiote symbiotique », appelé holobionte. Les holobiontes aquatiques sont retrouvés dans une multitude d'environnements extrêmes sur Terre, allant des sources d'eau chaude, aux profondeurs océaniques, aux calottes polaires, jusqu'aux cours d'eau contaminés par les métaux lourds. De plus en plus d'études montrent que l'établissement d'associations symbiotiques avec des microbes a permis à la diversité animale de se développer dans ces environnements hostiles. Les Poissons, retrouvés dans une étonnante diversité d'environnements contrastés, constituent d'excellents modèles pour comprendre la nature des symbioses hôte-microbiote, tant en termes de composition des communautés impliquées, que d'identification des facteurs environnementaux et génétiques qui modulent leurs interactions avec l'organisme hôte. Au contraire des microbiotes humains, nos connaissances sur le microbiote des Poissons en sont à leurs tous débuts. De manière générale, le projet de thèse visait à mieux comprendre l'influence des facteurs modulant les communautés bactériennes chez les Poissons, ainsi qu'à détailler la nature de l'interaction symbiotique existant entre ces communautés et leurs hôtes. Pour y parvenir, nous avons utilisé une approche holistique qui s'intéressait aux différentes composantes modulant les interactions hôte-microbiote chez différentes espèces de poissons amazoniens. Premièrement, nous avons caractérisé la composition et les facteurs environnementaux qui altèrent le bactérioplancton amazonien, ce dernier représentant la source principale de bactéries recrutées par les poissons. Un échantillonnage de bactérioplancton au sein d'un gradient physicochimique de 15 sites naturels a montré que les communautés bactériennes environnementales varient en composition et en activité selon le type d'environnement échantillonné, les Betaprotéobactéries dégradant le carbone humique étant particulièrement abondantes en eau noire, un milieu acide et pauvre en ions. Deuxièmement, nous avons tenté d'évaluer l'effet du génotype de l'hôte sur le recrutement du microbiote chez les poissons amazoniens, afin de déterminer s'il s'agit d'un facteur significatif pouvant moduler le microbiote des Poissons. Suite à la caractérisation du génotype et du microbiote bactérien de quatre espèces de piranha génétiquement proches, nous avons montré l'existence de corrélations significatives entre le génotype de l'hôte et la structure de son microbiote cutané, ce qui n'était pas le cas pour le microbiote intestinal. Par la suite, nous avons profité des particularités d'un système d'étude unique en Amazonie, où on observe un découplage génotype X environnement, afin de quantifier les contributions respectives du génotype du poisson-hôte, des paramètres physicochimiques environnementaux et de la composition du bactérioplancton à la composition du microbiote branchial, représentant une des communautés microbiennes icthyienne la plus exposée à l'environnement. Pour se faire, nous avons mené une étude comparative sur plusieurs populations génétiques de poissons échantillonnées dans des types d'eau ayant des profils physicochimiques contrastés, et avons montré que le recrutement des souches bactériennes environnementales dépend davantage de la composition de l'assemblage bactérien planctonique, que du génotype du poisson-hôte. Finalement, nous avons étudié la nature des interactions poisson-microbiote en milieu extrême, en tentant de comprendre si des fonctions bactériennes des symbiotes branchiaux sont essentielles à la survie des poissons en eau noire, un milieu acide et pauvre en ions imposant d'importants défis physiologiques pour les poissons résidents. La caractérisation simultanée du transcriptome de l'organisme hôte et de sa communauté microbienne chez quatre espèces de Poissons, collectées le long d'un gradient physicochimique comprenant plusieurs sites d'eau noire, suggère que les bactéries branchiales jouent des rôles essentiels dans la régulation des processus d'ionorégulation de l'hôte. Par exemple, l'expression de plusieurs systèmes de transport transmembranaire d'ions n'était observée qu'en cas de surexpression de certaines Betaprotéobactéries connues pour moduler la perméabilité membranaire eucaryote. La contribution du bactérioplancton dans cette interaction a été étudiée davantage par l'implantation d'un modèle de poissons axéniques (stériles) exposés à ce même gradient physico-chimique amazonien, mais dans différents environnements stériles/non stériles en laboratoire. Les résultats de cette dernière expérience ont révélé que les bactéries autochtones/endémiques de l'eau noire d'Amazonie jouent un rôle crucial dans la survie des poissons dans ce type d'eau, puisque l'absence de celles-ci provoque une mort rapide. En conclusion, ce projet de thèse contribue à démontrer l'importance de considérer le microbiote de l'hôte, tout comme le microbiote environnemental, dans les études concernant l'évolution et l'écologie des Poissons. / The discovery of the codependency between communities of symbiotic microorganisms and their eukaryotic hosts has redefined the biological unit subject to the action of evolutionary pressures, from the hosts only, to the hosts and their symbiotic microbiota, known as "holobionts". Aquatic holobionts are found in a multitude of extreme environments on Earth, including hot springs, deep oceans, icy waters of Antarctica, and streams contaminated with heavy metals. More and more studies show that in these hostile environments, it is through the establishment of symbiotic associations with microbes that animal diversity has been able to develop. Fish, which are found in an astonishing diversity of contrasting environments, constitute excellent models for understanding the nature of host-microbiota symbiosis, the composition of the communities involved, as well as the environmental and genetic factors that modulate their interactions with their host organisms. Unlike human microbiota, our knowledge of the fish microbiota is still in its infancy. In general, this thesis project aimed to better understand the influence of factors modulating fish bacterial communities, as well as to detail the nature of the symbiotic interaction existing between these communities and their hosts. To achieve this, we used a holistic approach that focused on the many components modulating host-microbiota interactions in different Amazonian fish species. Firstly, we characterized the composition and the environmental factors that alter Amazonian bacterioplankton, the latter representing the main source of bacteria recruited by fish. A sampling of bacterioplankton within a physicochemical gradient of 15 natural sites showed that environmental bacterial communities vary in composition and activity depending on the type of environment sampled, with humic-carbon-degrading Betaproteobacteria being particularly abundant in black water, an acidic and ion-poor environment. Secondly, we attempted to assess the effect of the host genotype on microbiota recruitment in Amazonian fish, to determine if it is a significant factor that can modulate fish microbiota. Following the characterization of the genotype and bacterial microbiota of four genetically similar piranha species, we evidenced the existence of significant correlations between the host genotype and the structure of fish skin microbiota, which was not the case for the gut microbiota. Subsequently, we took advantage of a unique study system in Amazonia, where fish genotype X environment decoupling is observed, in order to quantify the respective contributions of the fish host genotype, physicochemical parameters and bacterioplankton community composition in shaping the composition of the gill microbiota, one of the most environmentally-exposed community on fish hosts. To do this, we conducted a comparative study on several genetic populations of fish sampled in water types with contrasting physicochemical profiles, and showed that the recruitment of environmental bacterial strains depends more on the composition of the planktonic bacterial assembly, than on the genotype of the host fish. Finally, we studied the nature of fish-microbiota interactions in extreme environments, trying to understand whether there are bacterial functions expressed by symbiotic gill bacteria, that are essential for fish survival in black water, an acidic and ion-poor environment imposing significant physiological challenges for resident fish. The simultaneous characterization of the host gill and microbiota transcriptome of four fish species, collected along a physicochemical gradient including multiple blackwater sites, suggests that gill bacteria play essential roles in regulating host ionoregulatory processes. For example, the host expression of several transmembrane ion transport systems was only observed concurrently with the overexpression of specific Betaproteobacteria known to modulate eukaryotic membrane permeability. The contribution of bacterioplankton in this interaction was further studied by implementing an axenic (sterile) fish model exposed to this same Amazonian physico-chemical gradient, but in different sterile/non-sterile environments in the laboratory. The results of this latest experiment revealed that autochthonous/endemic Amazonian blackwater bacteria play key roles in the survival of fish in this water type, such that when hosts are devoid of bacteria, they do not survive in such an environment. In conclusion, this thesis project contributes to highlight the importance of considering the host microbiota, as well as the environmental microbiota, in studies concerning fish evolution and ecology.

L’Arctique s’est réchauffé rapidement et il y a urgence d’anticiper les effets que cela pourrait avoir sur les protistes à la base de la chaîne alimentaire. Le phytoplancton de l’Océan Arctique inclut les pico- et nano-eucaryotes (0.45-10 μm diamètre de la cellule) et plusieurs de ceux-ci sont des écotypes retrouvés seulement dans l’Arctique alors que d’autres sont introduits des océans plus méridionaux. Alors que les océans tempérés pénètrent dans l’Arctique, il devient pertinent de savoir si ces communautés microbiennes pourraient être modifiées. L’archipel du Svalbard est une région idéale pour observer la biogéographie des communautés microbiennes sous l’influence de processus polaires et tempérés. Bien qu’ils soient géographiquement proches, les régions côtières entourant le Svalbard sont sujettes à des intrusions alternantes de masses d’eau de l’Arctique et de l’Atlantique en plus des conditions locales. Huit sites ont été échantillonnés en juillet 2013 pour identifier les protistes selon un gradient de profondeur et de masses d’eau autour de l’archipel. En plus des variables océanographiques standards, l’eau a été échantillonnée pour synthétiser des banques d’amplicons ciblant le 18S SSU ARNr et son gène pour ensuite être séquencées à haut débit. Cinq des sites d’étude avaient de faibles concentrations de chlorophylle avec des compositions de communauté post-efflorescence dominée par les dinoflagellés, ciliés, des alvéolés parasites putatifs, chlorophycées et prymnesiophytées. L’intrusion des masses d’eau et les conditions environnementales locales étaient corrélées avec la structure des communautés ; l’origine de la masse d’eau contribuant le plus à la distance phylogénétique des communautés microbiennes. Au sein de trois fjords, de fortes concentrations de chlorophylle sous-entendaient des activités d’efflorescence. Un fjord était dominé par Phaeocystis, un deuxième par un clade arctique identifié comme un Pelagophyceae et un troisième par un assemblage mixte. En général, un signal fort d’écotypes liés à l’Arctique prédominait autour du Svalbard. / The Arctic is warming rapidly and there is an urgent need to anticipate the effect this will have on the microbial eukaryotes at the base of the food chain. Arctic Ocean phytoplankton include pico- and nano-eukaryotes (0.45-10 μm cell size), many of these are unique ecotypes found only in the Arctic, but others are advected in from lower latitude oceans. As temperate oceans waters penetrate further into the Arctic, knowledge of whether microbial communities could be displaced is needed. Svalbard is an ideal region to address questions on microbial communities under the influence of polar and temperate processes. Although geographically close, the fjords and offshore regions surrounding Svalbard are subjected to alternate intrusions of Atlantic and Arctic waters in addition to local conditions. Eight sites were surveyed in July 2013 with the aim of identifying microbial eukaryotes at a range of depths and water masses around Svalbard. In addition to standard oceanographic variables, seawater was collected for targeted amplicon libraries based on the 18S SSU rRNA gene and rRNA using high throughput amplicon sequencing. Five of the sites had low chlorophyll concentrations with typical post bloom summer communities; dinoflagellates, ciliates, putative alveolate parasites, chlorophytes and prymnesiophytes. Intrusive water masses and local environmental conditions correlated to community structure, with the origin of the water mass contributing most to the phylogenetic distance of the microbial communities. In three of the fjords, chlorophyll concentrations were high, consistent with a bloom. One fjord was dominated by Phaeocystis, a second by a putative Arctic clade of Pelagophyceae, and the third by mixed species. Overall, a strong signal of Arctic ecotypes prevailed around Svalbard.

O estudo de plancton e importante para estimar a biodiversidade em ambientes marinhos, auxiliando na compreensao de sua dinamica e do impacto da atividade humana. Neste trabalho, estudamos as etapas necessarias para a observacao de organismos planctonicos utilizando um sistema holografico digital em linha. A holografia digital permite que as imagens sejam numericamente focalizadas apos sua aquisicao atraves de algoritmos de reconstrucao holografica, o que remove a limitacao da baixa profundidade de foco presente em metodos mais tradicionais, e permite a observacao de um volume maior de agua. E feita uma analise das limitacoes teoricas deste sistema holografico em termos das frequencias presentes no holograma e na sua reconstrucao, observando-se as consequencias para a escolha e implementacao dos algoritmos de reconstrucao. Tambem sao considerados alguns detalhes de implementacao que decorrem da natureza finita e discreta dos algoritmos. No processamento dos hologramas, os organismos sao automaticamente localizados segmentando-se regioes de interesse por meio de uma reconstrucao volumetrica. Estas regioes sao reconstruidas a diversas distancias e e feita a escolha de um plano focal utilizando uma medida de foco. Diversas medidas sao comparadas em imagens obtidas experimentalmente para determinar a mais adequada na focalizacao de organismos planctonicos. Por fim, descrevemos a aplicacao web desenvolvida para o processamento distribuido de imagens holograficas digitais de plancton. / The study of plankton is important for estimating biodiversity in marine environments, helping in the understanding of its dynamics and the impact of human activity. In this work, we study the necessary steps for the observation of planktonic organisms using an inline digital holographic system. Digital holography allows images to be numerically focused after its acquisition through holographic reconstruction algorithms, which removes the limitation of low depth of focus present in more traditional methods, and allows the observation of a bigger volume of water. We present an analysis of the theoretical limitations of this holographic system concerning the frequencies present in the hologram and its reconstruction, noting the consequences for the choice and implementation of reconstruction algorithms. Also considered are some implementation details that stem from the finite and discrete nature of the algorithms. In the processing of holograms, organisms are automatically located by segmenting regions of interest in a volumetric reconstruction. These regions are reconstructed at numerous distances and the choice of a focal plane is made using the values of a focus measure. Various measures are compared in experimentally obtained images to determine the most adequate for focusing planktonic organisms. Finally, we describe a web application developed for distributed processing of digital holographic images of plankton.

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

En el océano, las condiciones ambientales adversas independientes de la predación tienen como resultado la muerte y lisis celular del fitoplancton que resulta en la liberación de carbono orgánico disuelto (PDOC) a la columna de agua. Las comunidades bacterianas heterotróficas marinas, normalmente dependientes de esta fuente de carbono para su metabolismo, obtienen un beneficio de la liberación de carbono recién sintetizado a la vez que participan en su reciclaje a través de la red trófica microbiana. A pesar de la repercusión que este proceso puede tener en el ciclo del carbono en los océanos, actualmente se desconoce cual es su contribución en ambientes marinos naturales y en el actual escenario de cambio global. El principal objetivo de esta tesis fue analizar las relaciones existentes entre la mortalidad de células del fitoplancton, la proporción de carbono orgánico disuelto (DOC) liberado por el fitoplancton y la supervivencia microbiana bajo diversas condiciones ambientales. La salud de comunidades naturales fitoplanctónicas y bacterianas, la producción primaria total y la liberación fitoplanctónica de DOC fueron determinadas in situ en diferentes regiones oceánicas que comprendieron los mares Mediterráneo, Ártico, Antártico y Atlántico. Los resultados obtenidos en este estudio demostraron la existencia de una relación entre condiciones ambientales tales como la temperatura del agua y la disponibilidad de nutrientes en la muerte celular del fitoplancton. Además, la mortalidad celular del fitoplancton determinada en estos ambientes puede explicar un 41.4% de la PDOC relativa a la producción primaria total, y en regiones oceánicas oligotróficas del noroeste del Océano Atlántico, este proceso sustentó una alta viabilidad bacteriana. Los resultados obtenidos durantes esta tesis resaltan el crucial papel de la lisis celular del fitoplancton en los océanos y ayudan a comprender cuales son las principales vías de transferencia de carbono desde la fotosíntesis hasta el metabolismo heterotrófico bacteriano. / Important phytoplankton losses by cell death, independent of grazing are occurring in the ocean. Phytoplankton cells have been described to die upon encountering adverse environmental conditions, and cell death and lysis would result in the release of the carbon incorporated in the photosynthesis by the phytoplankton as dissolved organic carbon (PDOC). The availability of dissolved organic carbon (DOC) is a major constraint for the heterotrophic bacteria, consequently the release by cell mortality of the recently photosynthate carbon is expected to benefit the bacterial community and should be channelled through the microbial food web. All this processes have been poorly documented and the contribution of the phytoplankton cell death to the release of PDOC has not been yet explored in natural communities. The goal of this PhD Thesis is to provide quantitative information on phytoplankton and bacteria cell death in natural communities and to document the fraction of DOC released by phytoplankton (PDOC) under contrasting natural conditions. The exploration of the relationships between the phytoplankton cell mortality, DOC released by phytoplankton (PDOC) and microbial survival would contribute to better understand the path of carbon from photosynthesis to heterotrophic bacteria by cell death processes. Contrasting environmental conditions and communities from different oceanic regions including the Mediterranean Sea, Arctic, Antarctic and Atlantic oceans were studied. Evaluations of the in situ health status of the natural phytoplanktonic communities and bacteria were analyzed by testing the cell membrane permeability; a property that define cell death in cell biology. The total primary production, and the DOC production by phytoplankton were quantified to explore its dynamic with regard to the variability in phytoplankton cell mortality. The bacterial cell survival was also assessed under the same contrasting conditions mediating by the quantification of percentage of living heterotrophic bacteria. The proportion of dead of phytoplankton cells from the diverse phytoplankton populations encountered in the different communities, were related to environmental conditions as water temperature and nutrients availability, and helped to identify their competitive success. Consistent proportions of dead natural phytoplanktonic cells were found during this study that could represent in average about half of the total (40.5 %) phytoplankton abundance. Phytoplankton mortality constitutes a major process implicated in the production of dissolved organic carbon, as the percentage of phytoplankton dead cells explained the 41.4 % of the percentage of released production (PDOC) relative to total primary production. The large production of PDOC observed here, represented in average the half of the total primary production (54.4%) and supported, at the oligotrophic NE Atlantic Ocean, a higher bacterial viability.

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 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.