La définition de la structure phylogénétique du genre Frankia est encore problématique, les forces évolutives guidant son spéciation, dispersion et donc la génération de sa diversité ne sont pas complètement documentées. La phylogénie actuelle du genre a été définie par l’analyse comparative de la séquence du 16S rRNA. Par ailleurs, la définition des espèces génomiques a été gênée par la faible applicabilité de la technique d’hybridation ADN-ADN. Dans le cadre de cette thèse nos travaux ont consisté à étudier la variabilité génomique dans le genre et sa conséquente traduction en variabilité spécifique et écologique. Dans un premier temps, nous avons évalué la diversité spécifique du genre ainsi que l’utilité de la technique AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphism) pour la définition des espèces génomiques. De plus, notre protocole fut aussi utilisé pour analyser souches non isolées en appliquant le protocole directement sur des nodosités actinorhiziennes. Dans un deuxième temps, un schéma MLSA (Multilocus Sequence Analysis) nous a permis de redéfinir la phylogénie du genre sur une centaine de souches, et pour la première fois de décrire la divergence phylogénétique d’un groupe de souches non-isolées présentant un phénotype unique de sporulation in planta (Sp+). Les souches Sp+ sont distribuées dans deux clades très divergents dont la structuration est fortement corrélée au génotype de la plante hôte et au phénotype Sp+/Sp- de la souche. L’intérêt de marqueurs génétiques présentant un intérêt pour l’écologie des souches a été révisé. Dans ce but nous avons étudié la présence, distribution et phylogénie de sodF et des différents composants génétiques impliquées dans la production des siderophores chez Frankia. / The depiction of the phylogenetic structure of the genus Frankia is still troublesome and the evolutionary forces guiding the speciation, dispersion and diversity are not well documented. The current phylogeny has been defined on the basis of the comparative analysis of the 16S rRNA gene sequence while de genomospecies definition is still subjected to DNA-DNA hybridization trials. Aiming to bring to light the genomic variability of the genus and its translation into the ecological and specific diversity, our studies consisted in, firstly, evaluating the specific diversity within the genus and the ability of the Amplified Fragment Length Polymorphism technique (AFLP) to describe Frankia genomospecies and their phylogenetic liaisons. Moreover this technique was also tested for the study of the non isolated Frankia directly in the actinorhizal nodules. Secondly, we defined a MLSA (Multilocus Sequence analysis) scheme which allowed us to establish a phylogeny of the genus by using a hundred of strains and for the first time to describe the phylogenetic divergence of a group of non culturable strains exhibiting the particular ability (phenotype) of sporulating in planta (Sp+). The Sp+ strains are distributed into two divergent clades whose structure is highly correlated to the host genotype. The importance of genetic markers having impact over ecology of the strains has been revised. In this regard we have studied the phylogenetic analysis and the occurrence of the genetic components for the siderophore production and of the sodF gene in Frankia.

Frankia est une actinobactérie symbiotique de 8 familles de plantes actinorhiziennes. Elle est connue par sa capacité à fixer l'azote moléculaire. La taxonomie et la phylogénie du genre Frankia reste incomplète et à explorer. Les objectifs de cette thèse sont d'apporter des connaissances supplémentaires sur la position phylogénétique et l'évolution des différents groupes d'infectivité du genre Frankia. Dans un premier temps, une phylogénie moléculaire basée sur les gènes glnII, nifH, gyrB et des ITS 16S-23S de l'ADNr a été réalisée. Le résultat de cette étude souligne la présence de quatre groupes de Frankia : (i) le groupe 1 associe les souches infectives des Betulaceae, Myricaceae et Casuarinaceae ; (ii) le groupe 2 des microsymbiotes obligatoires associés aux Coriariaceae, Datiscaceae, Rosaceae et Ceanothus (Rhamnaceae); (iii) le groupe 3 de souches d'Elaeagnaceae, Rhamnaceae, Myricaceae et Gymnostoma (Casuarinaceae) et (iv) le groupe 4, à position ancestrale, renferme les souches atypiques non fixatrices d'azote et/ou non infectives. Le groupe 3 aurait émergé à partir du groupe 4, alors que les groupes 1 et 2 sont les groupes qui ont émergé plus récemment. Dans cette thèse, nous avons montré que la concaténation des séquences des trois gènes (glnII, nifH et gyrB) semble être un outil puissant pour une meilleure étude évolutive afin de contourner l'influence du phénomène de transfert horizontal des gènes sur la phylogénie du genre Frankia. Par ailleurs, nous avons remarqué que la faible variabilité génétique est associée à la régression de taille des génomes de Frankia et coïncide avec des transitions de mode de vie symbiotique et une répartition géographique restreinte (le cas des Frankia–Casuarina et des Frankia non cultivables du groupe 2). Dans un second temps, nous avons focalisé nos recherches sur le modèle Frankia-Coriaria. Nous avons défini quatre groupes de Frankia endosymbiotes et deux groupes pour les Coriaria en se basant sur les séquences de trois marqueurs, glnA (glutamine synthétase), dnaA (amorceur de réplication des chromosomes) et l'IGS nifD-K (l'espace intergénique entre les gènes nifD et nifK codant pour les sous-unités alpha et beta de la protéine molybdène-fer) pour les Frankia microsymbiotes et deux régions d'ADN, matK (maturase chloroplastique) et ITS1- 2 (ARNr 18S - ITS1 - ARNr 5.8S - ITS2 –ARNr 28S) pour la plante hôte. L'analyse phylogénétique de deux partenaires symbiotiques, Frankia et son hôte respectif, montre l'absence de cospéciation. Ce résultat est cohérent avec celui de dernier chapitre dont nous avons montré, pour la première fois, l'occurrence de Frankia compatibles avec Coriaria dans un sol tunisien, dépourvu de la plante hôte depuis plus de deux siècles. Ce résultat est un bon argument de l'indépendance de Frankia microsymbiote de la plante hôte Coriaria et met en question la non cultivabilité des Frankia du groupe 2 / Frankia is an actinobacterium best known for its ability to fix molecular nitrogen and infect the roots of 8 actinorhizal plant families. The Taxonomy and the phylogeny of the Frankia genus remain incomplete and have to be more explored. The objective of this thesis is to provide additional knowledge on the phylogeny and evolution of different Frankia groupes. Firstly, the molecular phylogeny based on the analysis of glnII, gyrB, nifH genes, and 16S–23S rRNA internally transcribed spacer (ITS) sequences was carried out. The result of this study emphasized the presence of four Frankia clusters: (i) cluster 1 for Frankia associated with Betulaceae, Myricaceae and Casuarinaceae (ii) cluster 2 contains Frankia microsymbionts associated with Coriariaceae, Datiscaceae, Rosaceae and Ceanothus (Rhamnaceae), (iii) cluster 3 for Frankia of Elaeagnaceae, Rhamnaceae, Myricaceae and Gymnostoma (Casuarinaceae) and (iv) cluster 4 including atypical Frankia strains that are non-infective and/or non-nitrogen-fixing was positioned at a deeper branche followed by groupes 3. While clusters 1 and 2 appeared to have diverged more recently. The present study demonstrates the utility of phylogenetic analyses based upon concatenated gyrB, nifH and glnII sequences to resolve previously unresolved or poorly resolved nodes and will help describing species among the genus Frankia. The variation of the average pairwise distance within and between the clusters allows us to suggest a gradual erosion of Frankia diversity concomitantly with a shift from saprophytic non infective/non-effective to facultative and symbiotic lifestyle. Then, we focused on the cluster 2 of non-culturable Frankia in general and special focus on Frankia associated with Coriaria. The absence of cospeciation between the uncultured Frankia microsymbionts and the disjunct actinorhizal Coriaria species has been shown. These results were obtained following analyze of three bacterial genes; glnA (glutamine synthetase), dnaA (chromosome replication initiator) and the nifD-K IGS (intergenic spacer between genes coding respectively for nitrogenase molybdenum-iron alpha and beta subunits) and two DNA region of the host plants; matK (chloroplast-encoded maturase K) and the intergenic transcribed spacers (nuclear-encoded 18S rRNA-ITS1-5.8S rRNA-ITS2-28S rRNA).This result is consistent with the last chapter in which we showed, for the first time, the occurrence of compatible Frankia with Coriaria in a Tunisian soil, devoid of the host plant for more than two centuries. This represents a first argument for the independence of Frankia nodulating Coriaria to their host plants