Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2008. / Bibliogr.: f. 77-83. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

L’Océan Arctique (OA) est hétérogène et se compose de plusieurs écorégions influencées par des conditions environnementales saisonnières extrêmes. L’Arctique est particulièrement vulnérableaux changements climatiques et montre un réchauffement plus rapide que la plupart des régions sur Terre. Cette thèse se concentre sur l’étude de deux régions (golfe d’Amundsen et baie de Baffin (BB)) à différentes échelles spatiales et temporelles. D’abord, nous utilisons des approches moléculaires, incluant la métagénomique et le séquençage à haut débit d’un marqueur taxonomique pour examiner la diversité microbienne eucaryote, puis nous appliquons des approches basées sur l’assemblage de pigments et les paramètres photosynthétiques afin de mieux définir les communautés. Sur la base d’échantillons prélevés durant 8 mois dans le golfe d’Amundsen (novembre 2007 à juillet 2008), nous documentons la saisonnalité d’espèces microbiennes eucaryotes clé dans l’Arctique. Nous montrons que les prasinophytes survivent pendant la Nuit Polaire et que Micromonas était probablement sujet à une lyse virale en hiver. Deuxièmement, nous décrivons une variabilité spatiale importante dans la BB à la mi-août 2013 et montrons qu’il ne s’agit pas d’une seule écorégion. L’absence de maximum de chlorophylle sous-surface (SCM) du côté canadien était contrastée avec la présence d’un SCM marqué du côté Groenland. Les différences océanographiques physiques de chaque côté semblent également influencer la composition en espèces, avec des communautés de diatomées dominées par Chaetoceros aff. gelidus du côté du Canada, tandis que du côté du Groenland, ce sont les diatomées potentiellement nocives pour les vertébrés marins Pseudo-nitzschia spp., qui étaient les plus abondantes. Enfin, nous montrons que les capacités photosynthétiques et les teneurs en pigments présentent une variabilité verticale, spatiale et temporelle dans le Nord de la Baie de Baffin. Nous décrivons la forte variabilité apparente de la communauté photosynthétique du côté du Canada, comparé à des changements plus progressifs de l’autre côté. Du côté Groenlandais, la dominance des communautés alternent entre les diatomées et les algues vertes, avec un retour aux conditions initiales après 24 h reflétant bien les patrons de signatures pigmentaires. Le remplacement rapide des groupes photosynthétiques du côté du Canada est associé à un manque d’accumulation de biomasse à court terme, suggérant un équilibre entre croissance et processus de perte au cours des 24 h. À long terme, les différences entre les deux parties pourraient se refléter dans les transferts d’énergie aux réseaux alimentaires pélagiques par rapport à l’exportation de carbone vers le benthos. Par l’utilisation d’échelles spatiales et temporelles variées, cette thèse se concentre sur deux régions historiquement productives de l’Arctique et les résultats obtenus ont contribué à l’avancement des connaissances dans le domaine de l’écologie microbienne arctique, en mettant particulièrement l’accent sur la survie pendant la nuit polaire et sur les effets potentiels du changement climatique sur l’accumulation de biomasse photosynthétique et les capacités photo physiologiques associées. / The Arctic Ocean (OA) is heterogeneous and composed of multiple eco-regions that are influenced by extreme seasonal environmental conditions. The Arctic is particularly vulnerable to climate change and warms faster than most regions on Earth. This thesis focuses on two regions of the Arctic (Amundsen Gulf and Baffin Bay (BB)) at different spatial and temporal scales. First, we used molecular approaches including metagenomics and high-throughput sequencing of a taxonomic marker to examine eukaryotic microbial diversity, and then we applied pigment assemblage-based approaches and examined photosynthetic parameters to further define communities. Based on samples collected over 8 months in the Amundsen Gulf (November 2007 - July 2008), we document the seasonality of key microbial eukaryote species in Arctic. We show that prasinophytes survive during the Polar Night and that Micromonas was likely subject to viral lysis in winter. Second, we describe high spatial variability in BB in mid-August 2013 and show the presence of several regions. The absence of a subsurface chlorophyll maximum (SCM) on the Canadian side was in contrast with a marked SCM on the Greenland side. Physical oceanographic differences on each side also influenced the species composition, with diatom communities dominated by Chaetoceros aff. gelidus on the Canadian side, while on the Greenland side, Pseudo-nitzschia spp., which are potentially harmful to marine vertebrates, were the most abundant diatoms. Finally, we highlighted a vertical, spatial and temporal variability of the photosynthetic capacities and the pigment contents in Northern Baffin Bay. We describe the apparent high variability of the photosynthetic community on the Canadian side, which was in contrast with more gradual changes on the Greenland side, where communities switched from diatoms to green algae and back over 24 h reflecting photoprotection and light capture pigment signatures. The rapid species replacement of photosynthetic groups on the Canadian side was in conjunction with a lack of short term biomass accumulation, suggesting balanced growth and loss processes over the 24 h. In the long term, differences on the two sides would be reflected in the energy transfers to pelagic food webs versus export of carbon toward the benthos. Focusing on two contrasting but historically productive regions of the Arctic over different spatial and temporal scales, results produced within this doctoral project contributed to the advancement of knowledge in the field of arctic microbial ecology, with particular emphasis on the survival during the Polar Night, and potential consequences of climate change on the accumulation of photosynthetic biomass and their photo physiological capacities.

L'Arctique est la région du globe où le réchauffement climatique est le plus prononcé. L'étude de la diversité des microorganismes, leur dynamique de communauté et les facteurs environnementaux qui agissent sur eux s'avèrent donc importants pour comprendre comment ces communautés vont réagir à des changements environnementaux. Cette thèse explore la diversité des protistes et leur dynamique dans l'océan Arctique sur une échelle temporelle ainsi que spatiale. La méthodologie utilisée dans cette étude est basée sur l'analyse des séquences du 18S ADN. L'étude temporelle de la communauté des protistes de la zone mésopélagique montre une communauté dynamique avec des assemblages distincts à l'hiver-printemps et à l'été-automne. Cette dynamique est associée à des changements hydrographiques et montre aussi un couplage avec la zone euphotique, qui est reflétée par une plus grande proportion des séquences associées à des dinoflagellés hétérotrophes pendant la période été-automne. Dans la zone euphotique, la transition printanière est caractérisée par une augmentation de la biomasse des organismes autotrophes. Toutefois, lorsqu'un maximum de chlorophylle a est atteint, l'activité des ciliés et dinoflagellés hétérotrophes est stimulée. L'étude de la diversité des protistes à la fin de la saison productive dans la zone euphotique montre que des masses d'eau, avec une origine commune, présentent des assemblages de protistes plus similaires. Néanmoins, un groupe divers de taxons se retrouve distribué de façon pan-arctique. Parmi ceux-ci, il y a des organismes autotrophes, hétérotrophes et parasitiques. Cette thèse a permis d'augmenter la connaissance de la dynamique des organismes autotrophes dans les milieux pélagiques arctiques et offre une nouvelle vision de l'écologie des protistes hétérotrophes et parasitiques. Les résultats soulignent que ces protistes hétérotrophes doivent être considérés dans l'étude de la réponse des cycles biogéochimiques au réchauffement climatique dans l'océan Arctique.

Le paysage arctique est un mélange d’étendues désertiques, fouettées par les vents, et d’une grande diversité d’écosystèmes aquatiques. Confronté à des augmentations de température nettement supérieures à la moyenne globale qui modifient les propriétés de ces paysages, l’Arctique est un site d’étude stratégique pour suivre les impacts des changements climatiques sur les communautés microbiennes endogènes. Caractéristique importante des écosystèmes arctiques, la cryosphère commence déjà à atteindre des seuils de non-retour le long de la côte nord de l’île d’Ellesmere. Dans les lacs, la combinaison naturelle des basses températures, de la variabilité de l’irradiance et de la faible teneur en nutriments inorganiques limite la production primaire et la croissance de nombreux organismes. La richesse des microorganismes dans ces systèmes est le résultat d’une diversité de stratégies adaptatives et nutritives. Ainsi, les changements observés dans les couverts de glace auront des impacts sur l’activité biologique de ces lacs. Contribuant à celle-ci, les protistes, eucaryotes unicellulaires microscopiques, exploitent une large gamme des ressources de carbone et d’énergie, incluant la phototrophie, la prédation et la combinaison des deux, la mixotrophie. Cette thèse cherche à déterminer la contribution des mixotrophes à la structure des communautés de protistes dans les lacs arctiques, et à développer la connaissance sur leurs réponses potentielles aux conditions environnementales changeantes. Le lac Char, le lac A et le lac Ward Hunt ont été sélectionnés pour leurs propriétés limnologiques distinctes et pour investiguer la biodiversité de leurs communautés de protistes en Aout 2008. La microscopie, les pigments et les banques de clones du gène de l'ARN de la petite sous-unité ribosomale 18S indiquent la dominance des chrysophytes, des protistes principalement mixotrophes, dans les trois lacs. Pour le lac A, l’été 2008 était marqué par la perte d’un couvert de glace permanent, créant des conditions d’eau libre inhabituelles. Le séquençage à haut-débit de la région V4 du gène 18S ARNr révèle le contraste entre les communautés homogènes dans la colonne d’eau marquée d’une stratification méromictique sous le couvert de glace en mai 2008 et les variabilités spatiales établies en août 2008 dans la colonne d’eau libre de glace ainsi qu’en Juillet 2009 sous un couvert de glace normal. Ces résultats illustrent l’importance qu’ont les facteurs environnementaux, tel que l’irradiance, sur les communautés de protistes. Pour examiner plus attentivement le rôle de la lumière et investiguer l’impact de la disponibilité des proies, nous avons entrepris une expérience de lumière/dilution au lac Ward Hunt. Le pyroséquençage de la région V4 de l’ARN ribosomal ainsi que son gène révèlent des différences taxonomiques entre les deux traitements d’irradiance, suggérant une divergence du type de mixotrophie entre une dominance de dinoflagellés essentiellement brouteurs à faible irradiance et de chrysophytes bactérivores sous une forte lumière. Cette thèse révèle la diversité des protistes et leur variation saisonnière au sein des lacs arctiques, et offre un aperçu de l’importance des conditions environnementales sur la stratégie mixotrophe adoptée par les communautés de protistes. / The Arctic region is a blend of stark windswept landscapes interwoven with a wide diversity of freshwater ecosystems. Presently confronted by temperature increases well above global average, causing changes in landscape and aquatic properties, the Arctic is a strategic area to study the impact of climate change on endogenous microbial communities. Ice is a crucial characteristic of Arctic ecosystems and has already begun to cross thresholds along the northern coastline of Ellesmere Island. In lakes, the effects of cold temperatures, variable irradiance and low inorganic nutrients combine to restrict primary production and growth of most organisms. The established richness of microorganisms present in these systems is due to the high diversity of their adaptive and nutritive strategies. Hence, the observed shifts in ice cover regimes of lakes will have impacts on their biological activity. Of these microbial components, the protists, unicellular eukaryotes, exploit a wide range of carbon and energy resources from phototrophy to predation and the combination of both, mixotrophy. The subject of this research was to determine the contribution of mixotrophs to protist community structure in Arctic lakes, and to develop knowledge of their potential response to the changing environmental conditions. Char Lake, Lake A and Ward Hunt Lake, three limnologically different lakes, were chosen to investigate the biodiversity of protists in August 2008. Microscopy, pigments and 18S gene clone libraries revealed a dominance of each lake by chrysophytes, prominent mixotrophic protists. At Lake A, the summer of 2008 was marked by a loss of ice-cover, creating atypical open-water conditions. High-throughput sequencing of the V4 region of the 18S ribosomal RNA gene revealed the contrast between the homogenous community structure within the ice-covered water column of May 2008, despite the sharp physico-chemical meromictic stratification within the lake, and the established spatial variability of the protist communities under the ice-free conditions of August 2008 and ice-covered conditions of July 2009. These results illustrate the importance of varying environmental factors, such as underwater irradiance, in shaping protist communities. To further examine the role of light and to investigate the impact of low prey resources, we conducted a light/dilution experiment at Ward Hunt Lake. Pyrosequencing of the V4 region of the 18S ribosomal RNA, along with the gene, showed taxonomic differences under the two light conditions, suggesting a divergence in the dominant type of mixotrophy, with dominance of primarily microflagellate grazers, the dinoflagellates, under low irradiance, and of bacterivorus chrysophytes in the high light treatment. This thesis research underscored the diversity of mixotrophs and their seasonal variations in Arctic lakes, and provided insights into the importance of environmental conditions on the mixotrophic strategy adopted by protist communities.

Malgré leur abondance, leur diversité et leur importance pour la production primaire et l'écosystème marin arctique, la diversité génétique des microbes marins eucaryotes arctiques reste relativement inconnue. De récentes études moléculaires ont montré que les espèces florissantes dans l'Arctique sont phylogénétiquement divergentes des espèces de protistes marins non-polaires. Pour mieux à comprendre l'histoire évolutive et la diversité des espèces dans l'océan Arctique, cinq cultures de microalgues arctiques (un pélagophyte, un dictyochophyte, un chrysophyte, un cryptophyte et un haptophyte) ont été cultivées sous différentes conditions pour générer des transcriptomes de ces cinq espèces et produire une ébauche du génome du pélagophyte. L'analyse des données de transcriptomique et de génomique du pélagophyte ont démontré sa capacité génétique à utiliser l'azote organique et son aptitude à vivre sous de faibles conditions de lumière, de façon similaire à un pélagophyte formant des floraisons dans des régions tempérées. Une analyse phylogénétique de gènes spécifiques à la physiologie photosynthétique et non-photosynthétique a donné un aperçu de l'histoire évolutive du pélagophyte et des quatre autres protistes marins arctiques. / Despite their abundance, diversity, importance to primary production and the Arctic marine ecosystem, the genetic diversity of Arctic marine microbial eukaryotes remains relatively unknown. Recent molecular studies have shown that the species thriving in the Arctic are phylogenetically divergent from non-polar species of marine protists. To begin to understand the evolutionary history and genetic diversity of species from the Arctic Ocean, five Arctic microalgae isolates (a pelagophyte, dictyochophyte, chrysophyte, cryptophyte and haptophyte) were grown under a variety of conditions to generate transcriptomes of all five species and a draft genome of the pelagophyte. Analysis of the transcriptomic and genomic data of the pelagophyte revealed the genetic capacity to use organic nitrogen and live under low light conditions, similar to a temperate bloom-forming pelagophyte. A phylogenetic analysis of genes specific to both photosynthetic and non-photosynthetic physiology provided insight into the evolutionary history of the pelagophyte and the other four Arctic marine protists.

Dans les océans, les microbes sont à la base de la chaîne alimentaire et sont essentiels aux cycles biogéochimiques marins. Le domaine de l'écologie marine moléculaire a révélé que les microbes eucaryotes présentent une grande diversité à tous les rangs taxonomiques. Des recherches étudiant le gène ARNr 18S à partir de l'ADN ont fourni des informations phylogénétiques sur les communautés microbiennes eucaryotes dans l'océan Arctique. Ce projet constitue la première étude portant sur la diversité de ces communautés à partir des transcrits d'ARNr. Ces transcrits ont révélé l'identité taxonomique des communautés microbiennes eucaryotes actives dans cette région sensible aux changements climatiques. En plus, ceci est la première étude, en haute mer, de la nitrate réductase assimilatrice (NR), un gène eucaryote fonctionnel clé. La comparaison entre l'ADN et l' ARN fourni de l'information sur l'histoire des masses d'eau et permet de lier la taxonomie et l'activité dans un environnement naturel.

En raison de la fonte pluriannuelle des glaces dans l'Océan Arctique et de la fonte de la calotte glaciaire du Groenland, les communautés microbiennes sont exposées à de plus grandes fluctuations de salinité au cours de la saison de croissance et dans de vastes zones géographiques. Les Eaux du Nord très productives ont subi des changements marqués dans les tendances saisonnières de la chlorophylle de surface observées grâce à la télédétection et les données in situ, mais l'interprétation de ces données en termes d'espèces reste difficile puisque la phénologie de la communauté et la variabilité spatio-temporelle sont encore inconnues. Il est essentiel de bien comprendre la dynamique des assemblages de phytoplancton et d'autres espèces microbiennes pour comprendre les réponses des écosystèmes face au changement global. De plus, les grandes fluctuations de salinité ou stress salin et le choc osmotique sont parmi les principaux facteurs environnementaux limitant la croissance et la productivité des plantes et des microorganismes. Pour combler ce manque de connaissance, nous avons premièrement appliqué le séquençage d'amplicon à haut débit pour étudier les communautés microbiennes d'eucaryotes arctiques d'été et d'automne des deux côtés du nord de la baie de Baffin sur plus de 12 ans (2005 à 2018). Ces communautés sont soumises à des régimes de stratification et de courants opposés. Deuxièmement, nous avons étudié la réponse transcriptionnelle d'une microalgue associée à la glace exposée à des salinités progressivement décroissantes afin de mieux comprendre la capacité génétique de cette algue à tolérer les fluctuations de salinité, ainsi que d'identifier les gènes de stress clés. Enfin, nous avons combiné une approche métagénomique comparative avec le séquençage des amplicons d'ARNr 18S pour étudier les capacités fonctionnelles, la diversité et la dynamique des microorganismes dans la colonne d'eau supérieure du nord de la baie de Baffin pendant deux étés consécutifs (2017-2018). Nous avons constaté que la saisonnalité était un facteur majeur déterminant les assemblages de communauté des eaux de surface estivales avec le complexe d'espèces Chaetoceros socialis-gelidus et Micromonas polaris dominant le phytoplancton, et les Alpha et Gammaproteobactéries dominant la communauté bactérienne. En automne, les dinoflagellés d'eau libre non-cultivés et non-décrits étaient favorisés. Nos résultats suggèrent que la production automnale de l'Arctique, due à des conditions d'eau libre plus longue, pourrait ne pas refléter une floraison printanière dominée par les diatomées, comme le prévoient certains scénarios des saisons sans glace plus longues. Par ailleurs, une réponse progressive et une adaptation spécifique aux conditions arctiques froides et salines ont été observées avec l'expression différentielle de plusieurs protéines antigel, comme la protéine de liaison à la glace et une acyl-estérase toutes deux impliquées dans l'adaptation au froid. Nos résultats suggèrent que la protéine de liaison à la glace peut également jouer un rôle crucial dans l'adaptation à un changement rapide de salinité et à la survie cellulaire. Par ailleurs, grâce à l'annotation fonctionnelle, nous avons examiné les gènes impliqués dans la protection des photosystèmes, la régulation osmotique et les protéines antigel, cruciales pour l'acclimatation à un environnement froid. L'utilisation de la génomique comparative permettrait de révéler les évolutions des familles de gènes conférant l'adaptation des microorganismes aux transitions entre eau salée et eau douce. Ce travail de thèse aura des implications non seulement pour l'Arctique où les communautés de surface sont soumises à de grandes fluctuations de salinité, de température et de lumière, mais il contribuera également aux connaissances fondamentales dans les domaines de la production de biocarburants et de la prévision des efflorescences algales potentiellement nuisibles. / As the Arctic Ocean freshens due to multiyear ice and Greenland Ice Sheet melt, the microbial communities are being exposed to greater salinity fluctuations over the growth season and across wide geographic areas. Although remote sensing and limited in situ data have shown that the highly productive North Water has undergone marked changes in the seasonal patterns of surface chlorophyll. Interpreting this data in terms assemblages of species is difficult since the community phenology and spatiotemporal variability is unknown. Understanding the dynamics of phytoplankton and other microbial species assemblages is critical to understand ecosystem responses to global change. Moreover, greater salinity fluctuations or salt stress and osmotic shock are among the main environmental factors limiting the growth and productivity of plants and microorganisms. To address this knowledge gap, firstly, high throughput amplicon sequencing was applied to investigate summer-fall Arctic microbial communities from two sides of Northern Baffin Bay over 12 years (2005 to 2018), that are subjected to very different stratification and major current regimes. Secondly, we investigated the transcriptional response of an ice-associated microalga exposed to progressively decreasing salinities to gain a deeper understanding of the genetic capacity of this alga to tolerate salinity fluctuations, as well as to identify key stress genes. And lastly, we combined comparative metagenomic approach with 18S rRNA amplicon sequencing to investigate the functional capacities, diversity and dynamics of the microorganisms in upper water column of the Northern Baffin Bay during two consecutive summers (2017-2018). We found that seasonality was a major factor determining communities with summer species complex Chaetoceros socialis-gelidus and Micromonaspolaris dominating phytoplankton and Alpha and Gammaproteobacteria dominating bacterial community. In autumn uncultured undescribed open water dinoflagellates were favored. Our results suggest that Arctic autumn production due to longer open water conditions may not mirror a diatom dominated spring bloom as projected in some scenarios of longer ice-free seasons. Furthermore, a gradual response and specific adaptation to cold saline Arctic conditions were seen with differential expression of several antifreeze proteins, an ice-binding protein and acyl-esterase involved in cold adaptation. Our results suggest that ice-binding protein may also have a crucial role for the adaptation of a rapid change of salinity, by providing survival advantage to the cells. Moreover, through functional annotation, we examined potential genes involved in photosystem protection, osmotic regulation and antifreeze proteins, to be crucial for acclimatization to cold environment. The use of comparative genomics would reveal evolutions of gene families conferring adaptation of microorganisms to transitions between salt and fresh water. The combination of these several methodologies provides invaluable insights into the composition, the metabolic repertoire and putative functional profile of a microbial assemblage. This thesis work will have implications not only for the Arctic where surface communities are subject to large fluctuations in salinity and light but will also contribute to fundamental knowledge in the fields of biofuel production and harmful algal bloom prediction.

Depuis les années 90, les études portant sur les différentes zones HNLC ont permis d'étudier les effets biologiques et biogéochimiques qu'entrainaient les enrichissements artificiels ou naturels en fer. Il est maintenant bien documenté que l'enrichissement en fer induit des blooms phytoplanctoniques et notamment des blooms de diatomées. En dehors des diatomées, très peu d'informations sont disponibles concernant les autres groupes de protistes et en particulier les protistes hétérotrophes consommateur du phytoplancton. Ce travail a été effectué dans un contexte de fertilisation naturelle en fer, dans la région des îles de Kerguélen (Océan Australe) pendant la campagne KEOPS 2 (Kerguelen Ocean and Plateau compared Study 2) lors de l'initiation du bloom phytoplanctonique et s'est focalisé en particulier sur les protistes hétérotrophes. Des approches moléculaires (tag-pyroséquençages 454) et morphologiques (microscopie) ont été utilisées afin de caractériser la structure des communautés de protistes dans la zone de référence HNLC et dans les différents blooms phytoplanctoniques. l'approche moléculaire a permis (i) de caractériser les communautés de protistes présentes (ii) de mettre en évidence des différences notables entre les structures de protistes dans la région HNLC et la région naturellement enrichie en fer, mais également entre les différents blooms. Les observations microscopiques ont révélé des tendances similaires entre les différentes régions mais aussi des liens significatifs entre les communautés microzooplanctoniques et leurs proies phytoplanctoniques. Les observations microscopiques ont également fournis des valeurs de biomasses des différents compatiments qui ont permis d'estimer le potentiel du microzooplancton en tant que consommateur du phytoplancton ou en tant que source nutritive pour le mésozooplancton. Ce travail représente la première étude caractérisant la communauté des protistes planctoniques dans son ensemble dans un contexte de fertilisation naturelle en fer. / Since the 90s, studies on different HNLC areas allowed to investigated the biological and biogeochemical effects due to artificial or natural iron-enrichment. It is now well documented that iron enrichment induced phytoplankton blooms and more specifically diatom blooms. With the exception of diatoms, very few information is available concerning other protists groups e. g. heterotrophic protists which are consumers of phytoplankton.This work was performed is a natural iron-fertilization context in the Kerguelen Island area (Southern Ocean) during the KEOPS 2 (Kerguelen Ocean and Plateau compared Study 2) cruise at the beginning of the phytoplankton bloom and focused specifically on heterotrophic protists. Molecular (tag-pyrosequencing 454) and morphological (microscopy) approaches were used to characterize the structure of protist communities in the HNLC reference area and in the phytoplankton blooms. The molecular approach allowed (i) to provide a complete picture of the protist communities (ii) to evidence significant differences in protists structures between HNLC and the naturally iron-fertilized area, but also between the different blooms. Microscopic observation revealed similar trends between regions but also significant links between microzooplanctonic communities and their phytoplankton preys. Microscopic observations also provided biomass values from different compartments allowing an estimation of the potential of microzooplankton as phytoplankton consumer or as a nutrient source for mesozooplankton. Above all, this work represents the first study characterizing the global planktonic protists community in the context of natural iron fertilization.

Les espèces protistes ont été traditionnellement classifiées comme des plantes ou des animaux en raison de l’absence ou présence des chloroplastes. L’état actuel de la connaissance indique qu’un grand nombre d’espèces protistes portent des chloroplastes mais que physiologiquement elles sont capables d’utiliser l’autotrophie (photosynthèse) ou l’hétérotrophie pour se nourrir. La combinaison de ces deux modes trophiques par une même cellule est nommée mixotrophie. Chez les protistes l’hétérotrophie peut s’effectuer soit par la consommation des particules par phagocytose, e.g. des proies bactériennes, ou bien par l’absorption des composants organiques dissouts, i.e. osmotrophie. La mixotrophie est de plus en plus décrit chez les protistes dans tous les habitats aquatiques. Les écologistes du plancton constatent la récurrence de la mixotrophie chez les formes traditionnelles « phyto»plancton et micro »zoo »plancton. Cependant, identifier et quantifier la mixotrophie reste toujours un défi méthodologique. Dans cette étude nous nous sommes intéressés à la mixotrophie chez les espèces phytoplanctoniques marines, en particulier à leur nutrition phagotrophique de proies bactériennes. Nous avons testé des techniques modernes afin d’identifier la mixotrophie dans des cellules phytoplanctoniques. La technique cytogénétique d’hybridation in situ Card-FISH en utilisant de sondes d’ARN ribosomique 16S a été effectuée suivant des protocoles existant pour des bactéries et des protistes. Cette technique s’est avérée être un outil précieux pour visualiser des groupes phylogénétiques bactériens en association avec le phytoplancton à l’aide de la microscopie à épifluorescence, sans avoir besoin d'un isolement préalable des cellules ou des interférences avec l'association microbienne. Cependant, la méthode a échoué pour visualiser mixotrophie chez le phytoplancton car la sonde eubactérienne générale(EUB338) combine une large gamme d'espèces phytoplanctoniques, ce qui rend impossible de discriminer les signaux fluorescents provenant de tissus bactérienne ou phytoplanctonique. Le contexte de ces études est le phytoplancton et les bactéries hétérotrophes lesquels constituent des principaux concurrents pour les nutriments inorganiques dissouts. Dans le cas où la croissance bactérienne est limitée par le carbone, l'augmentation de la concentration de carbone organique dissous(DOC) renforce la croissance bactérienne et la consommation de nutriments dissous et ainsi affecte négativement la croissance du phytoplancton autotrophe. Cependant, les consommateurs de bactéries, i.e.phytoflagellés mixotrophes, peuvent être favorisés dans de telles situations car la hausse de DOC donne lieu à l'abondance plus élevé des proies bactériennes.En outre, nos résultats indiquent un potentiel effet positif de la température sur le mode de nutrition hétérotrophe de l’espèce, ainsi qu’une croissante contribution des espèces mixotrophes au sein des communautés de phytoplancton dans des conditions des hautes températures des eaux de surface de la mer. / Protist species were traditionally classified morphologically as either „plants“ or „animals“, based on the absence or presence of chloroplasts. State of science is that a high number of protist species carrychloroplasts but are nutritionally able to employ both autotrophy (photosynthesis) and heterotrophywithin a single cell. This combination of autotrophic and heterotrophic mode of nutrition within a single species is named mixotrophy. In protists, heterotrophy can be realized either by the uptake of food particles (e.g. bacterial prey) through phagocytosis or by the uptake of dissolved organic compounds (i.e.osmotrophy). Mixotrophy is globally and increasingly described in protists from all types of aquatic habitats. Plankton ecologists nowadays assess mixotrophy among the traditionally typified “phyto”plankton and mikro”zoo”plankton species as regularity. Nevertheless, detection and quantification of mixotrophy is still a methodological challenge. In this study, we focused on mixotrophy in marine phytoplankton species and put emphasis on its phagotrophic nutrition from heterotrophic bacterial prey. State of the art methodology was tested to visualize mixotrophy in single phytoplankton cells. Catalyzedreported deposition-fluorescence in situ hybridization (Card-FISH), using 16S ribosomal RNA probes,was employed based on existing protocols for bacteria and protists. The method proved to be a valuable tool to visualise bacterial phylogenetic groups in association with phytoplankton by epifluorescence microscopy without need for prior isolation of cells or interference with the microbial association.However, the method failed to visualize mixotrophy in phytoplankton since the general eubacterial probe(EUB338) hybridised a broad range of phytoplankton species making it impossible to discriminate fluorescent signals originating from bacterial or phytoplankton tissue. Background of these studies is phytoplankton and heterotrophic bacteria being major competitors for dissolved inorganic nutrients. In case that bacterial growth is carbon limited, increasing concentrations of degradable dissolved organic carbon (DOC) enhance bacterial growth and consumption of dissolved nutrients and there by negatively affect autotrophic phytoplankton growth. Bacteria consuming mixotrophic phytoflagellates, however, may gain in importance in such situations since DOC provokes higher bacterial prey supply.In addition, our results indicate a potential positive effect of temperature on O. minima´s heterotrophic nutrition mode, and indicate a potential increasing contribution of mixotrophic species to phytoplankton communities under increasing sea surface water temperatures.

Une diminution de l’étendue du couvert de glace et de neige au printemps a été observée en Arctique. Il est attendu que ceci affectera la phénologie des floraisons printanières, de même que la succession des groupes et espèces parmi les producteurs primaires. Les principaux objectifs étaient (i) de caractériser les communautés d’algues de glace et de phytoplancton et (ii) d’identifier les principaux forçages environnementaux associés à la succession des principaux groupes taxonomiques d’algues unicellulaires pendant une floraison printanière en baie de Baffin en 2015 et en 2016. Avec des mesures de variables environnementales à haute résolution temporelle et utilisant un cytomètre en flux imageur submersible (Imaging FlowCytobot) pour l’identification et le décompte des algues (<150 μm), nous avons évalué le rôle de la lumière et de la disponibilité en nutriments dans le contrôle des floraisons printanières d’algues unicellulaires. Les diatomées pennées représentaient principalement les communautés sympagiques. Les communautés phytoplanctoniques étaient initialement semblables à celles observées dans la glace, suggérant un possible ensemencement des floraisons phytoplanctoniques par les algues de glace. Une augmentation de l’intensité lumineuse, principalement causée par la fonte de la neige et l’apparition de cuvettes d’eau de fonte, semble avoir favorisé les diatomées centriques, ces dernières dominant les communautés pélagiques pendant les floraisons phytoplanctoniques des deux années. La disponibilité en lumière semble être le forçage principal limitant le déclenchement des floraisons sympagiques et pélagiques, avec une valeur journalière minimale de 0.1 mol photons m-2 d-1. Une limitation en nutriments dans la glace n’a pas clairement été observée, alors que les nitrates semblent avoir joué un rôle prépondérant dans le déclin de la floraison dans la colonne d’eau. Nos résultats suggèrent qu’il y a un fort potentiel pour des floraisons printanières sous la glace, qui sont actuellement principalement limitées par la lumière tôt dans la saison. / With ongoing climate change in the Arctic, a decrease in the extent of sea ice and in the spring snow cover thickness has been observed. A modification of the ice and snow dynamics is predicted to impact the onset, the duration and the decline of microalgae spring blooms, as well as the succession among groups and species of primary producers. The main goals of the present study were (i) to characterize the ice-associated algae and phytoplankton communities and (ii) to identify the main drivers associated with the microalgal main taxonomic groups succession during an under-ice bloom in Baffin Bay in 2015 and 2016. With high-resolution time series of environmental parameters and using an Imaging FlowCytobot for the identification and enumeration of algal cells (<150 μm) within the sea ice bottom and in the underlying water column, we address the role of light and nutrients availability in controlling spring bloom phenology. Pennate diatoms dominated the sympagic community, with different genera dominating for each year. The phytoplankton community was initially alike that found in sea ice, suggesting a possible seeding of the pelagic bloom by the ice algal community. Light availability seemed to be the main factor controlling the onset of both sympagic and pelagic blooms, with a threshold value of 0.1 mol photons m-2 d-1. Through spring, snow and sea ice melting in association with melt pond onset caused the decline of the sympagic bloom, while the increase in under-ice irradiance likely favored centric diatoms, which dominated the protists assemblage during the phytoplankton blooms. Nutrients limitation in sea ice was not observed, while nitrate seemed to play a major role in the decline of the phytoplankton bloom. Our results suggest that there is a potential for early and massive under ice blooms, which are mostly light limited early in the season.