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.

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

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.

La composition des communautés de protistes et leur dynamique temporelle sont traditionnellement étudiées en analysant des séries de données de surveillance/observation dont la mise en place est relativement récente (≤40 ans). Dans cette étude, nous avons analysé les traces biologiques (formes de résistance et ADN ancien) préservés dans des sédiments couvrant une échelle temporelle d’environ 150 ans afin d’étudier les changements de la composition et la dynamique temporelle des protistes marins, principalement dans deux écosystèmes estuariens de la rade de Brest (Bretagne, France). Les analyses de metabarcoding montrent que seulement une partie minoritaire (16-18%) de la richesse des protistes (#OTUs) des sédiments superficiels est retrouvée dans les sédiments profonds et que la plupart des protistes présents dans les sédiments anciens sont connus pour être capables de produire des formes de résistance. La composition des communautés de protistes étaient différenciées en deux principales paléocommunautés (avant/après 1950), suggérant une biodiversité spécifique à chaque période. Les abondances relatives des dinoflagellés ont montré une tendance à la baisse depuis les années 70’ et les genres Alexandrium et Gonyaulax ont montré une dynamique opposée en termes d’abondance relative à travers le temps. Les données paléogénétiques (PCR en temps réel) suggèrent qu’A. minutum est présente dans la rade depuis au moins 1873 ± 7 et qu’au cours des derniers 150 ans, l’espèce est devenue envahissante, proliférant dans la rade seulement ces dernières années. De plus, Les données de PCR en temps réel suggèrent que la partie sud-est de la rade, où des sédiments à typologie vaseuse sont plus abondants, est potentiellement plus favorable à l’accumulation des kystes de l’espèce. Les analyses écophysiologiques (taux de croissance, taux de consommation de phosphore, biomasse maximale atteinte) réalisés sur des souches de dinoflagellés (A. minutum et Scrippsiella donghaienis) obtenues par germination montrent une forte variabilité phénotypique intraspécifique au sein des deux espèces et dans les deux milieux étudiés. Les résultats de ces travaux de thèse contribuent au domaine de la recherche en paléoécologie sédimentaire, montrant les avantages et les limites de cette approche pour révéler des patrons biologiques encore peu explorés. / The community composition of protist and their temporal dynamic are are traditionally studied by analyzing data sets of monitoring/observation networks, whose implementation is however relatively recent (≤40 years). In this study, we analyzed the biological traces (resting stages and ancient DNA) preserved in sediments covering a time scale of 150 years in order to study changes in the composition and the temporal dynamics of marine protists, focusing mainly on two estuarine ecosystems of the Bay of Brest (Brittany, France). Metabarcoding analyses showed that only a minor part (16-18%) of the protists richness (#OTUs) of superficial sediments is retrieved in deep sediments, and that most of the protists found in ancient sediments are known to produce resting stages. Two main paleocommunities were differentiated (before/after 1950), suggesting the existence of a distinct and specific biodiversity for the identified periods. The relative abundances of dinoflagellates showed a decreasing trend since the 70s' and Alexandrium and Gonyaulax genera showed an opposite dynamic in terms of relative abundance over the time. Paleogenetic data (real-time PCR) suggest that A. minutum is present in the Bay of Brest since at least 1873 ± 7 and that, across a time scale of about 150 years, the species has proliferated only recently in the estuaries of the bay. Moreover, real-time PCR data suggest that the south-eastern part of the bay, where muddy sediment are more abundant, is potentially more favorable for the accumulation of the species cysts. Ecophysiological analyses (growth rate, phosphorus assimilation rate, and maximal biomass attained) performed on dinoflagellate strains (A. minutum and Scrippsiella donghaienis) showed a strong phenotypic intraspecific variability for both species and for both analyzed media. The results of this thesis work contribute to the research in sedimentary paleoecology, showing the advantages and limits of this approach to reveal still underexplored biological patterns.

Les picoeucaryotes (les eucaryotes dont la taille < 3um) arctiques sont reconnus depuis quelques années pour être importants pour la production primaire et le maintien de l'intégrité globale des écosystèmes marins. Par contre, leur petite taille les rend difficiles à distinguer par des techniques de microbiologie traditionnelles comme la microscopie. Afin de pallier à ces limitations et d'étudier ces microorganismes directement dans leur environnement, on a maintenant recours à des méthodes moléculaires, qui sont par contre reconnues pour introduire un biais dans l'obtention des résultats. Afin d'améliorer ces t e c h n i q u e s , l ' i m p o r t a n c e de ce biais a été étudiée à l'aide d'espèces cultivées et d'échantillons environnementaux pélagiques arctiques. A la lumière de ces résultats, les communautés de picoeucaryotes arctiques présentes à la côte et au large de la mer de Beaufort ont été comparées afin de mieux comprendre leur dispersion et leur rôle dans l'environnement.

Dans les écosystèmes marins, les protistes jouent un rôle important en tant que producteurs primaires, prédateurs ou encore symbiontes. De par leur position clef, l'étude de leur diversité est fondamentale afin d'améliorer notre compréhension du fonctionnement des écosystèmes marins. Pour ce faire, des approches moléculaires couplées à la microscopie ont été utilisées afin d'examiner en profondeur la diversité des communautés microbiennes dans deux écosystèmes contrastes (Manche Orientale et Méditerranée). La première étude conduite en Manche Orientale a permis d'établir une vue d'ensemble de la diversité des protistes eucaryotes sur une période de 4 ans (de mars 2011 à Juillet 2015) et d'examiner l'influence des variables environnementales sur leur distribution temporelle. L'approche novatrice utilisée consistait à séquencer simultanément l'ARNr et l'ADNr. Ce double ciblage a permis de calculer le rapport ARNr : ADNr et de démontrer qu'il pouvait être un paramètre utile et significatif pour évaluer l'activité cellulaire globale de la communauté microbienne. Nous avons également montré la faisabilité d'utiliser ce ration ARNr : ADNr comme indicateur des transitions écologiques d'espèces microbiennes emblématiques (e.g. bloom de Phaeocystis globosa). Ainsi, le calcul individuel de ce rapport pour chaque OTU devrait permettre d'apporter une information supplémentaire indispensable pour une meilleure compréhension du fonctionnement de l'écosystème et de l'influence des paramètres biotiques et abiotiques sur la structuration des communautés microbiennes, en particulier dans un contexte de changement global. La seconde étude a également été menée en Manche Orientale sur les données de séquençage obtenues pendant la période 2011-2013. Elle avait pour objectif de mettre en évidence les relations existantes entre les parasites eucaryotes et les autres taxons ainsi que les paramètres environnementaux. Cette érude a montré la diversité insoupçonnée des symbiontes/décomposeurs en Manche Orientale, et leur importance pour la structuration des communautés et la succession saisonnière. En particulier, des analyses en réseaux de corrélations ont montré la prédominance des relations inter-taxa, plutôt qu'entre OTUs et paramètres abiotiques, et la position centrale des symbiontes/décomposeurs dans ces relations. Cette étude a permis de souligner la complexité et l'importance des interactions microbiennes dans la structuration des communautés toute en apportant des informations cruciales permettant de mieux comprendre les mécanismes sous-jacent qui régissent cette structuration. La dernière étude a été menée dans la Méditerranée Occidentale, au niveu de quatre stations situées dans le Golfe du Lion, soumises à l'influence du fleuve Rhône, sur une période de 2 ans (2012-2014). Elle avait pour objectif de réaliser la liste la plus exhaustive possible de la diversité des protistes eucaryotes et d'évaluer leur variabilité spatiale en relation avec les variables environnementales. Cette étude a confirmé l'effet prépondérant du Rhône sur la structuration des communautés, particulièrement dans la partie Est du Golf du Lion. Globalement, ces travaux de thèse ont permis de renforcer, par le biais d'approches combinées de microscopie et de biologie moléculaire, nos connaissances sur le fonctionnement, la diversité taxonomique et la succession des espèces microbiennes, en relation avec les paramètres environnementaux, de deux écosystèmes marins contrastés. / In marine ecosystems, protists play an important role as primary producers, predators or symbionts. Therefore studying their diversity and metabolic activity is fundamental for understanding the functioning of marine ecosystems. In order to achieve this goal, molecular approaches were coupled with microscopy analysis for an in depth examination of microbial communities diversity in two contrasting ecosystems (Eastern English Channel EEC and Mediterranean). The first study, conducted in the EEC, allowed to establish a precise overview of eukaryotic protists diversity over 4 years (from March 2011 to July 2015) and to examine the influence of environmental variables on their temporal distribution. The innovative approach used during this study was to sequence simultaneously rRNA and rDNA. This double targeting allowed calculating the rRNA : rDNA ratio and demonstrate that it could be an useful and significant parameter for measuring the relative cellular activity of the microbial community. We also showed the feasibility of using this rRNA : rDNA ratio as an indicator of ecological transitions of iconic microbial species (e.g. bloom of Phaeocystis globosa). Thus, calculation of this ratio for each individual OTU provided additional information that are essential for a better understanding of the functioning of the ecosystem and the influence of biotic parameters on the structuring of microbial communities, in particular in the context of global change. The second study was also conducted in the EEC on sequencing data obtained during the period 2011-2013. It aimed to highlight the relationships between eukaryotic parasites and other taxa as well as environmental parameters. This study revealed un unsuspected diversity of symbionts / decomposers in the EEC, and their importance for structuring microbial community and influence seasonal succession. More specifically, correlation network analysis showed the predominance of inter-taxa relations, over those between OTUs and abiotic parameters, and the central position of symbionts / decomposers in these relationships. This study highlighted the complexity and importance of microbial inteactions in the structuring of microbial communities while providing crucial information to better understand underlying lechanisms. The last study was conducted in the Western Mediterranean , at four stations located in the Golfe du Lion, subject to the influence of the Rhône River, over a period of two years. This study aimed to provide the most exhaustive list of eukaryotic protist diversity and to evaluate its spatial variability in relation with environmental variables. This study further underlined the effect of the Rh^ne on the structuring of microbial communities, particularly in the eastern part of the Golfe du Lion. Overall, thesis workhas reinforced, through combined aproaches of microscopy and molecular biology, our knowledge of the functioning, taxonomic diversity and succession of microbial species, in relation to environmental parameters, of two contrasted marine ecosystems.

Mes travaux de recherche ont eu pour but d'analyser la diversité des microorganismes des trois domaines du vivant présents dans des biofilms phototrophes exposés à l'air, se développant sur des substrats minéraux divers, afin d'essayer, d'une part, de répondre à des questions de diversité et de biogéographie et, d'autre part, d'étudier le processus de colonisation par le biais d'expériences d'exposition contrôlées.J'ai ainsi caractérisé, essentiellement par des approches moléculaires basées sur l'analyse des banques des gènes d'ARNr de la petite sous-unité (SSU rDNAs) et sur des analyses d'empreintes communautaires, la diversité microbienne (procaryote et eucaryote) formant des biofilms matures (exposés depuis plusieurs années) dans plusieurs sites géographiques en Irlande du Nord, en France et en Ukraine, dans la région de Chernobyl. Dans ces biofilms soumis à forte pression sélective, nous avons mis en évidence beaucoup de microorganismes hétérotrophes et phototrophes, mais avec une diversité relativement restreinte en comparaison à d'autres milieux comme les sols ou les systèmes aquatiques. Les archées étaient absentes. Les conditions environnementales auxquelles ce type de biofilm est constamment exposé comme l'irradiation, la dessiccation et la limitation des nutriments sélectionnent des microorganismes qui développent des stratégies pour s'adapter comme, entre autres, la production de pigments. Ce sont des microorganismes fréquemment retrouvés dans des milieux désertiques extrêmes et résistants aussi aux radiations ionisantes qui ont ainsi été identifiés, notamment des Deinococcales et des Actinobacteria, ou encore des champignons ascomycètes (Ascomycota). Parmi les organismes phototrophes, nous avons dénombré des Cyanobacteria, des algues vertes (Chlorophyta) et des Streptophyta. Nous avons mis en évidence que les facteurs environnementaux influencent la composition des biofilms. Toutefois, tandis que la composition de la communauté bactérienne est fortement dépendante de la nature du substrat ou elle se développe, la composition des communautés microbiennes eucaryotes dépend de la distance géographique. Nous avons également mené des expériences de colonisation en exposant un même substrat minéral dans trois sites géographiques en Irlande du Nord et en France. L'analyse de la diversité microbienne lors du processus de colonisation a révélé des changements importants dans la composition des communautés, que ce soit pour les procaryotes ou pour les eucaryotes avec, cependant, des comportements différents de ces deux groupes de microorganismes. Dans le cas des bactéries, on observe une transition des Gammaproteobacteria, qui dominent les temps 0-6 mois et qui correspondent vraisemblablement aux cellules inactives en dispersion, vers des Betaproteobacteria, Bacteroidetes, Alphaproteobacteria et Actinobacteria dans des phases successives de formation du biofilm. Par contre, dès leur détection sur le substrat minéral, les eucaryotes sont massivement dominés par des champignons ascomycètes et basidiomycètes, des algues vertes ainsi que d'autres composantes minoritaires comme des ciliés, étant détectées dans des stades plus tardifs. Nos résultats montrent que les organismes hétérotrophes sont pionniers dans la formation de ces biofilms, ce qui permet d'émettre l'hypothèse qu'ils facilitent l'installation des cyanobactéries et surtout des algues vertes. Ils montrent aussi que le processus d'assemblage des communautés bactériennes dépend du temps de colonisation, alors que le site géographique détermine celui des microorganismes eucaryotes. Ces différences majeures de comportement pourraient être expliquées par des modes de vie différents entre les organismes de ces deux grands groupes.

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Les eucaryotes sont des organismes chimériques issus de l’endosymbiose entre une archéobactérie et une α-protéobactérie. Au cours de ce processus, ces organismes ont évolué de sorte à obtenir un grand nombre de caractéristiques observées chez les eucaryotes modernes, notamment une mitochondrie, un noyau, un système endomembranaire, un système d’épissage ou encore des chromosomes linéaires terminés par un télomère. Bien que les caractéristiques du dernier ancêtre commun des eucaryotes aient majoritairement été identifié, la suite des évènements évolutifs ayant mené à l’apparition de cet organisme demeure peu compris. Afin de mieux reconstruire cette suite d’évènements, l’analyse des génomes d’organismes basals aux eucaryotes sera nécessaire pour identifier des traces de cette évolution. Ainsi, nous proposons que l’analyse d’une collection de génomes d’eucaryotes « primitifs », les jakobides et malawimonades, des eucaryotes unicellulaires flagellés se nourrissant de bactéries, pourrait permettre une meilleure compréhension de ce processus. De plus, il a été supposé que le génome d’un de ces organismes, Andalucia godoyi, pourrait posséder des chromosomes circulaires, une caractéristique atypique chez les eucaryotes, une caractéristique qui pourra être confirmée par la production d’assemblage génomique de haute contigüité. Afin d’obtenir des assemblages génomiques de haute qualité, les jakobides A. godoyi, Jakoba bahamiensis, Seculamonas ecuadoriensis, Stygiella incarcerata et le malawimonades Malawimonas californiana ont été séquencés par nanopore. Le séquençage nanopore a présenté des résultats mitigés et les organismes J. bahamiensis et M. californiana ont présentés un faible rendement de séquençage, possiblement dû à la contamination par des polysaccharides. Pour les autres organismes, nous avons développé un pipeline d’assemblage utilisant les assembleurs Flye et Shasta qui nous a permis de produire des assemblages génomiques. L’analyse du génome de A. godoyi a permis d’identifier la présence de quatre chromosomes circulaires, possiblement localisés dans le noyau, contenant plusieurs gènes liés au métabolisme, au transport et à la signalisation et qui constituent possiblement un type de chromosome circulaire différent de ceux observés précédemment chez les eucaryotes. Dans l’ensemble, ces travaux ont permis la mise en place d’une collection de génome d’eucaryotes « primitifs » qui pourront être utilisés pour des analyse de génomique comparative afin de mieux comprendre l’évolution des eucaryotes. / Eucaryotes are chimeric organisms that are the product of an endosymbiotic event between an archaebacteria and an α-proteobacteria. During the eukaryogenesis, these organisms have gained many characteristics that defines modern eucaryotes such as a mitochondrion, a nucleus, an endomembrane system, the splicing machinery, and linear chromosome with telomeres. While most characteristics of the last common eukaryote ancestor have mostly been identified, most of the evolutionary process that led to this organism is still unknown. To reconstruct this string of event, we must analyse the genome of “primitive” basal eukaryotes with a slow evolutionary rate and a lifestyle like that of the last common eukaryotes ancestor, and thus are most likely to contain remains of ancestral mechanisms that have been lost in most known eukaryotes. We propose that this analysis of the genome of the jakobids and malawimonads, two groups are free-living flagellate that feeds on bacteria, could provide such clues on the evolution of eukaryotes. Using nanopore sequencing, a collection of high-quality genomes has been built to help in this analysis. Furthermore, it has been supposed that the genome of the jakobid Andalucia godoyi could be composed to both linear and circular chromosomes, a genomic structure that have not been identified in other eukaryotes, which was investigated using the high quality nanopore assembly. To generate a collection of high-quality genome assemblies, we have sequenced the genomes of the jakobids A. godoyi, Jakoba bahamiensis, Seculamonas ecuadoriensis and Stygiella incarcerata as well as the malawimonad Malawimonas californiana by nanopore. While the yields were too low for J. bahamiensis and M. californiana, probably due to a contamination by polysaccharides, we were able to assemble chromosome level genome for A. godoyi and S. incarcerata and high-quality draft genome for S. ecuadoriensis et R. americana. Using this assembly, we were able to identify four circular chromosomes in the genome of A. godoyi. The circular chromosomes are likely to be located in the nucleus and encodes genes with functions related to the metabolism, ions and macromolecules transport as well as signaling. Furthermore, these molecules differ from known circular chromosome in eukaryotes as they are unlikely to be selfish DNA elements, such as known eucaryotes plasmids, or circular by-product of replication identified in other eukaryotes. Overall, this work sets the bases for larger scale comparative genomics of the jakobids and malawimonads, by generating a small collection of genomes that will be used in future studies to better understand the origin of the eukaryotes.

La disposition discontinue à l'échelle mondiale des habitats de la cryosphère, définie comme les environnements glacés de la Terre, offre un contexte opportun pour définir la répartition géographique des espèces microbienne sur la planète. Dans le cadre de ce projet de maîtrise, l'abondance et la diversité microbiennes du couvert neigeux et de l'air du Haut-Arctique canadien ont été révélées par des méthodes moléculaires, de microscopie et de cultures. La composition des communautés de bactéries et de protistes de la neige, qui reflétait le transport aérien survenu au cours des huit mois précédant l'échantillonnage, a permis d'identifier les tapis microbiens locaux et l'océan Arctique comme des sources d'inoculum substantielles. L'analyse des séquences d'ADN ribosomique 16S et 18S suggère que les microorganismes habitant les environnements froids comme la neige, la glace marine et les glaciers des régions arctiques, antarctiques et alpines possèdent une distribution globale à travers la cryosphère.