La lagune de Havre-aux-Maisons aux Îles-de-la-Madeleine dans le Golfe du Saint-Laurent est un système semi-fermé, avec un temps de renouvellement de l’eau jusqu’à 45 jours. Une activité mytilicole modérée a lieu dans la lagune; les moules (Mytilus edulis L.) sont principalement suspendues sous la surface de l’eau. Les moules dépendent de la matière en suspension pour leur nourriture, incluant les micro-organismes eucaryotes planctoniques (protistes et phytoplancton). La répartition spatiale et temporelle des espèces microbiennes marines eucaryotes est déterminée par les conditions physiques, biologiques et chimiques. L’objectif principal de cette thèse était de caractériser la communauté microbienne eucaryote par des méthodes moléculaires (séquençage à haut-débit), à court et moyen terme. Les échantillons ont été prélevés à partir d’un site unique de Juin à Octobre 2009, et pour deux semaines en Août 2010 dans des zones avec ou sans ferme de moules. Les acides gras de la lagune et ceux assimilés et rejetés par M.edulis ont aussi été examinés en 2009 pour déterminer le lien entre profile lipidique planctonique et celui des moules. Dans l’ensemble la vitesse moyenne de vent avait un effet sur la composition en espèces planctoniques en 2009, il y avait une alternance entre les dinoflagellés et les petites cellules photosynthétiques. Ce changement de communauté a peu d’effet sur la nutrition des moules, qui ont ajusté leurs profils d’acides gras indépendamment de la source de nourriture disponible dans l’échelle de temps de l’étude. En 2010, l’échantillonnage aux deux jours pendant deux semaines, la communauté planctonique était similaire dans et hors la ferme de moules, mais différait à chaque échantillonnage. Au niveau de l’espèce, peu d’entre elles semblaient impacter par la présence des moules, ce qui suggére une forte homogénéisation, verticale et horizontale, de l’eau de la lagune. En date, il s’agit de l’étude la plus exhaustive caractérisant la communauté microbienne eucaryotes concernant sa diversité et sa strucuture dans une lagune des Îles de la Madeleine, où la communauté est sensible aux événements météorologiques extérieurs. / The Havre-aux-Maisons lagoon in the Magdalen Islands in Gulf of St-Lawrence is a semi-enclosed system with water residence time of up to 45 days. Limited myticulture is carried out in the lagune; mostly suspended mussels farming, (Mytilus edulis L.). The mussels depend on suspended material, including planktonic microbial eukaryotes (protists and phytoplankton) for food. The spatial and temporal distribution of marine eukaryotic microbial species is thought to be determined by physical, chemical and biological conditions. The main goal of this thesis was to characterize the microbial eukaryotic community uising molecular methods (high throughput sequencing) over medium and short terms. The samples were collected from a single site from June to October 2009 and for two weeks in August 2010 in areas away from and within a mussel farm. Fatty acids from the lagoon plankton and those assimilated and rejected by M. edulis were also examined in 2009 to determine any links between planktonic and mussel lipid profiles. Overall average wind field had the strongest effect on planktonic species composition and in 2009 there was an alternation between dinoflagellates and small photosynthetic cells. The community had little effect on the nutrition of mussels, which adjusted their fatty acid profiles independent of the source of food available over the time scale investigated. In 2010, when sampling every 2 days for two weeks, the plankton community was similar in both farm and off farm sites, but differed on each sampling occasion. At the level of species, very few species were impacted by the presence of mussels suggesting strong horizontal as well as vertical mixing in the lagoon. This is the most exhaustive study to date on the diversity and community structure of microbial eukaryotics in a Magdalen Island lagoon, where we found that the community was most sensitive to external weather events.

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. / The major objective of my PhD work was the analysis of the diversity of microorganisms from the three domains of life associated with phototrophic biofilms developing on different mineral substrates exposed outdoors. These studies aimed at answering questions about microbial diversity and biogeography and also at studying the colonization process through controlled exposure experiments. I have thus characterized, essentially by molecular methods based on small subunit (SSU) rRNA gene libraries and fingerprinting analyses the diversity of prokaryote and eukaryote microorganisms forming mature biofilms (exposed for several years) in various geographic sites in Northern Ireland, France and Ukraine, in the Chernobyl area. In these biofilms, subjected to strong selective pressure, we found many heterotrophic and phototrophic microorganisms, but their diversity was limited when compared to that of other environments such as soils or aquatic systems. Archaea were absent from all biofilms. The environmental conditions to which these biofilms are constantly exposed, such as irradiation, desiccation and nutrient limitation select for organisms that develop particular adaptive strategies including, among others, pigment production. The microorganisms identified in these biofilms are also frequently found in extreme, desert environments and are known for their resistance also to ionizing radiation, such as Deinococcales and Actinobacteria or ascomycete fungi (Ascomycota). Among phototrophic lineages, we identified Cyanobacteria, Chlorophyta (green algae) and sometimes Streptophyta. We showed that environmental parameters influenced biofilm microbial communities. However, whereas the bacterial community composition depends on the nature of the substrate, the microbial eukaryotic community composition depends on the geographic distance. We also carried out colonization experiences exposing outdoors the same mineral substrate in three different sites in Northern Ireland and France. The analysis of microbial diversity along the colonization process revealed important changes in community composition both for prokaryotes and eukaryotes, although the behavior of the two groups was different. In the case of bacteria, we observed a transition from Gammaproteobacteria, which dominated the initial 0-6 months and which likely corresponded to inactive dispersive cells, towards Betaproteobacteria, Bacteroidetes, Alphaproteobacteria and Actinobacteria in successive steps of biofilm formation. By contrast, since their detection on mineral substrates, eukaryotes were massively dominated by ascomycete and basidiomycete fungi, green algae and other minor components such as ciliates were detected in later stages of biofilm formation. Our results show that heterotrophic organisms are pioneers in the formation of these biofilms, leading to the hypothesis that they facilitate the settlement of Cyanobacteria and, especially, of green algae. They also show that the process of bacteria community assembly depends on colonization time whereas the geographic site determines that of eukaryotic microorganisms. These major differences might be explained by different lifestyles between organisms of the two groups