Les bactéries peuvent exploiter quasiment toutes les niches écologiques, dont les organismes multicellulaires. Les relations hôte-bactéries se classent sur une grande gamme d’interactions allant du mutualisme au parasitisme. Dans ce contexte, l’objectif théorique de mon doctorat est d’étudier les relations complexes existant entre un poisson, l’Omble de fontaine, et le cortège microbien qui l’accompagne. Cette espèce est la cible d’infections opportunistes par des bactéries pathogènes du genre Flavobacterium. L’objectif appliqué visait à développer une approche alternative aux antibiotiques pour prévenir et traiter les infections opportunistes. Le premier résultat du projet a mis en lumière qu’un stress hypoxique entraînait une diminution des bactéries à potentiel bénéfique provoquant une dysbiose, favorisant à son tour l’infection par les pathogènes. Nous avons donc ensuite isolé des bactéries issues du microbiome pour tester leurs effets antagonistes vis-à-vis des pathogènes F. columnare et F. psychophilum. Nous avons pu ainsi découvrir sept candidats potentiels in vitro et tester un candidat qui s’est montré efficace par compétition par interférence dans le traitement de la maladie de l’eau froide in vivo. Le dernier objectif de cette thèse consistait à tester la présence de régions géniques chez l’hôte permettant le recrutement des bactéries bénéfiques dans le microbiome. Nous avons donc analysé le microbiome cutané de 86 individus d’une famille d’hybrides de deuxième génération. Nous avons observé une forte variabilité interindividuelle et déterminé trois régions géniques impliquées dans la modulation de trois taxons bactériens dont Methylobacterium, qui est primordial dans le maintien de l’homéostasie du microbiome. Tous nos résultats appuient le rôle du microbionte cutané dans la protection contre les infections opportunistes. / Bacteria can colonize every ecological niche including multicellular organisms, due to their fast growth and their biochemical abilities, . Host-bacteria relationships are complex and range from parasitism to mutualism. Under this framework, my theoretical objective is to study the relationship complexity between brook charr and its microbial partners. This fish species is targeted by opportunistic infections from bacterial pathogens belonging to the Flavobacterium genus. My applied objective focuse on the development of alternative strategies to prevent and treat these infections without antibiotics. The first result of this project highlight that hypoxic stress induce a diminution of the potentially beneficial bacteria leading to a dysbiosis, which in turn triggers opportunistic infections. Then, we isolated bacteria from the microbiome to test their antagonistic effects on two pathogens Flavobacterium columnare and F. psychrophilum. We identify seven potential candidates in vitro, one tested in vivo and being effective to prevent cold-water disease via interference competition. The last objective is to test the existence of host genetic regions associated with the recruitment capacity of beneficial genera in the microbiome. To this end, we analyze the skin microbiome of 86 progenies issued from a dihybrid cross. A strong inter-individual variability is observed and we identify three genetic regions involved in the recruitment of three bacterial genera including Methylobacterium, which is very important to maintain microbiome homeostasis. Overall, the results demonstrate the role of skin microbiota in brook charr resistance against opportunistic infections.

Largement répandu dans l'Arctique canadien, l'Omble chevalier (*Salvelinus alpinus*) est une espèce nordique clé pour les Inuits, car il constitue la principale source de protéines et d'acides gras polyinsaturés. Aujourd'hui, avec le changement climatique et les activités anthropiques, cette espèce fait face à de multiples facteurs de stress qui menacent leur santé, leur productivité et les fonctions du microbiote. Chez les Poissons, il existe trois microbiotes dans la peau, les intestins et les branchies, qui participent au maintien de la santé, du système immunitaire et du métabolisme de leur hôte. Ce projet se concentre sur les relations complexes existant entre l'Omble chevalier et son consortium microbien symbiotique dans les branchies, un organe central chez les Poissons. Ce dernier permet la respiration, l'osmorégulation, et il est une barrière semi-perméable qui filtre l'eau, mais aussi les agents pathogènes et les contaminants. Ce sont pour toutes ces raisons que nous nous sommes particulièrement intéressés à la dynamique des populations de bactéries actives vivant dans le microbiote des branchies. De manière générale, ce projet de thèse est la première caractérisation du microbiote des branchies dans des populations sauvages d'Omble chevalier en Arctique. Une approche intégrative a été utilisée pour étudier ces interactions hôte-microbiote afin de déterminer les facteurs environnementaux et génétiques qui expliquent la diversité de composition du microbiote le long d'un gradient latitudinal en Arctique. Dans un premier temps, nous avons caractérisé la composition des communautés bactériennes actives du microbiote des branchies de population sauvages d'Omble chevalier situées dans cinq communautés inuites différentes : Ekaluktutiak (Nunavut), Salluit, Akulivik, Inukjuak, et Kangiqsualujjuaq (Nunavik). Nous avons trouvé des Protéobactéries et des Bactéroidetes en forte activité dans chacun des groupes, suggérant qu'ils font partie des phylums cœur du microbiote chez l'Omble chevalier. Cependant, au niveau du genre, la composition bactérienne était différente selon les groupes géographiques. La latitude, la température de l'air et le type d'eau (eaux douces ou eaux salées) expliquaient cette distinction. D'un point de vue de la dynamique, les groupes Ekaluktutiak et Kangiqsualujjuaq semblaient avoir une structure stable du microbiote avec beaucoup d'interactions entre les taxons alors qu'Inukjuak et Salluit présentaient plutôt une structure faible avec une potentielle dysbiose détectée. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés aux effets de la pollution aux métaux lourds sur le microbiote des branchies. Le mercure, un contaminant neurotoxique et persistant, se retrouve en Arctique par les courants atmosphériques et, après son dépôt sur les terres, se retrouve dans les lacs par ruissèlements. Nous avons mesuré les concentrations de mercure dans les foies et les muscles et regardé si le mercure exerçait une influence sur le microbiote. Nous n'avons trouvé aucune concentration alarmante dans les tissus des poissons pêchés, cependant, le groupe Ekaluktutiak comprenait des concentrations significativement plus élevées et nos analyses statistiques ont montré que le mercure influençait la composition du microbiote. De surcroit, l'abondance de certains taxons était positivement ou négativement corrélée à la concentration de mercure et nous suspectons plusieurs bactéries trouvées dans les branchies de jouer un rôle dans le cycle du mercure. Finalement, nous avons essayé d'évaluer l'effet du génotype de l'hôte sur la composition du microbiote des branchies de l'Omble chevalier. Les études montrant un effet du génotype de l'hôte sur la composition des microbiotes ou suspectant un recrutement de bactéries bénéfiques de l'hôte augmentent dans ce domaine. Ici aussi, nous avons trouvé une corrélation significative entre le génotype de l'Omble chevalier et la composition bactérienne du microbiote actif des branchies dans l'ensemble de notre jeu de données. Cependant, cette corrélation était assez faible. De plus, aucune corrélation significative n'a été trouvée entre ces deux variables dans le groupe Inukjuak, indiquant que le génotype de l'hôte n'a pas d'influence sur le microbiote dans ce groupe-là alors que des corrélations significatives ont été trouvées dans les autres groupes. Même si un effet génétique a été trouvé dans la plupart des groupes l'effet environnemental pourrait jouer un rôle plus fort sur la modulation des communautés bactériennes dans le microbiote. En conclusion, nous avons mis en évidence dans cette thèse que les facteurs environnementaux et génétiques avaient leurs importances dans la modulation du microbiote des branchies de l'Omble chevalier qui différaient selon les groupes géographiques. / Widespread in the Canadian Arctic, Arctic char (*Salvelinus alpinus*) is a key northern species for the Inuit, as they are the primary source of protein and polyunsaturated fatty acids. Today, with climate change and anthropogenic activities both local and distant, this species is faced with a rapidly changing environment. They face multiple stressors, such as changes in water chemistry, bioaccumulation of pollutants, and migration of exotic pathogen populations. This threatens their health and productivity and negatively impacts microbiota functions linked to host immune response and metabolism. In fish, there are three microbiota in the skin, intestines, and gills, and all play a part in maintaining the health of their host. This project focuses on the complex relationships between Arctic char and their symbiotic microbial consortium in the gills. Gills are a central organ in fish. They allow respiration and osmoregulation, and they are a semi-permeable barrier that filters water, including pathogens and contaminants, and contain many immune molecules and commensal microorganisms. For all these reasons, we are particularly interested in the population dynamics of active bacteria living in the gill microbiota. Overall, this thesis project is the first characterization of gill microbiota in wild Arctic Arctic char populations. An integrative approach was used to study these host-microbiota interactions to determine the environmental and genetic factors that explain the diversity of microbiota composition across a latitudinal gradient in the Arctic. First, we characterized the composition of the active bacterial communities of the microbiota in five geographic zones located in five different Inuit communities in Nunavut (Ekaluktutiak) and Nunavik (Salluit, Akulivik, Inukjuak, and Kangqisualujjuaq). We found Proteobacteria and Bacteroidetes in high abundance in each group, suggesting that they are part of the core phylum of the Arctic char microbiota. However, at the genus level, bacterial composition differed between geographic groups. This distinction was explained by latitude, air temperature, and water type (freshwater or saltwater). From a dynamic point of view, the Ekaluktutiak and Kangqisualujjuaq groups seemed to have a stable microbiota structure, with many interactions between taxa. In contrast, Inukjuak and Salluit had a weak structure, with potential dysbiosis detected. Secondly, we looked at the correlation between mercury and gill microbiota. Mercury, a neurotoxic and persistent contaminant, reaches the Arctic via atmospheric currents and, once deposited on land, finds its way into lakes via runoff or snow/ice/ice melt. We measured mercury concentrations in the livers and muscles of individuals and looked to see if mercury correlated with microbiota. We found no alarming concentrations in the tissues of the fish caught. Still, the Ekaluktutiak group had significantly higher concentrations, and our statistical analyses showed that mercury was correlated with the microbiota composition. Furthermore, the abundance of specific taxa was positively or negatively correlated with mercury concentration, and several bacteria found in the gills could play a role in mercury cycling. Finally, we attempted to assess the correlation between host genotype and the composition of Arctic char gill microbiota. Studies showing an impact of host genotype on microbiota composition and suspecting recruitment of beneficial host bacteria are increasing in this field. We also found a significant correlation between the Arctic char genotype and the bacterial composition of the active gill microbiota in our entire dataset. However, this correlation was relatively weak. Furthermore, no significant correlation was found between these two variables in the Inukjuak group, indicating that host genotype does not influence microbiota in this group. In contrast, significant correlations were found in the other four groups. Although a genetic correlation was found in most groups, the environmental impact could play a stronger role in modulating bacterial communities in the microbiota. In conclusion, this thesis has demonstrated the importance of environmental and genetic factors in modulating Arctic char gill microbiota, which differed according to geographical group.