Les activités métallurgiques entrainent l'accumulation d'éléments traces métalliques dans les couches . superficielles des sols, où l'on peut observer des concentrations largement supérieures au fond pédogéochimique et aux normes en vigueur. La contamination des sols est une menace pour la santé publique et la présence de grandes quantités d'éléments traces métalliques peut générer un stress susceptible d'affecter les organismes exposés à des sols pollués. Les Annélides Oligochètes vivent en contact étroit avec ces sols pollués et sont parmi les organismes vivants présentant une sensibilité exacerbée aux métaux. Très peu de choses sont connues quant à l'identification et la mise en place des mécanismes de réponse à ces métaux au niveau moléculaire. En exploitant, la conservation phylogénique observée entre espèces nous avons été capables de cloner et de caractériser un ensemble de biomarqueurs de pollution potentiels à partir des cœlomocytes de l'Annélide Oligochètes Eisenia fetida. Deux approches ont été mises en place. Premièrement, une approche qualifiée de ciblée, consistant à identifier tous les effecteurs parmi des protéines fortement conservées pour lesquels une variation lors d'une exposition métallique était reportée dans la littérature. Deuxièmement, nous avons entrepris une approche qualifiée de globale consistant en la construction de banques soustractives pour identifier chez Eisenia fetida, les gènes dont l'expression est affectée lors d'une exposition à un mélange complexe de métaux, représentatif d'un site naturel fortement contaminé. Ces deux approches ont permis l'identification de 4 candidats biomarqueurs de pollution métallique. / Metallurgical activities lead to accumulation of metal trace elements in the topsoils, where one typically observes concentrations largely exceeding the natural background. Contaminations of soils are a threat for public health and the presence of high amount of metals can generate an environmental stress likely to affect the organisms exposed to polluted soils. Earthworms living in close contact with polluted soils were studied in order to better understand the physiological changes, the mechanisms of acclimation and of detoxification caused by metals. By exploiting the conservation observed between species and using molecular biology techniques, we have been able to clone and transcriptionally characterise potential biomarkers form the immune ceIls of the ecotoxicologically important earthworm species Eisenia fetida. During this Ph. D. we developed two approaches. First, a targeted approach based on bibliographie work, enabled us to identify and select effectors among highly preserved proteins for which variations following metal exposure were reported in invertebrates. Second, an open strategy was undertaken by performing a Suppression Subtractive Hybridization in order to identify genes which are differentially expressed following exposure to a complex mixture of metals representative of a strongly polluted soil. These approaches allowed the description of a group of genes which expression varies following metallic exposure as weIl as the analysis of their expression profiles may be used to analyse mechanistically the immune response to a metallic stress. Moreover, expression profiles of selected genes may constitute a signature of changes due to MTE.

Bathymodiolus azoricus est un bivalve endémique des sources hydrothermales de la dorsale Médio Atlantique qui présente une forte capacité à accumuler différents métaux dans ses tissus, la qualifiant comme espèce modèle en écotoxicologie. L’objectif de ce travail a consisté à décrire les mécanismes moléculaires de tolérance et de détoxication des métaux, que ce soit au sein des populations naturelles ou durant des expositions expérimentales, par le biais d’approches chimiques (quantification des métaux) et transcriptomiques (PCR quantitative et puces à ADN), afin de comprendre comment les facteurs environnementaux pouvaient influencer l’expression des gènes de B. azoricus et d’identifier des biomarqueurs potentiels utiles pour des études écotoxicologiques en environnement extrême. Les mesures de bioaccumulation de différents métaux (Cd, Cu, Fe, Pb,…) sur des individus provenant de sites aux caractéristiques contrastées ont révélé des patrons spécifiques aux populations et aux tissus examinés chez cette espèce, suggérant des phénomènes d’organotropisme. Nos résultats suggèrent également que les bactéries symbiotiques des branchies pourraient participer à la tolérance aux métaux et aux processus de détoxication. Des tendances comparables sont observées pour l’expression relative de certains gènes candidats impliqués dans la réponse au stress métallique, par exemple les métallothionéines, les superoxyde dismutases, les ferritines et les phytochélatines. Les réponses distinctes observées pour certaines populations ou certains tissus traduisent des différences d’état physiologique qui ne seraient pas directement reliées avec l’accumulation de métaux. En outre, l’analyse des puces à ADN à une échelle globale nous a permis d’identifier les réseaux métaboliques principaux pour chaque population et chaque tissu. / Bathymodiolus azoricus is an endemic bivalve from hydrothermal vents in the Mid-Atlantic ridge, which is known to accumulate different types of metals in various tissues at high concentrations, and has therefore been granted model species for exotoxicology. The objective of this work is to describe the mechanisms of metal tolerance and detoxification as they occur in natural populations and during experimental exposures, using both chemical (metal quantification) and transcriptomic (qPCR and microarrays) approaches to understand how environmental factors influence gene expression response in B. azoricus and to identify potential biomarkers useful for ecotoxicological studies in extreme environments. Bioaccumulation of different metals (Cd, Cu, Fe, Pb,…) was measured on individuals from contrasted vent sites, revealing specific population patterns and tissue differences for this species that could be related to processes of organotropism. Our results also suggest that the symbiotic bacteria in gills may be involved in metal tolerance and detoxification. Similar variation trends are observed in the relative expression of candidate genes involved in response to metal stress, e.g. metallothioneins, superoxide dismutase, ferritin, and phytochelatin, revealing contrasted responses at population and tissue level, and reflecting differences in physiological status not directly correlated with the accumulation of metals. In addition, global scale microarray analysis allowed us to identify the principal biological pathways representative of each population and tissues.

Les éléments génétiques transposables (ET) sont des séquences d’ADN capables de se déplacer dans tous lesgénomes sous certaines conditions. Les ET ont des structures et des modes de transposition qui lesdifférencient en plusieurs groupes. Les éléments de la famille mariner sont ubiquistes ; lorsqu’ils sont actifs, ilsproduisent une transposase qui coupe l’élément et l’insère dans un autre locus. Des fragments d’éléments detype mariner (MLE) ont été précédemment identifiés chez la diatomée marine Amphora acutiuscula et ils semblaientactifs en condition de stress thermiques. Les diatomées sont caractérisées par une paroi siliceuse ornementée et,dans le milieu marin, elles jouent un rôle primordial dans les chaînes alimentaires.Dans le présent travail, par des méthodes de biologie moléculaire et de bioinformatique, nous avons recherché et caractérisé des MLE complets, et précisé leur activité en conditions de chocs thermiques et métalliques (cuivre et zinc). L’analyse des séquences amplifiées a mis en évidence la présence de MLE particuliers chez cette diatomée qui code une transposase ayant une triade catalytique DD43D jamais décrite jusqu’à présent.L’analyse phylogénétique place les MLE de diatomées dans une sousfamille différente mais proche de celle desMLE de plantes. Parmi les nombreuses copies de MLEprésentes dans le génome d’A. acutiuscula, certaines sont exprimées lorsque la diatomée est placée pendant 2 à 5 heures à unetempérature inférieure à sa température de culture. Par contre, l’expression des MLE n’a pas été mise en évidence chez cette espèce soumise aux stress métalliques appliqués. / Transposable elements (TE) are DNA sequences able to move in all genomes depending on conditions. TE have different structures and transposition mechanisms. Tc1-mariner elements are ubiquist ; when they are active, they produce a transposase which cuts and inserts the element into another locus. Fragments of mariner-like elements (MLE) hadpreviously been identified in the marine diatom Amphora acutiuscula and they seemed active under thermal stress. Diatoms are characterized by a siliceous ornamented cell wall and, in the ocean, they play a major role in trophic networks.In this work, with biomolecular and bioinformatic methods, we have searched for and characterized full length MLE, and precised their activity under thermal and metal (copper and zinc) stresses. The analyse of the DNA sequences obtained highlighted that MLE in diatoms are particular and that they encode a transposase which has a DD43D catalytic triad neverso far depicted. The phylogenetic analyse arranged diatom MLE in a subfamily different and close to that of plant MLE. Among the numerous MLE copies present in the genome of A.acutiuscula, some were expressed when the microalga was put at a lower temperature than the culture temperature for 2 to 5 hours. Conversely, metal stresses we applied did notinduce MLE expression in this species.