Mon projet de doctorat était de créer un pipeline pour taxono-génomique pour la comparaison de plusieurs génomes bactériens. Deuxièmement, je automatisé le processus d'assemblage (NGS) et annotation à l'aide de divers logiciels open source ainsi que la création de scripts de maison pour le laboratoire. Enfin, nous avons intégré le pipeline dans la description de plusieurs espèces bactériennes de laboratoire sur. Cette thèse est divisée principalement en Taxono- génomique et Microbiogenomics. Les avis de la section taxono-génomique, décrit sur les avancées technologiques en génomique et métagénomique pertinentes dans le domaine de la microbiologie médicale et décrit la stratégie taxono-génomique en détail et comment la stratégie polyphasique avec des approches génomiques sont reformatage de la définition de la taxonomie bactérienne. Les articles décrivent les bactéries cliniquement importantes, leur séquençage complet du génome et les études génomiques comparatives, génomiques et taxono-génomique de ces bactéries. Dans cette thèse, j'ai inclus les articles décrivant ces organismes: Megasphaera massiliensis, Corynebacterium ihumii, Collinsella massiliensis, Clostridium dakarense. Bacillus dielmoensis, jeddahense, Occidentia Massiliensis, Necropsobacter rosorum et Pantoea septica. Oceanobacillus / My PhD project was to create a pipeline for taxono-genomics for the comparison of multiple bacterial genomes. Secondly I automated the process of assembly (NGS) and annotation using various open source softwares as well as creating in house scripts for the lab. Finally we incorporated the pipeline in describing several bacterial species from out lab. This thesis is subdivided mainly into Taxono-genomics and Microbiogenomics. The reviews in taxono-genomics section, describes about the technological advances in genomics and metagenomics relevant to the field of medical microbiology and describes the strategy taxono-genomics in detail and how polyphasic strategy along with genomic approaches are reformatting the definition of bacterial taxonomy. The articles describes clinically important bacteria, their whole genome sequencing and the genomic, comparative genomic and taxono-genomic studies of these bacteria.

Ce travail de thèse est consacré à la synthèse et l’évaluation biologique de nouveaux nitromidazoles à potentialités anti-infectieuses. Dans les trois premiers chapitres, nous avons abordé les propriétés biologiques des 5-nitroimidazoles, et la synthèse de nouveaux composés fonctionnalisés en positions 2 et 4 dans le but d'améliorer l'activité sur les souches résistantes au métronidazole, le 5-nitroimidazole de référence, tout en contrôlant au mieux la mutagénicité. Nous avons développé une méthode de couplage régiosélectif de Suzuki-Miyaura en position 4 du 2,4-dibromo-1-méthyl-5-nitro-1H-imidazole, suivi d’un deuxième couplage de Suzuki-Miyaura ou de Sonogashira par méthodologie « one-pot » séquentielle en position 2. Cette méthodologie nous a permis d’obtenir 30 nouveaux composés qui ont été testés pour leur propriétés antibactériennes et antiparasitaires. Une dizaine de composés ont été synthétisés par méthodologie TDAE sur le 4-[4-(chlorométhyl)phényl]-1,2-diméthyl-5-nitro-1H-imidazole. Dans le dernier chapitre, nous avons initié un travail de pharmacomodulation en série imidazooxazole, motif bien connu pour ses propriétés antituberculeuses et antileishmaniennes. Nous avons présenté la synthèse et l’évaluation biologique de dérivés 5-nitroimidazooxazoles et 7-nitro-2,3-dihydroimidazo[5,1-b]oxazoles. La synthèse de dérivés 6-nitroimidazooxazoles fonctionnalisés en position 5 est en cours de développement et nous avons présenté quelques essais de CH-arylation sur le 2-méthyl-6-nitro-2,3-dihydroimidazo[2,1-b]oxazole. / We have developed in this work the synthesis and the biological evaluation of novel nitromidazoles with anti-infectious potentialities. In the first three parts, we discussed the biological properties of 5-nitroimidazole scaffold, and the synthesis of new compounds functionalized at 2- and 4-position in order to improve the activity on metronidazole-resistant strains, while controlling mutagenicity. We developed a regioselective Suzuki-Miyaura cross- coupling reaction at 4-position of 2,4-dibromo-1-methyl-5-nitro-1H-imidazole, followed by a second Suzuki-Miyaura or Sonogashira cross-coupling reaction at 2-position by a "one-pot" sequential process. This methodology has enabled us to obtain 30 new products which were tested for their antibacterial and antiparasitic properties. Twelve compounds were synthesized by TDAE methodology on {4- [4- (chloromethyl) phenyl]} -1,2-dimethyl-5-nitro-1H-imidazole. In the last part, we initiated a work of pharmacomodulation in imidazooxazole series, scaffold well-known for its antituberculous and antileishmanial properties. We have described the synthesis and the biological evaluation of 6-functionalized 5-nitroimidazooxazole and 7-nitro-2,3-dihydroimidazo [5,1-b]oxazole derivatives. We have presented some CH-arylation assays on 2-methyl-6-nitro-2,3-dihydroimidazo[2,1-b]oxazole to obtain 5-functionalized 6-nitroimidazooxazole derivatives.

Le développement de composés permettant le passage de molécules à travers la membrane cellulaire constitue un domaine de grand intérêt de la chimie et de la biochimie. Certaines maladies, comme la fibrose kystique, sont le résultat d'un dysfonctionnement du transport d'ions chlorure et bicarbonate à travers la bicouche lipidique. Ces dernières années, de nouvelles familles de transporteurs synthétiques ont fait leur apparition comme solution de remplacement aux transporteurs naturels. Cependant, la synthèse de systèmes supramoléculaires permettant le transport de larges molécules de part et d’autre de la bicouche lipidique reste, quant à elle, un défi. Ainsi nous présentons dans cette thèse deux systèmes différents: l’un permettant le transport d’ions chlorures et le second capable de combiner transport anionique et transport de macrocycles biologiquement actifs. Dans un premier temps, nous avons étudié le potentiel ionophore d’un dérivé benzimidazole. Des études mécanistiques ont été menées sur le 2,4,7-triphénylbenzimidazole afin de déterminer son mode d’assemblage dans la membrane phospholipidique, responsable de son efficacité à transporter les anions. Basé sur ces résultats, des analogues de cette molécule possédant des sites de complexation métallique ont été synthétisés afin d’augmenter l’efficacité de ces transporteurs benzimidazole et de contrôler leur auto-assemblage. Ces complexes ont été testés dans des membranes bactériennes afin d’étudier leur capacité à inhiber la croissance des bactéries et à diminuer la tolérance d’une souche bactérienne résistante envers les antibiotiques. Dans le second volet de cette thèse, nous avons étudié l’utilisation de dérivés parapluies capables de changer de conformation dépendamment de la polarité du solvant, pour le transport d’anions et de macrocycles. La synthèse et la caractérisation d’un nouvel axe et son dimère parapluie sont rapportées dans cette partie. Leur capacité à transporter les anions à travers la membrane des liposomes ou leur insertion dans des membranes bactériennes ont été étudiées. Les premiers essais de synthèses de rotaxanes à partir de ces dérivés parapluies pour le transport de macrocycle biologiquement actif sont rapportés. / The development of compounds able to transport molecules through cellular membranes is an emerging area of chemistry and biochemistry. Several diseases, such as cystic fibrosis, are the result of a dysfunction of chloride and bicarbonate transport across cellular membranes. In the last few years, new families of synthetic transmembrane transporters were developed in order to restore chloride transport. However, the synthesis of supramolecular systems for the transport of large molecules from one side to the other one of the lipid bilayer remains a challenge. Herein we present two different systems: one for chloride transport and a second one that combines the transport of ions and biologically active macrocycles through cellular membranes. We first present the anionophoric potential of benzimidazole derivatives. Mechanistic studies were conducted on 2,4,7-triphenylbenzimidazole to determine its self-assembly in a phospholipid membrane and its capacity to transport anions. Two analogues possessing metal coordination sites were also developed and studied for their anion transport properties, as well for the formation of metal-organic assemblies. These complexes were studied in bacterial membranes for their ability to inhibit bacterial growth and to reduce the tolerance of a resistant strain to antibiotics. In the second part of this thesis, we present the use of umbrella compounds that are able to change their conformation depending on the polarity of the environment. The synthesis and characterization of a new umbrella thread and its dimer are reported in this section. Their ability to transport anions through liposomal membranes or their insertion into more complex bacterial membranes are studied. The first attempts to assemble rotaxanes with the umbrella compounds and an active macrocycle are presented.

Les travailleurs impliqués dans la gestion des matières résiduelles domestiques sont continuellement exposés à des bioaérosols pouvant entrainer des problèmes de santé de nature infectieux, allergène et cancérigène. Le but de cette étude était d’évaluer l’exposition aux bioaérosols des éboueurs et des chauffeurs de camion durant la collecte des déchets et des matières résiduelles à Montréal par une analyse multimétrique et multimédia. Les conditions de travail ont été évalués dans six camions (2 recyclages, 2 organiques et 2 domestiques). Pour chaque camion, des mesures ambiantes (cabine du chauffeur) et des mesures dans la zone respiratoire d’un collecteur et d’un chauffeur ont été réalisées. Des prélèvements sur la surface des sièges des chauffeurs ont aussi été effectués et les filtres à air de l’habitacle des camions ont été évalués. Les échantillons ont été analysés au laboratoire microbiologique de l’IRSST selon la méthode par culture microbienne et la méthode moléculaire Droplet Digital PCR. Les résultats indiquent que les collecteurs sont généralement les plus exposés aux bioaérosols. Les collecteurs des déchets domestiques étaient notamment les plus exposés avec des concentrations moyennes pour les bactéries (27 000 UFC/m3), les endotoxines (100 UE/m3) et les moisissures (5 900 UFC/m3) excédant les recommandations sanitaires. Néanmoins, les collecteurs du compost étaient les plus exposés aux moisissures (6 800 UFC/m3). E.coli et A.fumigatus ont été détectés dans tous nos échantillons avec des expositions plus importantes pour les travailleurs du domestique. De plus, les sièges des chauffeurs des camions domestiques avaient les niveaux de contamination les plus élevés. La concentration moyenne de A.fumigatus (2 500 UG/m3) dans l’air de ces camions était supérieure à celle des camions de recyclage et de compost. Les résultats des filtres n’ont pas permis de tirer de conclusions quant à l’exposition des chauffeurs aux bioaérosols. Les résultats de cette recherche ont permis de mettre en évidence que l’exposition des travailleurs lors de la collecte des déchets pourrait être influencée par le type de déchets, le poste de travail ainsi que les tâches exécutées. Cette étude confirme le potentiel élevé d’exposition aux bioaérosols des travailleurs attitrés au transport des matières résiduelles et des déchets. Elle valide aussi le besoin de réduire les expositions professionnelles par diverses stratégies, y compris les procédures de nettoyage de la cabine et l’utilisation d’équipement de protection respiratoire lors de tâches génératrices de bioaérosols (nettoyage des camions au jet, déchargement des camions). / Workers involved in the management of household residual materials are continuously exposed to bioaerosols which can cause them health problems of an infectious, allergenic and carcinogenic nature. The purpose of this study was to assess the exposure to bioaerosols of collectors and trucks drivers during the collection of domestic waste and residual materials in Montreal by a multimeric and multimedia analysis. A sampling campaign was conducted on six drivers and six collectors. A total of 6 trucks that collect recyclable (2), organic (2) and compost (2) waste were evaluated. Samples were also taken from the surface of the drivers' seats, and the cabin air filters were recovered. Samples were analyzed at the microbiology laboratory of the IRSST using the microbial culture method and the molecular method of Droplet Digital PCR (ddPCR). The results indicate that collectors are generally the most exposed to bioaerosols. Domestic waste collectors were in particular the most exposed with average concentrations for bacteria (27,000 CFU/m3), endotoxins (100 EU/m3) and fungi (5,900 CFU/m3) exceeding health recommendations. However, the compost collectors were the most exposed to fungi (6,800 CFU/m3). E. coli and A. fumigatus were detected in all of our samples, but exposures were greater for workers collecting domestic waste. In addition, the seats of drivers involved in domestic waste collection had the highest levels of contamination. The average concentration of A. fumigatus (2,500 UG/m3) in the air of the cabin of domestic waste trucks was higher than that of recycling and compost trucks. The results of the filters did not allow us to draw any conclusions on their role in terms of drivers exposure to bioaerosols. The results of this research highlighted that workers exposure to bioaerosols could be influenced by factors such as the type of waste, the workplace and workers’ tasks performed. This study confirms the high potential for exposure to bioaerosols of workers assigned to the transport of household residual materials and waste. It also validates the need to reduce workers exposures by various strategies including, cabin cleaning procedures and the use of respiratory protection equipment for specific tasks generating bioaerosols (water jet cleaning of trucks, unloading of trucks).

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Les alcénones constituent une classe de cétones insaturées à longue chaîne (C35 à C41)synthétisées par un nombre limité d’haptophytes. La proportion des alcènones en C37 di et triinsaturéesvarie en fonction de la température de croissance de l’haptophyte. A partir de cette caractéristique et de leur ubiquité dans l’environnement marin, un indice nommé '37U K =[C37 :2] / ([C37 :2 + C37 :3]) est utilisé depuis la fin des années 1980s comme paléomarqueur des températures des eaux de surface.Des processus de dégradation biotique et abiotique sélectifs, jusqu’alors partiellement ignorés,peuvent entraîner des biais significatifs (du fait de la perte préférentielle des alcénones les plus insaturées) dans les valeurs de paléotempératures estimées à partir de l’ '37U K . Ce travail a été entrepris dans le but d'étudier l'impact de ces processus diagénétiques sur les alcénones et d'évaluer leur importance dans l'environnement marin.Durant la première partie de ce travail, nous avons isolé et identifié diverses souches bactériennes à partir de cultures d’Emiliania huxleyi, que nous avons testées pour leur capacité à dégrader les alcénones. La souche Dietzia maris s'est révélée capable de dégrader sélectivement les alcénones. Cette dégradation sélective fait intervenir une époxydation initiale des doubles liaisons des alcénones, qui est vraisemblablement induite par une monoxygénase ayant une plus grande affinité pour la double liaison en position w29 et peut conduire à une augmentation des valeurs de l' '37U K de l’ordre de +0,10 (soit une surestimation des températures de +3°C).L'impact de ces processus de dégradation (biotique et abiotique) in situ s'est révélé plus oumoins significatif selon les zones géographiques considérées. En mer Méditerranée,l'augmentation des valeurs de l' '37U K (0,43 à 0,55) s'explique essentiellement par une forte autoxydation des alcénones lors de leur sédimentation. La détection d'alcénones stéréomutées à la surface du sédiment nous a permis d'estimer que les processus de stéréomutatio npouvaient entraîner un biais dans les valeurs de l' '37U K de +0,05 dans cette région. En Alaskaainsi que dans le Pacifique équatorial, les biais observés résultent essentiellement d’une dégradation bactérienne sélective des alcénones (+0,7 à +2,4°C et +2°C, respectivement).Lors de nos analyses de matériel particulaire provenant de l’océan Pacifique équatorial, nos observations ont mis en évidence une relation entre l’état de photo-oxydation des cellules phytoplanctoniques sénescentes et l’état physiologique des bactéries qui leur sont associées.Un transfert d’oxygène singulet (1O2) des phytodétritus aux bactéries entraînerait un déclin important de la croissance bactérienne et limiterait ainsi considérablement la biodégradation.Dans notre étude, ce transfert d’1O2 s’est révélé plus efficace dans les particules en suspension(forte photo-oxydation des bactéries) que dans les particules prélevées par trappes (forte biodégradation du phytodétritus). Cette différence s’expliquerait par l’abondance de particules riches en silice dans les particules prélevées par trappes (dominées par des agglomérats de diatomées) dont le caractère polaire réduirait la durée de vie de l’1O2.Nos résultats confirment que les processus de (i) dégradation bactérienne sélective, (ii)d'autoxydation et (iii) de stéréomutation peuvent introduire des bais significatifs dans les reconstructions de paléotempératures et des moyens de corriger les biais résultant de cette diagenèse ont été proposés afin d'améliorer les reconstructions de paléotempératures basées sur cet outil. / Alkenones constitute a class of long-chain unsaturated ketones (C35 to C41) synthesized by alimited number of haptophytes. The proportion of C37 di- and tri-unsaturated alkenones varies according to the growth temperature of the haptophytes. From this characteristic and theubiquity of alkenones in the marine environment, an index named '37U K = [C37: 2] / ([C37: 2 + C37:3]) is used since the late 1980s as paleomarker of sea surface temperatures. Selective biotic and abiotic degradation processes, previously ignored in the literature, canlead to significant biases (due to the preferential loss of the more unsaturated alkenones) in paleotemperature values estimated from the '37U K . This work was undertaken to estimate theimpact of diagenetic processes on alkenones in the marine environment.During the first part of this work, we isolated and identified various bacterial strains from cultures of Emiliania huxleyi, which were tested for their ability to degrade alkenones. Thestrain Dietzia maris sp. S1 appeared to be able to degrade selectively di- and tri-unsaturatedalkenones. This selective degradation involves an initial epoxidation of alkenone doublebonds, which is probably induced by a monooxygenase showing a greater affinity for the w29double bond and leads to increases of the '37U K values ranging from +0.05 to +0.10 units(corresponding to an overestimation of temperatures of 1.5 - 3°C).The impact of these biotic and abiotic degradation processes in situ was more or lesssignificant depending on the area considered. In Mediterranean Sea, increasing values of '37U Kwith depth (0.43 to 0.55) seemed to mainly result from an intense autoxidation of alkenones.The detection of stereomutated alkenones in surface sediments also attested to the importanceof these processes in this region (increased in '37U K values of +0.05 units). In contrast, in Alaska and Equatorial Pacific, the biases observed (+0.7 to +2.4°C and +2°C, respectively) appeared to be mainly induced by selective bacterial degradation of alkenones.Analyses of particulate matter from the Equatorial Pacific Ocean, revealed a relationshipbetween the state of photo-oxidation of senescent phytoplankton cells and the physiologicalstate of associated bacteria. A transfer of singlet oxygen (1O2) from phytodetritus to thebacteria may induce damages in bacteria and thus significantly limit biodegradation. This transfer of 1O2 appeared to be more effective in suspended particles (high photo-oxidation ofbacteria and preservation of phytodetritus) than in the sinking particles (weak photo-oxidationof bacteria and high biodegradation of phytodetritus). These differences were attributed to theabundance of particles rich in silica in sinking particles (dominated by agglomerates ofdiatoms), whose the polar character could reduce lifetime of 1O2.Our results confirm that the process of (i) selective bacterial degradation, (ii) autoxidation and(iii) stereomutation may introduce significant biases in the reconstruction ofpaleotemperatures. Some tools were proposed to correct some of these biases and thus toimprove the paleotemperature reconstructions based on alkenones

La tuberculose est une maladie contagieuse causée par les bactéries appartenant au complexe Mycobacterium tuberculosis. On estime près de neuf millions de nouveaux cas et un million de décès chaque année dans le monde. De plus, approximativement un tiers de la population mondiale est infecté de manière latente, donc à risque de développer la maladie. Le seul vaccin préventif jusqu’à présent disponible est le Bacille de Calmette-Guérin (BCG). Cependant, son efficacité contre la forme pulmonaire de la maladie, contagieuse et plus fréquente chez l’adulte, est extrêmement variable. Le développement de nouveaux vaccins prophylactiques contre la tuberculose est basé sur une stratégie de remplacement ou d’amélioration de l’actuel vaccin BCG. De nombreux candidats vaccins sous-unitaires sont évalués dans un protocole de vaccination de rappel après le BCG. Ce dernier est en effet administré à plus de 80% des nouveau-nés et des nourrissons des populations à haut risque.<p>Le présent travail a eu pour but principal d’étudier une nouvelle approche de vaccination combinant le Bacille de Calmette-Guérin avec des vaccins sous-unitaires à ADN plasmidique dans différents modèles précliniques.<p>Plusieurs hypothèses tentent d’expliquer la faible efficacité du vaccin BCG, comme la faible induction de réponses immunitaires de type cellulaire T CD8+, le déclin de l’immunité protectrice induite au cours du temps, ou son répertoire antigénique limité. Les vaccins à ADN plasmidique induisant de telles réponses, le travail proposé a consisté au développement d’un nouveau protocole de vaccination basé sur la coadministration par la voie intradermique du vaccin BCG formulé avec un vaccin à ADN plasmidique codant pour un antigène mycobactérien. Nous avons observé dans plusieurs modèles murins (adulte et néonatal) une augmentation significative des réponses cellulaires de type CD4+ Th1 et CD8+, ainsi que de la réponse humorale spécifique. L’immunogénicité de cette approche a également été analysée dans un modèle animal de grande taille, à savoir le modèle porcin. Les résultats obtenus indiquent que les vaccins à ADN plasmidique sont capables d’augmenter les réponses spécifiques à l’antigène codé par le plasmide mais également celles spécifiques à d’autres antigènes exprimés par le vaccin BCG. Enfin, dans la deuxième partie du travail, nous avons développé des vaccins plasmidiques codant pour des combinaisons d’antigènes phase-spécifiques de M. tuberculosis et nous avons analysé leur immunogénicité en modèle murin.<p>En conclusion, nous avons montré que la stratégie de coadministration par la voie intradermique du vaccin BCG avec un vaccin à ADN plasmidique encodant des antigènes mycobactériens s’avère être un protocole de vaccination réaliste et efficace pour améliorer l’immunité induite par le vaccin BCG. Elle offre par ailleurs des perspectives pour être appliquée avec des plasmides codant pour des antigènes caractéristiques de la tuberculose latente, peu reconnus après vaccination BCG, pour protéger à la fois contre la tuberculose active d’une primo-infection et contre la réactivation d’une infection latente. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les toits verts sont des écosystèmes d’une grande importance pour les milieux urbains. Cependant, le microbiome du sol est peu considéré dans l’aménagement de ces habitats, alors qu’il est pourtant à la base de nombreux services écosystémique, dont le cyclage des nutriments et la productivité primaire. Il est donc nécessaire de s’intéresser davantage à l’assemblage de ce microbiome, de manière à éventuellement mieux manipuler ces communautés pour favoriser le maintien des services écosystémiques. Nous avons donc échantillonné le sol 19 toits verts en plus de cinq grands parcs urbains afin d’étudier les communautés bactériennes, fongiques et mycorhiziennes de ces habitats. Contrairement à ce que prédisent les théories classiques en écologie, les communautés microbiennes des sols des toits verts sont abondantes et diversifiées même dans les toits les plus jeunes. De plus ces communautés ne sont pas dominées par des microorganismes reconnus comme étant tolérants au stress. Ainsi, les limites à la dispersion ne semblent pas affecter ces communautés microbiennes isolées. Une grande variation dans les structures des communautés est restée non expliquée, montrant peu d’évidences d’assemblages déterministes. Ce phénomène pourrait être dû à une plus grande importance de déterminants ou processus stochastiques. Nous avons aussi observé ce phénomène chez les champignons mycorhiziens avec une plus grande abondance des espèces fréquentes régionalement et globalement. Cela montre l’importance du pool régional d’espèces pour l’assemblage des communautés des toits verts. Les toits échantillonnés ont des microbiomes uniques aux parcs environnants, avec une faible abondance de certains groupes taxonomiques, comme les Thaumarchaeota (procaryotes nitrificateurs), les actinobactéries (saprotrophes), ou les Gigasporaceae (champignons mycorhiziens produisant un important réseau d’hyphes extraracinaires). Ces profils microbiens uniques pourraient induire des conséquences biogéochimiques importantes sur les processus écosystémiques du sol des toits verts. Les recherches futures devraient évaluer les liens entre la structure du microbiome et les fonctions écosystémiques rendus par les toits verts. / Green roofs are novel ecosystems of great importance for urban environments. However, green roof soil microbiome has received little attention, even though it supports numerous ecosystem services. It is therefore necessary to pay more attention to the green roof soil microbiome assembly and eventually better manipulate it to promote the maintenance of ecosystem services, as nutrient cycling and primary productivity. We sampled 19 green roofs in addition to five large urban parks to study the bacterial, fungal and mycorrhizal communities in these habitats. Contrary to what was expected under classic ecological theories, microbial communities were abundant and diverse, even on the youngest roofs. Moreover, green roofs soils were not dominated by microorganisms known to be particularly stress tolerant. Dispersal limitation did not appear to affect the green roof soil communities. High level of variation in community structure remained unexplained, showing little evidence of deterministic assembly. This phenomenom may be a sign of stochastic assembly in these habitats. It was partly observed for mycorrhizal fungi with greater abundance of regionally and globally frequent species. This suggests the importance of regional species pool for community assembly in green roofs. The sampled roofs showed unique microbiomes, with low abundance of some taxonomic groups, such as the Thaumarchaeota (nytrifying prokaryotes), Actinobacteria (sapotrophs), or Gigasporaceae (mycorrhizal fungi producing an important external hyphae network). This could have important biogeochemical consequences on green roofs. Much insight will be gained from future research looking at the links between microbiome composition and the ecosystem services provided by green roofs.

Les interactions font partie intégrante des écosystèmes. Que ce soit aux niveaux les plus fins, comme les protéines, ou les plus larges, comme les méta-communautés, il est possible de les regrouper en réseaux et d’en étudier la structure. Cela a permis de mettre en évidence que certaines structures sont observables à différents niveaux, c’est le cas par exemple des réseaux emboîtés. De plus, les réseaux d’interaction ont la spécificité de ne pas être fixes dans le temps et l’espace, ce qui leur confère un avantage de taille pour l’étude de l’évolution. Ils peuvent ainsi servir de support à l’études des mécanismes intervenants dans les processus évolutifs. Cependant, il n’existe pas encore de méthodologie ayant fait consensus sur l’utilisation des réseaux et leur analyse à différentes échelles d’organisation. Cette thèse se base sur l’hypothèse que les réseaux, de par leurs propriétés, sont pertinents à considérer pour comprendre l’évolution et ce à différentes échelles d’organisation, et offrent la possibilité de faire des liens entre chacune d’entre elles. L’approche basée sur les réseaux, combinée à l’utilisation de modèles théorique serait donc un outil méthodologique puissant dans l’élargissement des connaissances concernant les processus sous-jacents à l’évolution. La thèse qui suit composée de six chapitres dont le contenu est le suivant. Elle commence par un chapitre d’introduction aux concepts d’intérêts, notamment sur l’évolution et la coévolution. Le deuxième chapitre est une introduction à l’utilisation des réseaux en écologie, suivit par le troisième chapitre qui effectue une revue non exhaustive des méthodologies développées autour des réseaux d’interactions. Les chapitres suivants sont en quelque sorte une mise en pratique de ces méthodes et ce à différents niveaux d’organisation. Le quatrième chapitre revient sur une étape avortée de ce doctorat qui servira tout de même à la construction du modèle du chapitre suivant. Le cinquième chapitre se concentre sur la coévolution et son suivit au travers des réseaux d’interaction entre les bactéries et leurs virus. Enfin, le sixième chapitre traque l’évolution des communautés grâce à la structure des arbres phylogénétiques et structure des réseaux d’interactions au cours du temps. / Interactions are an integral part of ecosystems. Whether at the finest levels, such as proteins, or the broadest, such as meta-communities, it is possible to group them into networks and study their structure. This made it possible to demonstrate that certain structures can be observed at different levels, such as nested networks, for example. In addition, interaction networks have the property of not being fixed in time and space, which gives them a major advantage for the study of evolution. They can thus serve as a support for the study of the mechanisms involved in the evolutionary processes. However, there is not yet a methodology that has achieved consensus on the use of networks and their analysis at different organizational scales. This thesis is based on the hypothesis that networks, by virtue of their properties, are relevant to consider in order to understand evolution at different organizational scales, and offer the possibility of making links between each of them. The network-based approach, combined with the use of theoretical models, would therefore be a powerful methodological tool in expanding knowledge about the processes underlying evolution. The thesis which follows consists of six chapters whose content is as follows. It begins with an introductory chapter to the concepts of interest, in particular on evolution and coevolution. The second chapter is an introduction to the use of networks in ecology, followed by the third chapter which performs a non-exhaustive review of the methodologies developed around interaction networks. The following chapters are in a way a practical application of these methods at different levels of organization. The fourth chapter returns to an aborted stage of this doctorate which will nevertheless be used to construct the model of the following chapter. The fifth chapter focuses on coevolution and its follow-up through the interaction networks between bacteria and their viruses. Finally, the sixth chapter tracks the evolution of communities thanks to the structure of phylogenetic trees and the structure of interaction networks over time.

Les plantes, par leurs racines, offrent une myriade de niches écologiques pour les microorganismes du sol, et ceux-ci la protègent contre les attaques parasitaires et les stress abiotiques, et favorisent son approvisionnement en nutriments et en eau. Cependant, dans le sol, la plante joue aussi un rôle important lorsqu’elle émet depuis ses racines des composés qui influencent la composition des communautés microbiennes dudit sol, ce combiné à un changement du pH du sol par la plante et son apport en matière organique ainsi qu’en oxygène. Ces composés influencent les membres du microbiote souterrain de la plante et donc indirectement la plante elle-même. Plus on a une diversité du couvert végétal, plus la diversité des microorganismes du sol va être élevée et inversement, plus un sol sera divers en matière de microbes plus les plantes qui y poussent tendent à être en bonne santé. Pour une plante en particulier, il n’est pas inhabituel de développer des relations spécifiques avec des microorganismes eux aussi spécifiques qui vont améliorer sa survie. Cependant, une plante peut vivre dans différents environnements et les sols sont divers, donc les plantes doivent s’adapter aux microbes qu’elles trouvent à proximité en sélectionnant les microbes les plus bénéfiques pour elles. Du coup, il est possible que quel que soit l’environnement dans lequel la plante pousse, quelques microbes soit si importants pour sa survie et son développement qu’on les retrouve toujours en association avec ladite plante. Ces microbes toujours en association avec une plante donnée constituent une unité théorique nommée core microbiote dans la littérature scientifique. La gestion du microbiote des plantes cultivées pourrait améliorer la résistance au stress et la productivité des plantes cultivées et il est donc important d’en comprendre le fonctionnement. A ce jour, le microbiote souterrain des plantes demeure largement une « boîte noire » en raison de son incroyable complexité due à la diversité faramineuse des microorganismes qui le constituent. Au cours de ma recherche doctorale, j’ai voulu participer à ouvrir encore un peu plus cette « boite noire » pour augmenter la connaissance du fonctionnement et de la structure du microbiote souterrain des plantes. Pour ce faire, j’ai utilisé le canola (B. napus) comme plante modèle. J’ai étudié le microbiote racinaire, tel qu’influencé par le niveau de diversification du système cultural, à l’aide d’un dispositif expérimental établi par Agriculture et Agroalimentaire Canada à cinq emplacements dans la prairie canadienne en 2008. Le canola, B. napus est une Brassicaceae économiquement importante, mais aussi intéressante en tant que plante modèle, car le canola est associé à des communautés microbiennes racinaire moins complexes que bien d’autres plantes, à cause de sa production de composés antimicrobiens. J’ai utilisé le séquençage d’amplicons, des analyses statistiques multivariées et l’analyse de réseau pour approcher cette complexité et: i) vérifier l’impact de la diversification du système de rotation cultural sur les communautés microbiennes souterraines du canola, ii) établir si un core microbiote fongique et bactérien existait bel et bien dans la rhizosphère du canola et le plein sol en culture de canola, iii) identifier de façon claire des espèces clef de voute interagissant intensivement dans les communautés fongiques, bactériennes, et mixtes, et finalement iv) évaluer la persistance des champignons mycorhiziens à arbuscules dans la rhizosphère du canola et le plein sol adjacent cette plante non-hôte, en systèmes culturaux basés sur le canola. Mes résultats confirment que les communautés fongiques de la rhizosphère du canola et de son sol étaient influencées par la diversification des rotations de cultures, mais démontrent que les communautés bactériennes ne l’étaient pas. La rhizosphère du canola avait un core microbiote fongique variant avec les années, tandis que chez les bactéries, seulement des core espèces ont été identifiées. J’ai aussi relevé des interactions potentielles entre microbiote fongique et microbiote bactérien du canola et identifié des espèces clef de voute. Les fluctuations de l’abondance de ces espèces pourraient alors faire varier celles de beaucoup d’autres microbes. Bradyrhizobium a été l’une de ces espèces. Mes résultats montrent aussi un maintien d’une communauté des champignons mycorhiziens à arbuscules chez le canola même après 10 ans de monoculture. En résumé, ma recherche apporte une lumière nouvelle dans l’étude du fonctionnement, de la structure et des dynamiques écologiques au sein du microbiote souterrain du canola et sur l’écologie microbienne théorique des plantes notamment en ce qui a trait à ses composantes invariantes telles que le core microbiote et les taxons clef de voûte. Des études en conditions contrôlées sont nécessaires pour vérifier la capacité des microbes clef de voute rapportés ici à influencer les communautés microbiennes du sol et les plantes qui y vivent. / Plants and soil microbes are closely linked. Plants provides myriads of ecological niches in and on its roots for microbes to thrive. In turn, microbes can protect host plants against pathogen attacks, abiotic stresses, and improve nutrient and water availability. In the distant soil, plant produce volatile compounds shaping microbial communities, with feedback on root-associated communities. The more diversity there is in the plant cover, the higher the diversity of soil microorganisms will be and conversely, the more diverse a soil will be in terms of microbes, the more de plants that grow there trend to be in good health. Certain plants can develop specific relationships with certain microbes improving the fitness of the plant. However, a plant can grow in different environments and soils are diverse, thus plant will have to adapt to the different microbes depending on the environment it is growing in while attracting the ones necessary for its growth. Certain microbes could be so important for a plant’s health and development that they are always associated with the plant. Such important microbes form a theoretical group called core microbiota that could be extremely important for plant health and a determinant of the composition of plant-associated microbial communities. The plant subterranean microbiota is often labelled as a “black box” due to the tremendous diversity and interactivity of the microbial communities plants host. In my thesis research I aimed to “crack the black box” a little further to enhance our understanding of plant subterranean microbial community dynamics and structure. To do so, I used a field experiment established in 2008 by Agriculture and Agri-Food Canada (AAFC) at five different sites in the Canadian Prairies under different crop rotations and canola as model plant. Canola (B. napus) is a crop plants of the Brassicaceae family that produces antimicrobial compounds and has “simpler” microbial community in its roots, and rhizosphere. To do so, I used amplicon sequencing, multivariate analysis, and network analysis. My objectives were i) to verify the impacts of plant cover diversification on canola microbial subterranean community, ii) to verify if a core microbiota of fungi and bacteria could exist in canola rhizosphere and bulk soil and if so, to describe this core, iii) to identify keystone bacteria and fungi, i.e. highly interacting components, in the bacterial and fungal communities associated with canola, and finally, iv) to investigate the persistence of arbuscular mycorrhizal fungi in the rhizosphere and bulk soil of canola, a non-host plant, in canola-based cropping systems. I found that the diversification of cropping systems influenced the structure of the fungal communities of canola rhizosphere and bulk soil, but diversification had no significant influence on bacterial community structure. A fungal core microbiota varying through years was found in canola rhizosphere, but no bacterial core-microbiota was found. However, we were able to identify a core-specie. Interactions among the fungal and bacterial microbiota in canola rhizosphere and bulk soil were found and Bradyrhizobium was among several potentially important keystone taxa. My results also show the maintenance of arbuscular mycorrhizal fungi in canola even after 10 years of monoculture despite this plant is not a host for AMF. Overall, my PhD research brings a new level of knowledge on the microbial structure and dynamics of canola subterranean microbiota, and also on the theoretical ecology of plant microbiota, particularly regarding its invariable components such as core microbiota and hub-taxa. Further investigations are needed to better understand how keystone species and core species influence the plants and their microbiome.