Les métaux lourds (ML) s’accumulent de plus en plus dans les sols à l’échelle mondiale, d’une part à cause des engrais minéraux et divers produits chimiques utilisés en agriculture intensive, et d’autre part à cause des activités industrielles. Toutes ces activités génèrent des déchets toxiques qui s’accumulent dans l’environnement. Les ML ne sont pas biodégradables et leur accumulation cause donc des problèmes de toxicité des sols et affecte la biodiversité des microorganismes qui y vivent. La fertilisation en azote (N) est une pratique courante en agriculture à grande échelle qui permet d’augmenter la fertilité des sols et la productivité des cultures. Cependant, son utilisation à long terme cause plusieurs effets néfastes pour l'environnement. Par exemple, elle augmente la quantité des ML dans les sols, les nappes phréatiques et les plantes. En outre, ces effets néfastes réduisent et changent considérablement la biodiversité des écosystèmes terrestres. La structure des communautés des champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA) a été étudiée dans des sols contaminés par des ML issus de la fertilisation à long terme en N. Le rôle des différentes espèces de CMA dans l'absorption et la séquestration des ML a été aussi investigué. Dans une première expérience, la structure des communautés de CMA a été analysée à partir d’échantillons de sols de sites contaminés par des ML et de sites témoins non-contaminés. Nous avons constaté que la diversité des CMA indigènes a été plus faible dans les sols et les racines des plantes récoltées à partir de sites contaminés par rapport aux sites noncontaminés. Nous avons également constaté que la structure de la communauté d'AMF a été modifiée par la présence des ML dans les sols. Certains ribotypes des CMA ont été plus souvent associés aux sites contaminés, alors que d’autres ribotypes ont été associés aux sites non-contaminés. Cependant, certains ribotypes ont été observés aussi bien dans les sols pollués que non-pollués. Dans une deuxième expérience, les effets de la fertilisation organique et minérale (N) sur les différentes structures des communautés des CMA ont été étudiés. La variation de la structure de la communauté de CMA colonisant les racines a été analysée en fonction du type de fertilisation. Certains ribotypes de CMA étaient associés à la fertilisation organique et d'autres à la fertilisation minérale. En revanche, la fertilisation minérale a réduit le nombre de ribotypes de CMA alors que la fertilisation organique l’a augmenté. Dans cette expérience, j’ai démontré que le changement de structure des communautés de CMA colonisant des racines a eu un effet significatif sur la productivité des plantes. Dans une troisième expérience, le rôle de deux espèces de CMA (Glomus irregulare et G. mosseae) dans l'absorption du cadmium (Cd) par des plants de tournesol cultivés dans des sols amendés avec trois niveaux différents de Cd a été évalué. J’ai démontré que les deux espèces de CMA affectent différemment l’absorption ou la séquestration de ce ML par les plants de tournesol. Cette expérience a permis de mieux comprendre le rôle potentiel des CMA dans l'absorption des ML selon la concentration de cadmium dans le sol et les espèces de CMA. Mes recherches de doctorat démontrent donc que la fertilisation en N affecte la structure des communautés des CMA dans les racines et le sol. Le changement de structure de la communauté de CMA colonisant les racines affecte de manière significative la productivité des plantes. J’ai aussi démontré que, sous nos conditions expériemntales, l’espèce de CMA G. irregulare a été observée dans tous les sites (pollués et non-pollués), tandis que le G. mosseae n’a été observé en abondance que dans les sites contaminés. Par conséquent, j’ai étudié le rôle de ces deux espèces (G. irregulare et G. mosseae) dans l'absorption du Cd par le tournesol cultivé dans des sols amendés avec trois différents niveaux de Cd en serre. Les résultats indiquent que les espèces de CMA ont un potentiel différent pour atténuer la toxicité des ML dans les plantes hôtes, selon le niveau de concentration en Cd. En conclusion, mes travaux suggèrent que le G. irregulare est une espèce potentiellement importante pour la phytoextration du Cd, alors que le G. mosseae pourrait être une espèce appropriée pour phytostabilisation du Cd et du Zn. / Trace metals (TM) are continually world-wide added to soils through the intensive use of mineral fertilizers and agriculture chemicals, together with industrial and other activities generating toxic wastes. Problems associated with metal-contaminated soil exists because TM are not biodegradable. TM that accumulate in soils affect the biodiversity of soil microorganisms. Nitrogen (N) fertilization is a widespread practice to increase soil fertility and crop production. However, the long-term use of N fertilization causes many detrimental effects in the environment. The intensive use of N fertilization increase TM input in soils, and in extreme cases, N fertilization result in TM pollution of the surrounding soil and water and increase TM concentration in plant tissues. In addition, the long-term use of N fertilizers changes and declines the biodiversity of above and underground ecosystems. The community structure of arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) was investigated in TM contaminated and long-term N fertilized soils. In addition, the role of different AMF species in TM uptake or sequestration was investigated. In the first experiment, AMF community structure was analyzed from non-contaminated and TM contaminated sites. We found the diversity of native AMF was lower in soils and plant roots harvested from TM polluted soils than from unpolluted soils. We also found that the community structure of AMF was modified by TM contamination. Some AMF ribotypes were more often associated with TM contaminated sites, other ribotypes with uncontaminated sites, while still other ribotypes were found both in polluted and unpolluted soils. In the second experiment, the effect of different organic and mineral N fertilization on AMF community structure was investigated. Variation in root-colonizing AMF community structure was observed in both organic and mineral fertilization. Some AMF ribotypes were more affiliated to organic fertilization and other to mineral fertilization. In addition, mineral fertilization reduced AMF ribotypes number while organic fertilization increased AMF ribotypes number. In this experiment, it was demonstrated that change in root-colonizing AMF community structure had a significant effect on plant productivity. In the third experiment, the role of different AMF species (G. irregulare and G. mosseae) in TM uptake by sunflower plants grown in soil amended with three different Cd levels was evaluated. It was demonstrated that AMF species differentially affected TM uptake or sequestration by sunflower plants. This experiment supported a different effect of AMF in TM uptake based on Cd concentration in soil and the AMF species involved. Our research demonstrated that TM and N fertilization affected and shifted AMF community structure within roots and soils. It was shown that change in root-colonizing AMF community structure significantly affected plant productivity. In this study, it was showed that the AMF species G. irregulare was recorded in all uncontaminated sites while G. mosseae was the most abundant AMF species in TM contaminated sites. Therefore, the role of G. irregulare and G. mosseae in Cd uptake by sunflower plants grown in soils amended with three different Cd levels was investigated. The results indicated that AMF species mediate different mechanisms to alleviate TM toxicity in host plants, depending on AMF species and soil Cd level involved. We hypothesize that G. irregulare is a potentially important species for Cd phytoextration processes, while G. mosseae might be a suitable candidate for Cd and Zn phytostabilization processes.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Les champignons endophytes sont des organismes qui vivent à l’intérieur de plantes sans causer de symptômes de maladie apparents. Ils sont trouvés dans virtuellement toutes plante, et la nature des interactions peut aller de mutualiste à pathogène dépendant des conditions. La diversité et la structure des communautés des champignons endophytes dans les plantes poussant en milieu extrêmement pollué, ainsi que leur rôle potentiel pour améliorer la phytorémédiation, demeurent peu compris. Dans cette étude, nous nous sommes intéressés aux communautés de champignons endophytes de racines de deux espèces de plantes (Eleocharis erythropoda et Populus sp.). Ces espèces poussaient de manière spontanée dans trois bassins de sédimentation d’un ancienne usine pétro-chimique ayant des niveaux de contaminations différents, en utilisant à la fois une approche d’isolation d’organisme ainsi que des analyses de pyroséquençage de l’ITS d’ADN ribosomal. Nos résultats indiquent que les niveaux de contamination ont un effet significatif sur la composition taxonomique des champignons endophytes des racines de E. erythropoda. Une majorité des données de séquences appartiennent à la classe des Dothideomycetes dans les échantillons de forte concentration en hydrocarbures pétroliers, dont une majorité appartient au genre Alternaria. La comparaison des données d’isolation et de pyroséquençage suggère que l’isolation de souches ne permet pas l’obtention des souches les plus représentées dans les données de pyroséquençage. Ces résultats pourront potentiellement aider à l’élaboration de stratégies pour améliorer la phytorémédiation en utilisant les champignons endophytes. / Endophytic fungi are organisms that live inside plant tissues without any apparent disease symptoms. They are found in virtually all plant species and their interactions can vary widely from mutualism to parasitism depending chiefly on environmental conditions and stresses. The diversity and community structure of fungal endophytes in extremely polluted sites and their role in phytoremediation remain largely unexplored. In this study we investigated the community structure of endophytic fungi in roots of two plant species (Eleocharis eryhtropoda and Populus sp.) growing spontaneously in three petroleum-contaminated sedimentation basins of a former petro-chemical plant with different contamination levels. We used both a culture-dependent method of strain isolation as well as a culture-independent method of pyrosequencing of ITS ribosomal DNA. Our results indicate that levels of contamination shape the taxonomic composition of endophytic fungi in E. erythropoda roots. A majority of the reads belonged to the Dothydeomycetes class in smaples from high petroleum-hydrocarbon levels, with the Alternaria genus accounting for the majority of these reads. In addition comparison between culture-dependent and -independent methods showed that strain isolation does not promote the most abundant species found in pyrosequencing. This could help to develop strategies for improving phytoremediation using fungal endophytes.

Les Penicilliums sont des champignons filamenteux appartenant au genre Ascomycota. Ces champignons ont été utilisés par l’homme pour la production de nourriture depuis des siècles. Plus récemment, ils ont aussi été utilisés dans l’industrie biotechnologique pour la production de composés chimiques d’intérêts pharmaceutiques. Certaines espèces de Penicillium sont par ailleurs des moisissures contaminants certains aliments, d’autres sont des pathogènes de plantes, y compris de certains fruits. Leur génomique est globalement peut connue. Dans cette étude, nous avons analysé les génomes de deux espèces nouvellement séquencées, Penicillium roqueforti et Penicillium camemberti. Nous reportons ici le développement d’une nouvelle méthodologie pour l’amélioration et la validation d’assemblage de génomes en utilisant une technologie permettant l’observation de molécules d’ADN unique, le Peignage Moléculaire. En utilisant cette méthode, nous avons amélioré l’assemblage de Penicillium roqueforti. Ce manuscrit décrit aussi de multiples occurrences d’un transfert horizontal d’un ilot génomique de plus de cinq cent kilobases entre plusieurs Penicillium. Ce cas de transfert horizontal indique une fréquence d’échange latéral de matériel génétique plus forte qu’attendue. Enfin nous présentons un inventaire préliminaire du potentiel génomique pour la production de métabolites secondaires dans ces importants Penicillium alimentaires. / Penicillium are filamentous fungi belonging to the Ascomycota genus. Penicillium species have been used by Man for centuries in food making processes. More recently they have also been used in the biotechnology industry for the production of compounds of pharmaceutical interest. Some Penicillium species are food spoilage agents, pathogens of plants including fruits. Aspects of their genomics are largely unknown. In this study, we analysed the genomes of two newly sequenced species, Penicillium roqueforti and Penicillium camemberti. Here we report the development of a new methodology for improving and validating genome assembly using an original single DNA molecule technology, Molecular Combing. Using this methodology we were able to produce a high quality genome assembly of Penicillium roqueforti. This work also reports the multiple and recurrent horizontal transfer of a large genomic island of over half a megabase between several Penicillium species. This horizontal transfer indicates a higher frequency of lateral genetic exchange between cheesemaking fungi than previously expected. Finally, we present an early assessment of the genomic potential for secondary metabolite production in these important food associated penicilliums.

La phytostabilisation est une méthode de gestion de sites pollués par des éléments traces métalliques (ETM) grâce à une approche verte. Les champignons mycorhiziens, associés aux racines, peuvent contribuer au potentiel de phytostabilisation des arbres en réduisant notamment le transfert des ETM vers les parties aériennes. Dans le cadre du projet BIOFILTREE, plusieurs approches sont mises en oeuvre afin de sélectionner des espèces fongiques performantes en phytostabilisation. Tout d'abord, afin de cibler des espèces d'intérêt, les communautés fongiques associées aux racines de divers clones de peupliers sur un site pollué sont analysées. Tous les peupliers sont colonisés par des champignons ecto-, endomycorhiziens et endophytes. Cependant, des spécificités d'hôtes sont observées parmi ces communautés, avec notamment un champignon majoritaire du genre Hebeloma qui ne s'associe pas avec tous les génotypes. Ensuite, plusieurs campagnes de prélèvements de champignons sur divers sites pollués ont permis d'isoler des souches particulièrement tolérantes aux ETM. De très fortes variations intra- et interspécifiques sont observées lors de ces tests. En parallèle, des approches ciblées de caractérisation fonctionnelle de gènes impliqués dans l'homéostasie au zinc sont mises en oeuvre chez Laccaria bicolor, un champignon ectomycorhizien modèle. L'homéostasie aux ETM est liée entre autres à l'activité des transporteurs des familles ZIP (Zrt-, Irt- related Protein) et CDF (Cation Diffusion Facilitator). L'étude des membres de ces deux familles a permis d'affiner la compréhension des mécanismes d'absorption et de séquestration des ETM dans les hyphes des champignons ectomycorhiziens / Phytostabilization is a gentle management option for sites polluted by trace elements (TE). Mycorrhizal fungi could assist plants in stabilizing pollutants by increasing the soil-prospected volume and by immobilizing MTE in their hyphae. Within the BIOFILTREE project, several approaches were used to select fungal strains that could be used for enhancing the phytostabilization process. Firstly, the mycorrhizal status of roots of three poplar clones from a TE-polluted site and the fungi associated with the roots were analyzed. The roots were colonized by endomycorrhizal, ectomycorrhizal, and endophytic fungi. Our data also revealed some specific trends, i.e. Hebeloma species was not associated with all poplar genotypes. Secondly, several fungal strains were isolated from polluted sites and their in vitro tolerance to TE was tested. There was a strong inter- and intra-specific variation in metal tolerance. In a greenhouse study, two poplar clones were inoculated with an endomycorrhizal inoculum and grown on a TE-polluted soil. A slight modification in TE accumulation in shoots was observed. In parallel, the role of ZIP (Zrt-Irt- like Proteins) and CDF (Cation Diffusion Facilitator) proteins in TE homeostasis/tolerance was also studied in the ectomycorrhizal model fungus Laccaria bicolor. The corresponding proteins were functionally characterized by the use of different approaches (yeast complementation, GFP-chimeric proteins, transcript analyses, cell metal content analyses). This study allowed us to better understand the mechanisms underlying zinc uptake and compartmentation in the hyphae of this fungus

Cette étude a pour objectif la mise en évidence, chez les basidiomycetes du genre Pycnoporus, de nouvelles oxydo-réductases impliquées dasn la dégradation de la biomasse végétale: de l'expression des gènes aux applications biotechnologiques. Les champs d'application visés concernent essentiellement le domaine de la chimie verte, dans le cadre du projet européen BIORENEW. Le travail s'est articulé autour de trois axes principaux. Le premier a concerné l'exploration de la biodiversité naturelle en particulier tropicale, pour la sélection de souches productrices de nouvelles laccases de haut potentiel d'oxydo-réduction. Le gène codant pour la laccase Lac1 chez Pycnoporus a été utilisé comme marqueur moléculaire d'identification et de relation phylogénie-fonction, mettant en évidence une distribution des souches fortement corrélée avec leur écozone. Le deuxième axe a porté sur l'isolement de trois nouvelles laccases issues de P.sanguineus et P. coccineus qui exhibent des caractéristiques biochimiques complémentaires: haute thermostabilité, résistance aux solvants, au pH, constantes catalytiques et potentiels rédox élevés. Ces enzymes constituent de bons modèles pour des applications en biotechnologies blanches:décoloration de colorants polyphénoliques, oxydation de composés modèles de type lignine non-phénolique, oligomérisation de flavonoides naturels adaptés aux applications cosmétiques et pharmaceutiques. Enfin, dans le cadre de l'annotation du génome des souches monocaryotiques P. cinnabarinus BRFM 137 et P; sanguineus BRFM 1264, dont le séquençage a été réalisé par notre Unité, un regard tout à fait nouveau est porté sur le système lignolytique du genre Pycnoporus, longtemps décrit comme produisant que de la laccase comme enzyme du système lignolytique. Pour la première fois, nous avons montré la présence de gènes codant pour tout l'arsenal enzymatique de dégradation des lignines, c'est à dire plusieurs laccases mais surtout de nombreuses peroxydases et des enzymes auxilliaires génératrices d'H2O2 comme les glyoxal oxydases. Ces nouvelles enzymes ont été caractérisées in silico. Pour la première fois également, la sécrétion effective de peroxydases, de glyoxal oxydases et d'autres FOLymes dans nos conditions de culture a également pu être démontrée par analyse protéomique. / The purpose of this work was to prospect, in the genus Pycnoporus, for new oxido-reductases involved in the degradation of lignocellulosic biomass: from gene expression to biotechnological applications. This research was conducted in the framework of green chemistry applications according to BIORENEW European Project. The study was divided in three main research axes. Firstly, the exploration of natural biodiversity, especially tropical biodiversity, for the selection of new high redox potential-laccase producing strains. These strains were repositionned in a context of phylogenomic/function through the lac1 gene. Molecular clustering based on lac1 sequences enabled the distribution of P. sanguineus and P. coccineus through four distinct, well supported clades and subclades. This distribution was highly correlated with ecozones. The second part of the work deals with the biochemical and molecular characterization of three novel laccases from P. coccineus and P. sanguineus, and their applicability on natural or model phenolic substrates. The three laccases showed complementary biochemical features: high thermo- and pH stability, high catalytic efficiency and resistance to organic solvents. The three novel laccases proved to be suitable models for white biotechnology processes: polyphenolic dye decolourization, non-phenolic lignin model compound oxidation, and synthesis of new oligomers from natural flavonoids suitable for cosmetic or pharmaceutical applications. Finally, annotation of genomic data from the monocaryotic strains P. cinnabarinus BRFM 137 and P. sanguineus BRFM 1264 (genomes sequenced by the UMR1163 BCF ) was performed for lignolytic enzymes. For the first time, new oxidases (peroxidases, glyoxal oxidases and other FOLymes) were evidenced in Pycnoporus and in silico characterized. Moreover, the active secretion of several of these enzymes has been demonstrated in our culture conditions by 1D-proteomic analysis

L'objectif principal de cette thèse est de déterminer le rôle des communautés microbiennes dans les émissions de N2O du sol, et plus précisément de définir dans quelle mesure les champignons sont impliqués. Par conséquent, leur structure communautaire à l'échelle micro, leur comportement dans la réduction de l'azote et la production de N2O, et leur interaction avec les communautés microbiennes impliquées dans le cycle de l'azote en tant que décomposeurs de matière organique dans le sol ont été étudiés. L'analyse des fractions de sol du parc Rothamsted a montré que les communautés fongiques changent au sein de fractions isolées, contrairement aux communautés bactériennes. De plus, des potentiels de nitrification, de dénitrification et de réduction de N2O ont été détectés dans toutes les fractions et se sont révélés liés à la chimie du carbone et de l'azote. Des expériences quantifiant la production de NO et N2O à partir de nitrite sur 24 souches de champignons de culture pure ont montré que les espèces de Fusarium sont de véritables producteurs de N2O parmi les champignons. Le suivit de NO a révélé que le milieu de nitrite est instable dans des conditions anoxiques et produit du NO abiotiquement, ce qui implique que des souches produisant du N2O à de faibles taux détoxifient ce NO plutôt que de le respirer, comme précédemment supposé. L’absence d’un nirK - p450nor dans la plupart des champignons a étayé cette hypothèse. Les relations interspécifiques entre champignons et bactéries ont été étudiées après l'addition de matière organique. Différentes modifications organiques ont déclenché des réponses distinctes en termes d’activité bactérienne et fongique sein d'une même communauté de sol. Les signatures fonctionnelles identifiées dans cette étude corroborent notre hypothèse selon laquelle les champignons sont impliqués dans la production de N2O en influençant les bactéries impliquées dans le cycle N par des processus de dégradation de glucides. Les résultats de cette thèse fournissent une base pour explorer les relations interspécifiques dans le cycle biogéochimique de l’azote dans le sol et marque une étape vers l'intégration de tous les membres de la communauté dans la recherche sur les écosystèmes du sol. / The main objective of this thesis is to determine the role of microbial communities in N2O emissions from soil, and more specifically to define to what extent fungi are involved. Therefore, their community structure at the micro scale, their behavior in reducing nitrogen and producing N2O, and their impact on nitrogen cycling communities as decomposers in soil were investigated. Analysis of soil fractions of unmanaged, pristine Rothamsted Park Grass soil showed that fungal communities change within isolated fractions in contrast to bacterial communities. Also, nitrifying, denitrifying and N2O reducing potentials were detected in all fractions and found to be linked to carbon and nitrogen chemistry. Pure culture experiments on 24 fungal strains quantifying NO and N2O production from nitrite showed that Fusarium species are true N2O producers among fungi. Monitoring NO revealed that nitrite medium is unstable under anoxic conditions and produces NO abiotically, which implies that low N2O producing strains are actually detoxifying this NO rather than respiring it, as previously assumed. The lack of a nirK - p450nor in most fungi supported this hypothesis. Interspecies relationships between fungi and bacteria were studied following community development after organic matter addition. Different organic amendments triggered distinct responses of a soil community with respect to bacterial and fungal activity. Functional signatures identified in this study corroborated our hypothesis that fungi are involved in N2O production by influencing a N-cycling bacterial community via carbohydrate degradation processes. The results from this thesis provide a basis for exploring interspecies relationships in nitrogen cycling processes in soil and mark a step towards integrating all members of the community in soil ecosystem research.

Situé au sein de la plaine de la Bekaa au Liban, le fleuve du Litani est sujet à divers rejets agricoles, industriels, domestiques et urbain. Lors de l'irrigation des parcelles agricoles, les eaux du fleuve contaminent le sol et les cultures présentant ainsi un risque pour la santé de l'Homme et l’environnement. Parmi les méthodes de remédiation émergentes et en adéquation avec le développement durable figure la phytoremédiation assistée par les champignons mycorhiziens arbusculaires (CMA). Cependant, la rentabilité de ce mode de gestion constitue l'un des principaux freins à son développement et la valorisation de produits biosourcés, à hautes valeurs ajoutées, issus de la biomasse végétale produite sur ces sols contaminés permettrait d'abaisser les coûts globaux de gestion et de requalification de ces sols pollués. Parmi les filières de valorisation éco-innovantes, la culture de plantes à parfums aromatiques et médicinales (PPAM) productrices d'huiles essentielles (HE) à activités biologiques peut être suggérée comme une option prometteuse. Ainsi, l'objectif de ce travail de thèse a consisté tout d'abord à caractériser le sol d'une parcelle expérimentale située à Marj-Bekaa et directement irriguée par les eaux du Litani, puis à proposer un mode de gestion basé sur la production d'HE pouvant ainsi répondre aux attentes environnementales, économiques et sociales. Nos résultats montrent que la parcelle expérimentale, située à Marj-Bekaa et directement irriguée par les eaux du Litani, est principalement contaminée par des éléments traces métalliques [Ni (88 mg.Kgˉ ¹), Cr (122 mg.Kgˉ ¹), V (170 mg.Kgˉ ¹) et Mn (551 mg.Kgˉ ¹) et des polluants organiques [les alcanes (2.5 g.Kgˉ ¹ du sol)]. Cette contamination est à l'origine d'une (1) cytotoxicité vis-à-vis des cellules pulmonaires et hépatiques mise en évidence grâce au dosage de deux activités enzymatiques, la lactate déshydorgénase et la déshydorgénase mithochondriale mais aussi d'une (2) écotoxicité révélée par la réduction (i) des taux de germination des graines (blé, trèfle, luzerne, ray-grass et fétuque), (ii) de la biomasse microbienne du sol [bactéries Gram-positive et Gram-négative, champignons mychoriziens à arbuscules (CMA), champignons saprotrophes et ectomycorhiziens], (iii) de l'abondance et de la diversité des spores de CMA et (iv) de la richesse et de la diversité végétales. Cependant, toutes les plantes indigènes étaient mycorhizées. C'est pourquoi, la faisabilité de la phytoremédiation assistée par les CMA du site expérimental de la Bekaa, a été testée à la fois en microcosmes et in situ en utilisant une plante aromatique productrice d'HE, l'origan (Origanum syriacum L.). Nos résultats ont montré que non seulement l'origan possède un potentiel de dissipation des alcanes mais en plus cette plante ne transfère pas ces polluants dans les HE extraites à partir de sa biomasse aérienne. Par ailleurs, il a été constaté que la mycorhization a une influence sur la composition des HE. En outre, notre étude a permis l'évaluation de diverses activités biologiques (antifongiques, antioxydante et anti-inflammatoire) d'une gamme d'HE extraites de différentes espèces végétales dont l'origan et ce en présence et en absence des cyclodextrines (HP-β-CD), oligosaccharides cycliques qui complexent les HE et augmentent leurs biodisponibilités. / Located in the Bekaa valley in Lebanon, The Litani River is exposed to agricultural, industrial, domestic and urban wastewaters. Through the irrigation of agricultural soils, the river's water contributes to soil and culture contamination and represents a risk for human health and environment. Amongst the emergent sustainable remediation methods, there is arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) assisted-phytoremediation. However, one of the limitation in using phytoremediation as depollution method is its socio-economic profitability. Among the eco-innovative valorization processes with high profitability, the cultivation of aromatic and medicinal plants producing essential oils (EO) with biological activities has been suggested as a promising option. Thus, this thesis work aims firstly at characterizing the soil of an experimental site located at Marj-Bekaa and directly irrigated by the Litani's water and secondly at proposing a mode of management of the contaminated soil based on the production of EO that can meet environmental, economic and social expectations. Our findings showed that the soil sampled in Marj-Bekaa is mainly contamined by metal trace elements [Ni (88 mg.Kgˉ ¹), Cr (122 mg.Kgˉ ¹), V (170 mg.Kgˉ ¹) and Mn (551 mg.Kgˉ ¹) and alkanes (2.5 g.Kgˉ ¹ of soil). This contamination is causing (i) cytotoxicity against both bronchial and hepatic human cells revealed by the evaluation of two enzyme activities, extracellular lactate dehydrogenase and mitochondrial dehydrogenase, as well as (2) ecotoxicity pointed out by the reduction of (i) seed germination (wheat, clover, alfalfa, ryegrass and tall fescue), (ii) soil microbial biomass [Gram-positive and Gram-negative bacteria, arbuscular mycorrhizal fungal (AMF), ectomycorrhizal and saprotrophic fungi], (iii) abundance and diversity of AMF spores as well as (iv) the plant diversity and richness. The AMF-assisted phytoremediation of the Bekaa experimental site was evaluated both in microcosms and in situ experiments using an aromatic plant producing EO, oregano (Origanum syriacum L.). Our results revealed that oregano plant possess an alkane's dissipation potential and no polluant transfer is detected in EO. Moreover, the mycorrhization modified the EO composition. On the over hand, our study evaluated several biological (antifungal, antioxidant and anti-inflammatory) activities of a range of EO extracted from many plant species including oregano, in the presence and the absence of cyclodextrines (HP-β-CD), cyclic oligosaccharides that encapsulate EO and enhance their bioavailabilities.

L'étude de l'écologie des micro-organismes est récente malgré son importance pratique et théorique intrinsèque mais également son rôle central dans la niche des macro-organismes. Les interactions plantes-champignons, de par leur importance socio-écologique et de leur diversité -- du mutualisme au parasitisme en passant par le commensalisme --, offrent un modèle judicieux pour étudier l'écologie des communautés de micro-organismes en interaction avec des macro-organismes. À l'aide de techniques de séquençage à haut débit (NGS) et d'analyse des réseaux, nous explorons certains déterminants de la structure des champignons des forêts corses à travers trois guildes : les champignons ectomycorhiziens, endophytiques et saprotrophes. Ce travail considère les processus de dispersion, les perturbations (feux et chablis), les facteurs environnementaux (par ex. la profondeur du sol) et les contraintes dérivées de l'interaction avec les hôtes (par ex. taxinomie). Les assemblages des communautés des différentes guildes présentent des patrons communs qui pourraient être issus de mécanismes identiques. Ainsi, l'ensemble des guildes étudiées présentent des variations fortes à l’échelle des micro-régions de Corse et entre forêts ayant des histoires de feux différentes. En revanche, l'importance des différents processus d'assemblage et les échelles spatiales auxquelles ils s'appliquent varient selon les guildes. Nous discutons des implications que suscitent ce travail pour les écologues des communautés et pour les gestionnaires d'espaces naturels. / Study of micro-organisms ecology arose recently despite its intrinsic importance -- both practical and theoretical --, but also despite its overriding role in the niches of macro-organisms. Plant-fungi interactions offer a relevant model to study the ecology of micro-organisms interacting with macro-organisms because of their considerable ecological and economical values in addition to their high taxonomic and ecological diversity. Using next-generation sequencing (NGS) and network analysis, we explore some drivers of fungal community composition in Corsica, at various scales and through three guilds: ectomycorrhizal, endophytic and saprotrophic fungi. We investigate the effect of disturbance (e.g. fire and treefall), environmental variables (e.g. soil depth), constraints due to the interacting plants (e.g. taxonomy) and dispersion on fungal communities. Some community assembly rules are similar across guilds. For instance, forests in different micro-regions of Corsica harbor dissimilar fungal communities. However relative importance of processes and the scales at which they occur vary across guilds. In Corsican pine forests, fifteen years after fire occurrence, soil fungal diversity is close to the level of diversity in unburnt stand. Despite the absence of effect on diversity, fire induces marked shifts in soil fungal community composition, in particular for soil saprobic fungi. We discuss the implication of this work for ecologists -- both plant and fungal ecologist -- and stakeholders.

Cette thèse a pour objectif de proposer de nouvelles méthodes permettant l'étude de l'évolution du métabolisme. Pour cela, nous avons choisi de nous pencher sur le problème de comparaison du métabolisme de centaines de micro-organismes.Afin de comparer le métabolisme de différentes espèces, il faut dans un premier temps connaître le métabolisme de chacune de ces espèces.Les protéomes des micro-organismes avec lesquels nous souhaitons travailler proviennent de différentes bases de données et ont été séquencés et annotés par différentes équipes, via différentes méthodes. L'annotation fonctionnelle peut donc être de qualité hétérogène. C'est pourquoi il est nécessaire d'effectuer une ré-annotation fonctionnelle standardisée des protéomes des organismes que nous souhaitons comparer.L'annotation de séquences protéiques peut être réalisée par le transfert d'annotations entre séquences orthologues. Il existe plus de 39 bases de données répertoriant des orthologues prédits par différentes méthodes. Il est connu que ces méthodes mènent à des prédictions en partie différentes. Afin de tenir compte des prédictions actuelles tout en ajoutant de l'information pertinente, nous avons développé la méta-approche MARIO. Celle-ci combine les intersections des résultats de plusieurs méthodes de détections de groupes d'orthologues et les enrichit grâce à l'utilisation de profils HMM. Nous montrons que notre méta-approche permet de prédire un plus grand nombre d'orthologues tout en améliorant la similarité de fonction des paires d'orthologues prédites. Cela nous a permis de prédire le répertoire enzymatique de 178 protéomes de micro-organismes (dont 174 champignons).Dans un second temps, nous analysons ces répertoires enzymatiques afin d'en apprendre plus sur l'évolution du métabolisme. Dans ce but, nous cherchons des combinaisons de présence/absence d'activités enzymatiques permettant de caractériser un groupe taxonomique donné. Ainsi, il devient possible de déduire si la création d'un groupe taxonomique particulier peut s'expliquer par (ou a induit) l'apparition de certaines spécificités au niveau de son métabolisme.Pour cela, nous avons appliqué des méthodes d'apprentissage supervisé interprétables (règles et arbres de décision) sur les profils enzymatiques. Nous utilisons comme attributs les activités enzymatiques, comme classe les groupes taxonomiques et comme exemples les champignons. Les résultats obtenus, cohérents avec nos connaissances actuelles sur ces organismes, montrent que l'application de méthodes d'apprentissage supervisé est efficace pour extraire de l'information des profils phylogénétiques. Le métabolisme conserve donc des traces de l'évolution des espèces.De plus, cette approche, dans le cas de prédiction de classifieurs présentant un faible nombre d'erreurs, peut permettre de mettre en évidence l'existence de probables transferts horizontaux. C'est le cas par exemple du transfert du gène codant pour l'EC:3.1.6.6 d'un ancêtre des pezizomycotina vers un ancêtre d'Ustilago maydis. / This thesis has for objective to propose new methods allowing the study of the evolution of the metabolism. For that purpose, we chose to deal with the problem of comparison of the metabolism of hundred microorganisms.To compare the metabolism of various species, it is necessary to know at first the metabolism of each of these species.We work with proteomes of the microorganisms coming from various databases and sequenced and annotated by various teams, via various methods. The functional annotation can thus be of heterogeneous quality. That is why it is necessary to make a standardized functional annotation of this proteomes.The annotation of protein sequences can be realized by the transfer of annotations between orthologs sequences. There are more than 39 databases listing orthologues predicted by various methods. It is known that these methods lead to partially different predictions. To take into account current predictions and also adding relevant information, we developed the meta approach MARIO. This one combines the intersections of the results of several methods of detection of groups of orthologs and add sequences to this groups by using HMM profiles. We show that our meta approach allows to predict a largest number of orthologs while improving the similarity of function of the pairs of predicted orthologs. It allowed us to predict the enzymatic directory of 178 proteomes of microorganisms (among which 174 fungi).Secondly, we analyze these enzymatic directories in order to analyse the evolution of the metabolism. In this purpose, we look for combinations of presence / absence of enzymatic activities allowing to characterize a taxonomic group. So, it becomes possible to deduct if the creation of a particular taxonomic group can give some explanation by (or led to) the appearance of specificities at the level of its metabolism.For that purpose, we applied interpretable machine learning methods (rulers and decision trees) to the enzymatic profiles. We use as attributes the enzymatic activities, as classes the taxonomic groups and as examples the fungi. The results, coherent with our current knowledge on these species, show that the application of methods of machine learning is effective to extract informations of the phylogenetic profiles. The metabolism thus keeps tracks of the evolution of the species.Furthermore, this approach, in the case of prediction of classifiers presenting a low number of errors, can allow to highlight the existence of likely horizontal transfers. It is the case for example of the transfer of the gene coding for the EC:3.1.6.6 of an ancestor of pezizomycotina towards an ancestor of Ustilago maydis.