Il s’agit de l’étude des successions écologiques du phytoplancton dans la lagune de Ghar El Melh au niveau de 5 stations pendant (i) un suivi bimensuel allant du janvier 2011 à janvier 2012 et (ii) un suivi saisonnier à partir du novembre 2012 à mars 2013. L’étude écologique a été consacrée au microphytoplancton en relation avec les facteurs abiotiques (température, salinité et nutriments) et biotiques (microalgues épiphytes, kystes des dinoflagellés, ultraplancton et ciliés). L’analyse hydrologique du milieu a montré une variation principalement saisonnière de la plupart des paramètres avec des valeurs élevées de la température et de la salinité en été et des concentrations exceptionnelles des nutriments en automne et en hiver. Le phytoplancton de la lagune de Ghar El Melh a été principalement dominé par les dinoflagellés et les diatomées avec une manifestation alarmante des espèces nuisibles atteignant plus que 70 % du peuplement. Ces proliférations ont été remarquées durant toute l’année avec une manifestation plus marquante dans les régions internes de la lagune ce qui est principalement tributaire à la température de l’eau, l’azote total, le nitrogène et l’orthophosphate. Une importante contribution des espèces épiphytes au phytoplancton a été signalée notamment celle du dinoflagellé toxique Prorocentrum lima. L’inventaire spécifique du phytoplancton dominé par l’espèce Prorocentrum micans (> 28 %) et d’autres espèces ne produisant pas de kyste a été en concordance avec les faibles valeurs enregistrées pour les kystes de dinoflagellés dans le sédiment où le maximum enregistré a été de l’ordre de 229 kystes g-1. Une part importante de l’ultraplancton a été représentée par le nanophytoplancton et les hétérotrophes procaryotes, dépassant largement les concentrations microphytoplanctoniques, ce qui est un indice de l’eutrophisation du milieu. Des corrélations hautement significatives ont été trouvées entre le microphytoplancton et les organismes microzooplanctoniques évoquant un probable rôle de ces derniers dans le contrôle des proliférations microalguales nuisibles. / We explored the distribution of the microphytoplankton community in relation to both abiotic (temperature, salinity and nutrients) and biotic factors (epiphytes microalgae, dinoflagellate cysts, ultraplankton and ciliates) in Ghar al Melh Lagoon at 5 stations during (i) a biweekly sampling from January 2011 to January 2012 and (ii) a seasonal sampling from november 2012 to march 2013. The results pointed out a seasonal variation of all parameters with high water temperature and salinity in summer and exceptional concentrations of nutrients in autumn and winter. Microphytoplankton was mainly dominated by dinoflagellates and diatoms with sequences of harmful species proliferation attaining more than 70 % of total phytoplankton. These sporadic proliferations occurred throughout the year with exacerbation in the inner parts of the lagoon mainly related to temperature and total nitrogen, nitrogen and orthophosphate. An important contribution of epiphytic species to phytoplankton abundance was recorded with especially the presence of the toxic dinoflagellate Prorocentrum lima. Microphytoplankton was dominated by Prorocentrum micans (> 28 %) and other non-cyst former species consistent with the low dinoflagellate cysts found at sediment surface (maximum = 229 cysts g-1 DS). Urtraplankton was chiefly represented by nanophytoplankton and heterotrophic prokaryotes, with low microphytoplanktonic abundance. This indicates that the lagoon is undergoing eutrophication. Significant correlations were reported between phytoplankton and microzooplankton suggesting a potential role of the former in controlling harmful microalgae proliferations.

La Mer intracontinentale endoréique de l'Aral, éloignée de toute influence océanique, constitue en Asie Centrale une excellente archive sédimentaire pour des études paléoclimatiques à haute résolution. Nous avons effectué une analyse palynologique, sédimentologique et géochimique sur des carottages sédimentaires effectués dans la Baie de Chernyshov, située au nord-ouest de l'actuelle Grande Mer d'Aral. La séquence sédimentaire la plus complète mesure 11 m et représente les 2000 dernières années de l'Holocène terminal.<br /><br />L'étude palynologique, conduite conjointement sur des assemblages de kystes de dinoflagellés et de grains de pollen, a mis en évidence de profonds changements environnementaux en Mer d'Aral, ainsi que dans le bassin Aralien. Les variations d'assemblages de kystes de dinoflagellés (diversité, distribution des espèces) ont permis d'établir la séquence des variations de salinité et du niveau du lac au cours des 2000 dernières années (Chapitre III). En raison de l'étroite dépendence de l'hydrologie de la Mer d'Aral aux apports fluviaux de l'Amu Darya et de la Syr Darya, les variations de niveau du lac sont étroitement liées à l'apport d'eaux résultant de la fonte des neiges en altitude au printemps. Or, l'amplitude de ces apports étant principalement contrôlée par les variations de température printanières dans les massifs du Tien Shan et du Pamir au cours de la fonte, les variations de salinité et de niveau de la Mer d'Aral traduisent essentiellement des fluctuations de température dans le bassin versant au cours des 2000 dernières années. Ainsi, les assemblages de kystes de dinoflagellés caractérisent des épisodes de bas niveau de la Mer d'Aral accompagnés d'une forte augmentation de la salinité au cours des périodes 0–425, 900–1230, 1500, 1600–1650 et 1800 après J.C., ainsi qu'après les années 1960. Inversement, un retour vers des conditions de faible salinité associées à une hausse du niveau du lac est documenté pour les périodes intermédiaires. Par ailleurs, la présence de kystes de dinoflagellés remaniés des dépôts Paléogène et Néogène alentours caractérise des évènements de désagrégation intense des berges lors d'une hausse significative des précipitations sur le bassin Aralien, notamment au cours de la période 1230–1450 après J.C. Nous proposons que les changements environnementaux enregistrés sont principalement liés à des changements climatiques mais qu'ils ont également pu être amplifiés par l'homme lors de conditions extrêmes, via une irrigation non-maîtrisée et/ou des conflits militaires (Chapitre VI). En outre, les variations de salinité montrent de fortes similitudes avec celles de l'activité solaire au cours du dernier millénaire, notamment pour les périodes 1000–1300, 1450–1550 et 1600–1700 après J.C. où les périodes de bas niveau du lac correspondent à une activité solaire accrue, suggérant qu'une augmentation du bilan radiatif ait renforcé les régressions de la Mer d'Aral dans le passé. <br /><br />Parallèlement, le contenu du sédiment en grains de pollen a été analysé afin de mettre en évidence des changements environnementaux, et notamment des variations d'humidité dans le bassin Aralien au cours des 2000 dernières années (Chapitre IV). Une reconstruction quantitative à haute résolution du taux de précipitation (moyenne annuelle) et des températures (moyenne annuelle, mois le plus froid versus le plus chaud) a été réalisée à l'aide de la méthode dite de “probabilité des sphères climatiques mutuelles”, permettant d'obtenir la séquence chronologique des changements climatiques en Asie Centrale. Un climat froid et aride domine au cours des périodes 0–400, 900–1150 et 1500–1650 après J.C., caractérisé par l'extension d'une végétation de type désertique avec des éléments de steppe. En revanche, un climat plus chaud et moins sec apparaît au cours des périodes 400–900 et 1150–1450 après J.C., caractérisé par une végétation steppique enrichie en plantes exigeant des conditions d'humidité plus élevées. Les variations de précipitation enregistrées dans le bassin Aralien au cours des 2000 dernières années sont principalement contrôlées par le système cyclonique de la Méditerranée Orientale qui fournit l'humidité nécessaire au Moyen Orient et en Asie Centrale à la transition hiver–printemps. Ce système cyclonique étant étroitement lié aux modulations de pression régulées par l'Oscillation de l'Atlantique Nord (NAO), une relation entre humidité en Asie Centrale et le NAO en phase négative est proposée.<br /><br />Enfin, les sédiments laminés des carottages étudiés ont enregistré des changements marqués de la sédimentation au cours de l'Holocène terminal qui révèlent des bouleversements importants de la dynamique d'apports du matériel sédimentaire (Chapitre V). En Asie Centrale, la fréquence des tempêtes de poussières s'intensifie au printemps lorsque le continent se réchauffe, et est ainsi principalement contrôlée par l'intensité et la position de l'anticyclone Sibérien sur le continent. Une analyse semi-quantitative du contenu du sédiment en Titanium, révélateur fiable d'apports détritiques d'origine éolienne, a permis d'établir la séquence chronologique des variations de la dynamique éolienne en Asie Centrale au cours des 1500 dernières années, représentant aussi la plus longue reconstruction dans le temps de l'intensité de l'anticyclone Sibérien établie jusqu'ici. Ainsi, une intensification de la dynamique éolienne est documentée pour les périodes 450–700, 1210–1265, 1350–1750 et 1800–1975 après J.C. En revanche, de faibles concentrations en Titanium (1750–1800 ; 1980–1985 après J.C.) caractérisent une réduction significative de l'intensité de l'anticyclone Sibérien et une circulation atmosphérique plus stable. Au cours des périodes 1180–1210 et 1265–1310 après J.C., une profonde modification de la circulation atmosphérique s'installe en Asie Centrale. En Mer d'Aral, elle se caractérise par une réduction considérable des apports détritiques éoliens.<br /><br />En définitive, si l'ensemble des intéractions entre différents systèmes climatiques ont contrôlé les changements environnementaux en Asie Centrale et modulé les variations climatiques au cours de l'Holocène terminal, il est probable que les variations de l'activité solaire aient eu un impact notable sur l'évolution du bilan hydrique de la Mer d'Aral au cours des 1000 dernières années (Chapitre VI).

Les dinoflagellés sont un groupe très varié d’eucaryotes unicellulaires principalement retrouvés en milieu marin où ils ont un rôle écologique majeur dans la production primaire des océans et dans la formation des récifs coralliens. Ils sont aussi responsables de phénomènes néfastes comme les marées rouges et la production de toxines qui contaminent les crustacées et les poissons lorsque les conditions sont propices à leur multiplication rapide. Ces organismes possèdent des caractéristiques moléculaires uniques chez les eucaryotes, particulièrement en ce qui a trait au noyau. Le génome des dinoflagellés s’y retrouve condensé sous forme de cristal liquide stabilisé par des cations métalliques plutôt que sous forme de nucléosomes organisés par des histones. Cette forme condensée persiste tout au long du cycle cellulaire et limite la transcription des gènes à des boucles d’ADN qui se retrouvent à la périphérie des chromosomes. Ces caractéristiques inhabituelles, jumelées à une taille souvent imposante de leur génome, ont grandement limité l’étude des mécanismes moléculaires de base comme la régulation de la transcription. Afin de mieux caractériser ce processus chez ces organismes, le dinoflagellé Lingulodinium polyedrum, qui est étudié majoritairement pour ses multiples rythmes circadiens, a été utilisé. Tout d’abord, le séquençage à haut-débit a été utilisé afin de caractériser le transcriptome complet de l’organisme à quatre temps différents au cours d’une journée. De façon surprenante, ce séquençage a montré que très peu des transcrits varient entre les temps et que ces variations sont de faible amplitude, ce qui contraste fortement avec les résultats obtenus chez d’autres groupes d’organismes. Une inhibition pharmacologique de la transcription a aussi été effectuée et montre que les rythmes de photosynthèse et de bioluminescence continuent d’osciller de façon circadienne en absence de transcription. Ces résultats suggèrent que le modèle traditionnel de génération des rythmes circadiens par des boucles de rétroaction transcription/traduction est probablement absent chez Lingulodinium. La deuxième approche consiste en la caractérisation de deux protéines à domaine cold-shock (CSD), un domaine d’origine bactérienne qui est fortement surreprésenté chez les dinoflagellés et annoté comme potentiel facteur de transcription. Ces deux protéines ont une préférence pour la liaison de l’ADN simple brin versus l’ADN double brin tout en étant ii capable de lier de l’ARN. Par ailleurs, ces liaisons aux acides nucléiques ne sont pas spécifiques à une séquence particulière. L’analyse de leur abondance après un passage prolongé en condition froide n’a pas permis de déceler une augmentation importante de l’abondance des deux protéines et celles-ci sont également incapable de complémenter un quadruple mutant des protéines cold-shock chez E. coli. Ces données suggèrent que les CSDs des dinoflagellés ne sont probablement pas des facteurs de transcription séquence-spécifique et qu’ils ont également une fonction différente des protéines bactériennes. La troisième approche consiste en la réticulation in vivo des protéines interagissant avec la chromatine. Après réticulation, la chromatine a été purifiée et les protéines associées à ceux-ci ont été extraites et identifiées par spectrométrie de masse. Parmi les protéines identifiées, il y a un nombre réduit de protéines de liaison à l’ADN en comparaison avec des données similaires chez les animaux. Des peptides provenant d’une histone H4 ont aussi été identifiés, ce qui consiste en une des premières identifications de ce type de protéine chez les dinoflagellés. Plusieurs protéines de liaison à l’ARN ont été identifiées et pourraient permettre de réguler diverses étapes de la biologie des ARNm et ainsi moduler la traduction. Quelques protéines reliées au contrôle du cycle cellulaire et à la réparation de l’ADN ont aussi été identifiées. Mises ensemble, ces trois approches permettent de suggérer que la régulation de la transcription et de l’abondance des ARNm semblent avoir une importance moindre chez les dinoflagellés que chez les autres eucaryotes. / Dinoflagellates are a diverse group of unicellular eukaryotes found in marine habitat where they have a major role in the primary production of the ocean and in the formation of coral reefs. They are also responsible for some of the harmful algal blooms whose toxin production can contaminate crustacean and fish. Dinoflagellates possess unique molecular characteristics in eukaryotes, especially for their nucleus. For example, their genome is found in a permanently condensed liquid crystalline state stabilized by metallic cations instead of the nucleosome organized by histones. This condensed form persists throughout the cell cycle and limits transcription to DNA loops localized at the periphery of the chromosomes. These unusual characteristics, coupled with a generally large genome size, have greatly limited the study of basic molecular mechanisms such as transcription regulation. In order to better characterize this process for the dinoflagellates, I used Lingulodinium polyedrum, a dinoflagellate studied extensively for its circadian rhythms. As a first approach, high-throughput sequencing was used to characterize the complete transcriptome of the organism at four different times throughout the day. Surprisingly, this sequencing revealed that an extremely low number of transcripts vary in abundance between time points and that those variations are of low amplitude, a result in stark contrast with what has been observed in other organisms. A pharmacological inhibition of transcription was also done and shows that bioluminescence and photosynthesis rhythms persist in absence of transcription, suggesting that the classical transcription/translation feedback loop used to generate rhythmic timing in eukaryotes is probably absent in Lingulodinium. The second approach was the characterization of two proteins with a cold-shock domain (CSD), a type of domain strongly overrepresented in dinoflagellates and predicted to be a potential transcription factor. Those two proteins showed a preferential binding to single stranded DNA versus double stranded DNA while also being able to bind RNA, and were not specific to a particular sequence. Protein abundance analysis after a prolonged cold shock did not yield a massive increase in the abundance of those two proteins, as seen in E. coli. Furthermore, neither protein was able to complement a quadruple cold shock protein (CSP) mutant in E. coli. Data gathered here suggest that CSD proteins in dinoflagellates are probably iv not sequence-specific transcription factors and may also have a function different from bacterial CSP. The third approach consisted of the in vivo cross-linking of chromatin-interacting proteins. After cross-linking, the chromatin was purified and the proteins associated with it extracted and identified by mass spectrometry. Of the identified proteins, few DNA binding proteins were found, unlike similar studies done in animals. Peptides derived from a histone H4 were discovered, one of the first instances of histone identification in dinoflagellates. Multiple proteins able to bind RNA have been identified and could be used to regulate multiple steps of RNA biology and therefore modulate RNA translation. Some proteins related to cell cycle control and DNA repair were also identified. Taken together, these three approaches support the view that the transcriptional regulation and control over mRNAs abundance seem to have a lower importance in dinoflagellate than in other eukaryotes.