Thesis (Dr. rer. nat.)--Universität Tübingen, 2004. / Includes bibliographical references. Available in PDF format via the World Wide Web.

O dinoflagelado unicelular marinho fotossintetizante Gonyaulax polyedra tem sido utilizado como modelo para o estudo de relógios biológicos. Neste organismo já foram descritos os ritmos de: migração vertical, divisão celular, atividade de superóxido dismutase e nitrato redutase, bioluminescência e capacidade fotossintética. Investigamos a variação circadiana dos pigmentos carotenóides e de RuBisCo II e PCP, as quais estão intimamente ligadas ao processo fotossintético. Experimentos de supressão de espécies reativas de oxigênio (EROs) por carotenóides foram preparados e mostraram que extratos de carotenóides de G. polyedra são capazes de suprimir o O2(1Δg) (oxigênio singlete) in vitro confirmando o importante papel destes no controle das EROs nestas algas. Os extratos metanólicos apresentaram vários pigmentos, tais como clorofila a, β-caroteno e peridinina em diferentes concentrações. A peridinina representa 80 % do total de carotenóides enquanto que o β-caroteno somente 4%. As análises dos cromatogramas de HPLC mostraram que a razão peridinina/clorofila a não varia ao longo de 24 h porém, por outro lado, o β-caroteno apresenta uma variação significativa na sua quantidade, com níveis duas vezes maiores no meio do dia em comparação com os níveis no meio da noite. Esta variação é conservada mesmo quando as células são mantidas em condições de luz constante. A curva de dose-resposta para a síntese de β-caroteno induzida pela luz mostra uma resposta linear com 45 minutos de exposição a luz branca. A indução é máxima quando utilizamos as células do meio período da noite (CT 18) que após esta exposição apresentam níveis de β-caroteno semelhantes as células do meio do dia. Esta alteração de fase no CT 18 sugere que este pigmento pode ser um dos compostos-captadores de luz envolvidos no mecanismo de ajuste de fase por luz em G. polyedra. Culturas de G. polyedra do meio da noite foram expostas à diferentes irradiações (azul, vermelha e verde) e os seus pigmentos extraídos e analisados. Em outra série de experimentos, as células foram mantidas durante o período de claro (12: 12 h) sob diferentes irradiações (vermelha, verde e azul) por 36 horas e os seus pigmentos analisados. Os resultados sugerem que a síntese foto-induzida e a oscilação circadiana do β-caroteno estão ligadas a um fotorreceptor de luz azul/ verde. Nas condições utilizadas não foram observadas variações significativas no conteúdo protéico da RuBisCo II e da PCP ao longo do dia. As análises de RNA total da RuBisCo II mostram que não há variação nos seus níveis quando as células são coletadas no meio do dia e no meio da noite. Quando expostas a condições adversas, G. polyedra apresenta a capacidade de encistar. Embora se conheça bem este mecanismo de defesa, existem poucas informações sobre o estado fisiológico destas células. Células encistadas induzidas por dias curtos apresentam uma alteração na composição de pigmentos com diminuição nas quantidades de β-caroteno e de clorofila a e aumento da quantidade de peridinina, indicando um rearranjo do aparato fotossintético nesta situação, com a peridinina desempenhando um papel mais estrutural. Em consequência, embora o conteúdo protéico de RuBisCo permaneça inalterado, os níveis protéicos de PCP se encontram diminuídos nas células encistadas. / Gonyaulax polyedra, a marine dinoflagellate which has been used as a model to study the biological clock, displays numerous circadian processes, such as bioluminescence, cell aggregation, cell division, superoxide dismutase and nitrate reductase activities and photosynthesis. In this alga, the photosynthesis is maximal in the middle of the day and minimal in the middle of the night. We investigated the pigments content and the amounts of two proteins related to the photosynthesis: ribulose- 1,5- bisphosphate carboxylase/ oxygenase form II (RuBisCo II) and peridinin: chlorophyll a: protein (PCP) in a 24 h cycle. Using the thermal decomposition of 1,4-dimethylnaphtalene endoperoxide, it was shown that the carotenoids could act as effective quenchers of synglet oxygen in G. polyedra. G. polyedra pigments were extracted every three hours over 24 hours. The amounts of peridinin and chlorophyll a remain constant over the day while the levels of β-carotene oscillate, being two times higher at the day than at the night phase. This variation persists when the cells were kept under constant dim light. The dose-response curve for light-induced β-carotene synthesis showed a linear response up to 45 minutes of light exposure, after which night-phase cells contained the same levels of β-carotene as day-phase cells. Cells exposed to light pulses at different times displays the highest β-carotene induction in the middle of the night. This may suggest that β-carotene may be one of the light-harvesting compounds involved in the light induced phase-shift in Gonyaulax polyedra. To identify which was the photoreceptor involved in β-carotene synthesis, cell of the middle of the night-phase (CT 18) were exposed for 45 minutes to different irradiations (red, blue and green) and their pigments extracted and analysed. Also, cells were grown under red, blue and green light during the light phase (12 h light: 12 h dark ) for 36 hours and their pigments analysed. The results suggested that the circadian oscillation and the photoinduced response synthesis of β-carotene, are related to a blue light receptor. The amounts of RuBisCo II and PCP do not change over the circadian cycle when the cultures were grown under constant dim light. The levels of these proteins also remain constant when cells were kept under ither white light or different light qualities (red, blue and green ) in light: dark (12: 12 h) regime. The G. polyedra RuBisCo form II transcrits levels are the same in middle-day and middle-night cells, suggesting a post-translational control for this enzyme in this organism. Adverse environmental conditions elicit the encystment of G. polyedra. Our results showed an alteration in pigment composition of cysts. An increase in peridinin levels and a decrease in β-carotene and chlorophyll a content were observed. Although RuBisCo form II protein levels remained constant, there was a reduction in the amounts of PCP in cysts. This suggests an important role in thylakoids structure stabilizer for free peridinin.

Les rejets des eaux de ballast dans le port de Bizerte et les fermes conchylicoles installées au niveau de la lagune de Bizerte peuvent constituer des sources potentielles ayant un impact sur l’introduction des espèces de Dinoflagellés nuisibles, en particulier celles qui sont potentiellement toxiques telles que A. pacificum, A.pseudogonyaulax, A.minutum, A. affine et Polysphaeridium zoharyi, sans pour autant négliger le rôle des courants dans la distribution des kystes. L’étude du trafic maritime sur les 7 années précédant notre prospection a révélé que 14 % de la flotte qui accoste au port de Bizerte est en provenance de la voie maritime d’origine Pacifique. Afin d’identifier les espèces de Dinoflagellés produisant des kystes à l’origine des efflorescences potentiellement toxiques, un échantillonnage à grande échelle spatiale au niveau des sédiments superficiels a été effectué pour relever les densités des kystes en fonction des caractéristiques sédimentaires à savoir la teneur en eau, la matière organique, la granulométrie, l’abondance des formes végétatives ainsi que les facteurs environnementaux. Cette étude a permis l’identification de 48 morphotypes de kystes de Dinoflagellés, principalement dominés par Brigantidinium simplex, Votadinum spinosum, Alexandrium pacificum, Alexandrium pseudogonyaulax, et Lingulodinum machaerophorum. La densité des kystes a varié de 1276 à 20126 kystes g-1 sédiment sec. Des différences significatives portant sur la distribution des kystes ont été enregistrées, ce qui nous a permis de faire la distinction de deux zones dans la lagune de Bizerte. Un intérêt particulier a été porté au complexe Alexandrium tamarense dont fait partie l’espèce A. pacificum connue pour être à l’origine des efflorescences nuisibles (HABs). En outre, l’examen morphologique et le ribotypage des formes végétatives d’A. pacificum en provenance de cultures microalgales obtenues à partir de l’extraction, l’isolement des kystes de résistance en provenance du sédiment, et leur germination ont été réalisés pour l’obtention d’une culture cellulaire monospécifique ABZ1 qui se caractérise par un taux de croissance de µ= 0.33j-1 et un temps de génération T=2.1j. Le profil toxinique obtenu à partir d’un extrait de culture ABZ1, en phase exponentielle a révélé la présence de N-sulfocarbamoyl toxine C1 (9.82 pg toxin cell_1), la GTX6 (3.26 pg toxine cell_1) et la carbamoyl toxine Neo-STX (0.38 pg toxin cell_1), représentant 2,8% du total des toxines de cette souche. Une corrélation entre l’abondance des kystes d’Alexandrium pacificum et le pourcentage en eau ainsi que la matière organique a été relevée. Par ailleurs, la fraction sédimentaire <63µm s’est avérée potentiellement favorable à l’initiation des efflorescences du dinoflagellé Alexandrium pacificum au niveau de la lagune de Bizerte. Une différence significative dans le schéma de la distribution des kystes a été illustrée, mettant en évidence un zonage de la lagune avec une abondance plus importante au niveau des zones conchylicoles. / The ballast water discharges in Bizerte harbor and shellfish aquaculture farms in Bizerte lagoon can be potentials sources with an interest in the introduction of harmful species, especially those that are potentially toxic like A. pacificum, A. pseudogonyaulax, A.minutum, A.affine and Polysphaeridium zoharyi, without neglecting the role of currents in the distribution of cysts. The study of the vessel traffics for 7 years before our prospection in Bizerte harbour have showing that the percentage of vessels coming from the Pacific road is around 14%. In order to identify species of Dinoflagellates producing resting cysts incriminated on potentially toxic blooms, a high spatial resolution sampling of the surface sediment for the identification and counting of resistance cysts was carried out to estimate the cyst density based on sedimentary characteristics, water content, organic matter, granulometry, abundance of vegetative forms and environmental factors. This study allowed the identification of 48 morphotypes of dinoflagellate cysts, mainly dominated by Brigantidinium simplex, Votadinum spinosum, Alexandrium pacificum, Alexandrium pseudogonyaulax and Lingulodinum machaerophorum. The density of cysts ranged from 1276 to 20126 cysts g-1 dry sediment. Significant differences between cyst distributions were recorded, which enabled us to distinguish two areas in the Bizerte lagoon. Particular attention was given to the complex Alexandrium tamarense (HABs). In addition, morphological examination and ribotyping of vegetative cells obtained from microalgal cultures following extraction process, isolation of resistance cysts from sediment, and their germination led to the production of monospecific culture: ABZ1 characterized by a μ (growth rate) = 0.33 day-1 and a generation time T = 2.1 day. These reviews have confirmed the newly identified genus and species in the Mediterranean sea and mentioned specifically in the lagoon of Bizerte: Alexandrium pacificum. The toxin profile obtained from an extract of ABZ1 culture in exponential phase revealed the presence of N-sulfocarbamoyl toxin C1 (9.82 pg toxin Cell-1), the GTX6 (3.26 pg toxin Cell-1), carbamoyl and the Neo-STX toxin (0.38 pg cell toxin-1), representing 2.8% of total toxins of this strain.A correlation between the abundance of cysts of Alexandrium pacificum and water percentage well as organic matter was found. Moreover, sediment fraction <63μm proved potentially favorable to initiate Alexandrium pacificum blooms in Bizerte lagoon. A significant difference in the cyst distribution diagram was shown, highlighting a zoning of the lagoon with a greater abundance in shellfish farm areas.

Les dinoflagellés sont des eucaryotes unicellulaires qui composent une grande partie du phytoplancton et qui jouent un rôle important au niveau de la photosynthèse, de la production primaire et de la conservation des écosystèmes marins. Les dinoflagellés se distinguent des autres eucaryotes par leur biologie et leur organisation nucléaire unique. Lors de la mitose, leur membrane nucléaire demeure intacte et la ségrégation des chromosomes se fait à partir de fuseaux mitotiques formés dans le cytoplasme et qui traversent le noyau au travers de canaux spécialisés Aussi, leurs chromosomes sont condensés en permanence et le processus utilisé pour y arriver est encore très mal compris puisque les dinoflagellés ne possèdent aucunes histones détectables. Lingulodinium polyedrum est un dinoflagellé photosynthétique marin utilisé comme organisme modèle en ce qui concerne l’étude des rythmes circadiens (bioluminescence, migration verticale, mitose et photosynthèse). La découverte et l’étude des éléments régulateurs du cycle cellulaire peuvent nous amener à comprendre le mécanisme, l’influence et la portée du contrôle circadien sur le cycle cellulaire. De plus, l’étude du cycle cellulaire pourrait permettre de révéler des indices quant aux caractéristiques singulières des dinoflagellés qui sont pour le moment énigmatiques. Par le passé, une étude chez Lingulodinium polyedrum a permis d’identifier la cycline impliquée dans la mitose, LpCyc1, le premier régulateur du cycle cellulaire a être découvert chez les dinoflagellés. La présente étude s’attarde sur la caractérisation de la LpCyc1, soit son expression, sa localisation, sa phosphorylation. Ces trois éléments concordent de façon à synchroniser l’activité de la LpCyc1 (et ainsi la mitose) de façon circadienne. Cette étude présente aussi la création et le développement d’un outil majeur pour l’étude future de Lingulodinium polyedrum, le transcriptome des ARNm à partir d’un iv séquençage Illumina. C’est d’ailleurs avec cet outil que nous avons découvert la CDK responsable du contrôle de la phase M, LpCdk1. Cette CDK possède tous les domaines d’une CDK classique, un site de liaison des substrats, un site de liaison à l’ATP, une boucle activatrice, et une interface de liaison avec la cycline. Le transcriptome de Lingulodinium polyedrum a aussi permis de recenser toutes les protéines conservées normalement retrouvées dans le contrôle du cycle cellulaire, qui nous a permis de faire une ébauche préliminaire du cycle cellulaire de L. polyedrum. Cette analyse est une première chez Lingulodinium polyedrum et peut s’étendre pour l’étude d’une multitude d’autres processus métaboliques. / Dinoflagellates are unicellular eukaryotes that constitute a large part of the phytoplankton. They are major contributors to the global photosynthesis and primary production and they possess an important role in conservation of marine ecosystems. Dinoflagellates are distincted from other eukaryotes by their unique biology and nuclear organization. During mitosis, their nuclear envelope stays intact and chromosome segregation is done by a mitotic spindle that passed through the nucleus inside several specialized cytoplasmic channels. In addition, the chromosomes are permanently condensed and are not thought to have histones. Lingulodinium polyedrum is a marine photosynthetic dinoflagellate widely used to study the control mechanisms of circadian rhythms, because many aspects of its physiology (bioluminescence, mitosis, photosynthesis and vertical migration) are circadian. The discovery of cell cycle regulators is essential for understanding the mechanism and the circadian control over the cell cycle. A previously study identified the M-phase cyclin, LpCyc1, the first dinoflagellate cell cycle regulator to be discovered. The present study presents the characterization of the LpCyc1, with respect to expression levels and phosphorylation patterns. These elements act together to ensure the synchronization of the LpCyc1 activity (and the mitosis) within the day. This study also presents the creation and the development of the transcriptome, a major tool for the upcoming studies of Lingulodinium polyedrum. With this tool, we identified the Lingulodinium polyedrum M-CDK, LpCdk1. The LpCdk1 has all the domains of a classic M-CDK, a substrate binding site, an ATP binding site, an activation loop and a cyclin binding interface. vi With the Lingulodinium polyedrum transcriptome, we also made a census of all the conserved proteins normally found in the cell cycle control of yeast. The identification of these proteins had provided a rough shape of L. polyedrum cell cycle. This kind of analysis is the first to be made with Lingulodinium polyedrum and could be expanded to other metabolic processes.

Les dinoflagellés jouent un rôle très important dans l’écologie des océans en y réalisant une grande partie de la production primaire, en formant une association symbiotique avec les coraux et en ayant la capacité de produire des fleurs d’algues potentiellement toxiques pour les communautés côtières humaines et animales. Malgré tout, la biologie moléculaire des dinoflagellés n’a que très peu été étudiée dans les dernières années, les connaissances de processus de base comme la régulation de la transcription y étant fortement limitées. Une tentative pour élucider ce mécanisme a été réalisée chez les dinoflagellés photosynthétiques Lingulodinium polyedrum et Amphidinium carterae. Une expérience d’induction de la transcription du gène de la Peridinin chlorophyll-a binding protein, le complexe majeur de collecte de lumière, a été réalisée par une baisse de l’intensité lumineuse et a montré une faible augmentation (moins de 2 fois) du transcrit à court et long terme. Des expériences de simple-hybride et de retard sur gel (EMSA) ont été faits pour identifier de potentielles interactions protéine-ADN dans la région intergénique du gène PCP organisé en tandem. Ces essais ont été infructueux pour identifier de telles protéines. Une analyse du transcriptome de L. polyedrum a été effectuée, montrant une importante sous-représentation de domaines de liaison à l’ADN classique (comme Heat-shock factor, bZIP ou Myb) et une surreprésentation du domaine d’origine bactérienne Cold shock en comparaison avec d’autres eucaryotes unicellulaires. Ce travail suggère que les mécanismes de régulation transcriptionnelle des dinoflagellés pourraient différer substantiellement de ceux des autres eucaryotes. / Dinoflagellates are an important part of the ocean’s ecology due to their large contribution to global carbon fixation, the symbiotic association they can make with corals and by their ability to form algal blooms potentially toxic for humans and animals in coastal communities. However, the molecular biology of dinoflagellates has been poorly studied in the past. Basic knowledge, such as regulation of gene expression, is severely limited. An attempt at deciphering basic gene regulation has been undertaken in the photosynthetic dinoflagellate Lingulodinium polyedrum and Amphidinium carterae using a reduction in available light intensity to induce the expression of the peridinin chlorophyll-a binding gene encoding the major light harvesting complex protein. A small increase in transcript abundance (less than 2 fold) was found in both short and long term experiments, yet neither yeast one-hybrid assays nor electrophoretic mobility shift assays (EMSA) showed any potential protein interactions with sequence derived from the intergenic spacer of the PCP tandem gene array. Interestingly, an analysis of the recently sequenced L. polyedrum transcriptome revealed an important under-representation of classic DNA-binding domains (such has Heat-shock factor, bZIP and Myb) and an over-representation of the bacterial cold-shock DNA-binding domain. This suggested that components of the transcription regulation machinery may be at least partially different in dinoflagellates.

De la profondeursur 2 sites en Guadeloupe pendant la saison sèche et la saison humide (Chapitre 3). A u cours de cette étude,les genres Ostreopsis et Prorocentrum étaient les plus abondants. Aucune influence de la profondeur n'a é;étrouvée sur l'abondance totale des dinoflagellés benthiques ; cependant les genres Ostreopsis et GambiericLscusétaient principalement abondants en surface, alors que le genre Coolia était présent plus en profondeur.L'approche d'écologie trophique concernait le lien trophique entre dinoflagellés benthiques toxiqueset méiofaune (Chapitre 1). Les transferts au sein des réseaux trophiques de phycotoxines synthétisées par lesdinoflagellés benthiques toxiques sont généralement étudiés chez les organismes de grande taille, délaissantles organismes de μeLile Laille qui sulll pourtant en contact direct avec les microalgues. Au cours de cetteétude, une attention particulière a été portée aux copépodes harpacticoïdes qui composent ia méiofaune.Cette étude expérimentale, par marquage des microalgues aux isotopes stables, s'est focalisée sur lescopépodes harpacticoïdes et a permis de mesurer le taux d'ingestion d'Amphidinium sp. et d'Ostreopsis sp ..Cette étude démontre que les organismes de la méiofaune peuvent constituer une voie d'entrée des toxinessynthétisées par les dinoflagellés benthiques dans les réseaux trophiques. / The distribution of benthic toxiï rlinofüeefü1tes is 1111known in (Juadeloupe and Martinique even if at theCaribbean basin spatial scale, those microalgae are responsible for serious poisoning such as ciguatera.During this thesis, the ecology of benthic toxic dinoflagellates μreseul was sLudieJ using: spatio-temporalstudies (Chapters 1, 2, 3) and a trophic ecology approach (Chapter 4).First, 27 sites were explored to describe the spatial distribution of benthic dinoflagellatf's prPsf'nt inGuadeloupe and Martinique (Chapter 1). Only the most abundant macrophytes (biological substrates ofbenthic dinoflagellates) at the different sites were considered. ln this study, 161 samples were analyzed and 7times more taxie benthic dinoflagellates were found in Guadeloupe than in Martinique. The genus Ostreopsisdominated the benthic dinoflagellate community in both islands, although this trend has only rarely beenfound in the Caribbean basin.Then, 3 sites per department were chosen in order to set up a monthly monitoring of benthicdinoflagellates abundances duringl8 months (Chapter 2). The sites selected i) had a high abundance ofbenthic toxic dinoflagellates and ii) were identified as potentially dangerous by the Agence Régionale de laSanté. During this study, 927 samples of macrophytes were analyzed and 5 times more benthic toxicdinoflagellates were found in Guadeloupe than in Martinique. Ostreopsis and Prorocentrum genera dominatedrespectively in Guadeloupe and in Martinique. Two times more Gambierdiscus were found in Martinique thanin Guadeloupe even if Guadeloupe is located in the high prevalence area and this genus being responsible forciguatera. This result suggested that species with different toxicities structured the benthic toxicdinoflagellates community in this area. The abundances of benthic dinoflagellates were little influenced byabiotic parameters (temperature and salinity) but structured by biotic parameters (host macrophytes).Halophila stipulacea an invasive angiosperm in the Lesser Antilles has been identified as promoting thedevelopment of the genus Gambierdiscus.. The distribution of benthic toxic dinoflagellates was also studied according to the depth at 2 sites inGuadeloupe during the dry and the wet seasons (Chapter 3). ln order to avoid bias due to the presence ofdifferent macrophytes, this experiment was conducted only on H. stipulacea constituting mono-specificmeadows along a strong depth gradient. ln this study, the Ostreopsis and Prorocentrum genera were the mostabundant. No influence of the depth was found on total abundance of benthic dinoflagellates; however,Ostreopsis and Gambierdiscus genera were mainly abundant near the surface while the genus Coolia was presentdeeper.The trophic ecology approach focused on the trophic link between taxie benthic dinoflagellates andmeiofauna (Chapter 4). Transfers within the food webs of phycotoxins synthesized by benthic dinoflagellatesare mainly studied in large organisms neglecting smaller ones in direct contact with microalgae. Thisexperimental study, by labeling the microalgae with stable isotopes, focused on harpacticoides copepod andmeasured for the first time their ingestion rates of Amphidinium sp. and Ostreopsis sp.. This studydemonstrated that meiofauna organisms can constitute an input channel of phycotoxins from benthicdinoflagellates in food webs.

Les dinoflagellés jouent un rôle très important dans l’écologie des océans en y réalisant une grande partie de la production primaire, en formant une association symbiotique avec les coraux et en ayant la capacité de produire des fleurs d’algues potentiellement toxiques pour les communautés côtières humaines et animales. Malgré tout, la biologie moléculaire des dinoflagellés n’a que très peu été étudiée dans les dernières années, les connaissances de processus de base comme la régulation de la transcription y étant fortement limitées. Une tentative pour élucider ce mécanisme a été réalisée chez les dinoflagellés photosynthétiques Lingulodinium polyedrum et Amphidinium carterae. Une expérience d’induction de la transcription du gène de la Peridinin chlorophyll-a binding protein, le complexe majeur de collecte de lumière, a été réalisée par une baisse de l’intensité lumineuse et a montré une faible augmentation (moins de 2 fois) du transcrit à court et long terme. Des expériences de simple-hybride et de retard sur gel (EMSA) ont été faits pour identifier de potentielles interactions protéine-ADN dans la région intergénique du gène PCP organisé en tandem. Ces essais ont été infructueux pour identifier de telles protéines. Une analyse du transcriptome de L. polyedrum a été effectuée, montrant une importante sous-représentation de domaines de liaison à l’ADN classique (comme Heat-shock factor, bZIP ou Myb) et une surreprésentation du domaine d’origine bactérienne Cold shock en comparaison avec d’autres eucaryotes unicellulaires. Ce travail suggère que les mécanismes de régulation transcriptionnelle des dinoflagellés pourraient différer substantiellement de ceux des autres eucaryotes. / Dinoflagellates are an important part of the ocean’s ecology due to their large contribution to global carbon fixation, the symbiotic association they can make with corals and by their ability to form algal blooms potentially toxic for humans and animals in coastal communities. However, the molecular biology of dinoflagellates has been poorly studied in the past. Basic knowledge, such as regulation of gene expression, is severely limited. An attempt at deciphering basic gene regulation has been undertaken in the photosynthetic dinoflagellate Lingulodinium polyedrum and Amphidinium carterae using a reduction in available light intensity to induce the expression of the peridinin chlorophyll-a binding gene encoding the major light harvesting complex protein. A small increase in transcript abundance (less than 2 fold) was found in both short and long term experiments, yet neither yeast one-hybrid assays nor electrophoretic mobility shift assays (EMSA) showed any potential protein interactions with sequence derived from the intergenic spacer of the PCP tandem gene array. Interestingly, an analysis of the recently sequenced L. polyedrum transcriptome revealed an important under-representation of classic DNA-binding domains (such has Heat-shock factor, bZIP and Myb) and an over-representation of the bacterial cold-shock DNA-binding domain. This suggested that components of the transcription regulation machinery may be at least partially different in dinoflagellates.

Les dinoflagellés sont des eucaryotes unicellulaires qui composent une grande partie du phytoplancton et qui jouent un rôle important au niveau de la photosynthèse, de la production primaire et de la conservation des écosystèmes marins. Les dinoflagellés se distinguent des autres eucaryotes par leur biologie et leur organisation nucléaire unique. Lors de la mitose, leur membrane nucléaire demeure intacte et la ségrégation des chromosomes se fait à partir de fuseaux mitotiques formés dans le cytoplasme et qui traversent le noyau au travers de canaux spécialisés Aussi, leurs chromosomes sont condensés en permanence et le processus utilisé pour y arriver est encore très mal compris puisque les dinoflagellés ne possèdent aucunes histones détectables. Lingulodinium polyedrum est un dinoflagellé photosynthétique marin utilisé comme organisme modèle en ce qui concerne l’étude des rythmes circadiens (bioluminescence, migration verticale, mitose et photosynthèse). La découverte et l’étude des éléments régulateurs du cycle cellulaire peuvent nous amener à comprendre le mécanisme, l’influence et la portée du contrôle circadien sur le cycle cellulaire. De plus, l’étude du cycle cellulaire pourrait permettre de révéler des indices quant aux caractéristiques singulières des dinoflagellés qui sont pour le moment énigmatiques. Par le passé, une étude chez Lingulodinium polyedrum a permis d’identifier la cycline impliquée dans la mitose, LpCyc1, le premier régulateur du cycle cellulaire a être découvert chez les dinoflagellés. La présente étude s’attarde sur la caractérisation de la LpCyc1, soit son expression, sa localisation, sa phosphorylation. Ces trois éléments concordent de façon à synchroniser l’activité de la LpCyc1 (et ainsi la mitose) de façon circadienne. Cette étude présente aussi la création et le développement d’un outil majeur pour l’étude future de Lingulodinium polyedrum, le transcriptome des ARNm à partir d’un iv séquençage Illumina. C’est d’ailleurs avec cet outil que nous avons découvert la CDK responsable du contrôle de la phase M, LpCdk1. Cette CDK possède tous les domaines d’une CDK classique, un site de liaison des substrats, un site de liaison à l’ATP, une boucle activatrice, et une interface de liaison avec la cycline. Le transcriptome de Lingulodinium polyedrum a aussi permis de recenser toutes les protéines conservées normalement retrouvées dans le contrôle du cycle cellulaire, qui nous a permis de faire une ébauche préliminaire du cycle cellulaire de L. polyedrum. Cette analyse est une première chez Lingulodinium polyedrum et peut s’étendre pour l’étude d’une multitude d’autres processus métaboliques. / Dinoflagellates are unicellular eukaryotes that constitute a large part of the phytoplankton. They are major contributors to the global photosynthesis and primary production and they possess an important role in conservation of marine ecosystems. Dinoflagellates are distincted from other eukaryotes by their unique biology and nuclear organization. During mitosis, their nuclear envelope stays intact and chromosome segregation is done by a mitotic spindle that passed through the nucleus inside several specialized cytoplasmic channels. In addition, the chromosomes are permanently condensed and are not thought to have histones. Lingulodinium polyedrum is a marine photosynthetic dinoflagellate widely used to study the control mechanisms of circadian rhythms, because many aspects of its physiology (bioluminescence, mitosis, photosynthesis and vertical migration) are circadian. The discovery of cell cycle regulators is essential for understanding the mechanism and the circadian control over the cell cycle. A previously study identified the M-phase cyclin, LpCyc1, the first dinoflagellate cell cycle regulator to be discovered. The present study presents the characterization of the LpCyc1, with respect to expression levels and phosphorylation patterns. These elements act together to ensure the synchronization of the LpCyc1 activity (and the mitosis) within the day. This study also presents the creation and the development of the transcriptome, a major tool for the upcoming studies of Lingulodinium polyedrum. With this tool, we identified the Lingulodinium polyedrum M-CDK, LpCdk1. The LpCdk1 has all the domains of a classic M-CDK, a substrate binding site, an ATP binding site, an activation loop and a cyclin binding interface. vi With the Lingulodinium polyedrum transcriptome, we also made a census of all the conserved proteins normally found in the cell cycle control of yeast. The identification of these proteins had provided a rough shape of L. polyedrum cell cycle. This kind of analysis is the first to be made with Lingulodinium polyedrum and could be expanded to other metabolic processes.

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.

Heteromorph ammonites and dinoflagellate cysts from the Upper Cretaceous Northumberland Formation on Hornby Island, British Columbia, Canada are examined. The collection and preparation of new material has enabled the recognition of eleven species of which only three have been reported from the locality. Of these taxa represented from three heteromorph ammonite families in the study area, five are new occurrences and three are new to science. This expansion of the Hornby Island ammonite fauna is presented alongside a pioneering taxonomic survey of dinoflagellate cysts from the same rocks. Together, these macro- and microfossils reinforce a late Campanian age for the Northumberland Formation with the upper extent of the section approaching the Campanian-Maastrichtian boundary (CMB) interval. The palaeoecology and evolutionary relationships of these heteromorph ammonoids are considered with new insights into their ontogenetic development and neritic palaeoenvironmental circumstances. The dinoflagellate cysts and associated terrestrial palynomorphs have also allowed for enhanced palaeoenvironmental reconstruction and depositional setting inference. The scope of the studied material, and the presence of key index taxa, enables refined biostratigraphy and a stronger basis for correlation of the Hornby Island succession with neighboring coeval biotic provinces. / Graduate / 2018-08-10