Les bactéries endosymbiotiques Wolbachia se transmettent verticalement de la mère aux descendants mais également horizontalement d'un hôte arthropode à l'autre. Chez les isopodes terrestres, les Wolbachia montrent une diversité et une prévalence élevées et bouleversent la reproduction de leurs hôtes en féminisant les mâles ou en induisant des incompatibilités de croisements.Nous avons utilisé la diversité de ces souches de Wolbachia pour étudier leur plasticité en terme de changement d'hôte et l'évolution de leur virulence. Nos résultats montrent la grande plasticité des Wolbachia, s'installant chez tous les hôtes testés. Par ailleurs, un transfert horizontal est possible à partir de différentes sources tissulaires : ovaires et hémocytes ainsi que lors de la prédation d'un individu infecté. De plus, les transferts horizontaux aux échelles intra comme interspécifique peuvent modifier la nature des interactions entre Wolbachia et leurs hôtes et mener à une relation de type hôte-pathogène. Ce type d'interaction a été spécifiquement exploré pour comprendre les mécanismes impliqués dans les changements de virulence. Nous avons démontré que la réponse autophagique de l'hôte contre Wolbachia pouvait jouer un rôle majeur dans la nature pathogène de l'interaction. De plus, par une approche d'évolution expérimentale, nous montrons que Wolbachia peut devenir pathogène pour son hôte natif chez qui elle est habituellement peu virulente. En détournant les Wolbachia de leur voie de transmission verticale et en les transmettant uniquement de manière horizontale, elles deviennent beaucoup plus invasives et tuent leur hôte. / Wolbachia are basically endosymbiotic bacteria, vertically transmitted from mother to offspring. However, they can also pass horizontally from one arthropod host to another. Among terrestrial isopods, the Wolbachia exhibit high diversity and prevalence and disturb their host reproduction by feminizing males into females or inducing crossing incompatibilities.We took advantage of this diversity of Wolbachia in terrestrial isopods to study their plasticity through hosts switching and the evolution of their virulence. Our results highlighted their huge plasticity as they were capable of settling in all the tested terrestrial isopods hosts. These horizontal transfers can be performed with different tissues as a source of Wolbachia: Ovaries and hemocytes, but also when an uninfected host preyed an infected one. Moreover, horizontal transfers can modify the nature of the interaction between Wolbachia and their hosts moving towards a host-pathogen relationship. We further explored such conflicting interactions in order to investigate the reasons of the changes in virulence. We demonstrated that the host autophagic response against Wolbachia can turn against the host itself and making the symbiont a pathogen. Moreover, by using experimental evolution, we revealed that Wolbachia could increase in virulence against the native host it normally does not harm in a context of vertical transmission. When we disrupted the vertical transmission mode in order to exclusively transmit Wolbachia by horizontal contagious mode, they became much more invasive and rapidly killed their native host.

L'étude de la biodiversité de la macrofaune et des Oniscoïdes dans l'agroécosystème Majerda (BVM) a été réalisée sur 2 années successives sur 15 parcelles durant 4 saisons de l'année 2008-2009 et sur 11 parcelles de l'année 2009-2010. L'analyse a été faite en fonction des cultures les plus représentées dans la BVM (l'arboriculture, culture maraîchère, fourragère et légumineuse). L'échantillonnage a été réalisé par piégeage. Au total, 19 groupes taxonomiques ont été collectés. Les résultats montrent une variation saisonnière de la diversité de la macrofaune en fonction des parcelles. Les Coléoptères, les Oniscoïdes, les Hyménoptères, les Diptères, les Orthoptères et les Araignées sont les plus constants et abondants dans la BVM. Les Oniscoïdes sont abondants dans les parcelles en cultures fourragères. En passant des parcelles du milieu terrestre vers celui côtier, un gradient ascendant de la diversité de la macrofaune a été observé. Neuf espèces ont été collectées. Porcellio laevis est la plus fréquente durant toutes les saisons d'étude. En fonction de cultures, l'effectif et la richesse spécifique les plus importants ont été enregistrés dans les cultures fourragères et dans la céréaliculture. En fonction des secteurs, les Isopodes terrestres sont abondants dans les parcelles du secteur Pont de Bizerte qui sont irriguées par le mode aspersion et par les eaux usées. L'étude de la variation interannuelle montre qu'il existe un effet du facteur année sur la diversité de la macrofaune et des espèces d'Oniscoïdes. Les espèces d'Oniscoïdes sont corrélées avec la conductivité, la teneur du sol en Mg2+ Ca2+, K+ et de la granulométrie du sol. / In Tunisia, few studies on the macrofauna and species diversity of terrestrial isopods in the agroecosystems were performed. To fill this gap, the spatio-tempral (plots, sectors and season) diversity of macrofauna and Oniscidea was analysed. We studied the distribution of Isopods in Majerda agroecosystems related to cultivation types (orchards, market gardening, vegetable crops), irrigations systems (sprinkler, surface and drip) and soil physico-chemical characteristics. Sampling was carried out with pitfalls traps during in 15 plots during 2008-2009 and 11 plots during 2009-2010. Nineteen groups of macrofauna was found. Coleoptera, Oniscidea, Hymenoptera, Diptera, Othoptera and Aranea were the most present and abundant. Isopods were abundant in autum in the vegetable crops cultivation. In the coastal plots (Ghar El Melh sector) diversity was higher than in the terrestrial plots (Utique sector). Nine species of terrestrial isopods belonging to 6 genera were identified. Porcellio laevis was the most frequent species in all seasons. According to cultivation types, the number of individuals and the species richness were important in vegetable crops and barely cultivation. The spatial distribution of Oniscidea showed that isopods were abundant in the plots of Pont of Bizerte irrigated by sprinkler systems and wastewater. Year factor affected the diversity of fauna and isopods. Oniscidea species distribution was correlated to conductivity, texture and the content of Mg2+ Ca2+ and K+ of soil.

L'ADN mitochondrial (ADNmt) des animaux est généralement constitué de molécules circulaires monomériques de ~16 kb. Cependant, parmi les rares exceptions qui ont été décrites, deux espèces d'Oniscidea Armadillidium vulgare et Porcellionides pruinosus (Crustacés Isopodes terrestres) présentent un ADNmt atypique composé de molécules monomériques linéaires de ~14 kb associées à des dimères circulaires et palindromiques de ~28 kb. Afin de connaître plus en détail sa structure, l'ADNmt atypique d'A. vulgare a été séquencé. Il contient bien les 13 gènes codants pour des protéines et les deux sous unités ribosomales généralement présents dans l'ADNmt des Métazoaires, mais en revanche il ne présente pas l'ensemble des 22 ARN de transferts (ARNt) attendus. De plus, une étonnante hétéroplasmie générant un ARNt alloaccepteur pour les acides aminés Alanine et Valine (ARNtAla/Val) a été découverte. Cette hétéroplasmie est un exemple unique chez les Eucaryotes par la présence de deux gènes différents sur le même locus mitochondrial. De façon surprenante, cette hétéroplasmie a également été observée chez de nombreuses autres espèces d'Oniscidea qui possèdent aussi un génome mitochondrial atypique. Il semble donc que l'apparition de cet ADNmt atypique chez les Isopodes ait permis l'apparition de l'ARNtAla/Val, et que les forces évolutives permettant le maintien de ces deux gènes essentiels à la traduction mitochondriale soient impliquées dans la conservation de cette structure atypique.

La symbiose est l'un des principaux moteurs de l'évolution. Le génotype du symbiote est capable d'altérer le phénotype de l'hôte, et vice-versa : c'est le « phénotype étendu ». Dans ce contexte, les endosymbioses à Wolbachia sont remarquables. Cette bactérie intracellulaire est un parasite de la reproduction capable d'induire la féminisation des mâles génétiques ou l'incompatibilité cytoplasmique chez ses hôtes crustacés isopodes terrestres. Actuellement, aucun mécanisme moléculaire régissant ces effets n'est connu. Dans le but d'identifier des gènes impliqués dans la féminisation, nous avons utilisé une approche intégrative qui combine à la fois des analyses génomiques, d'expression de gènes et phénotypiques. Nous avons tout d'abord analysé l'évolution moléculaire de la voie de la recombinaison homologue dans les génomes de Wolbachia, source importante de plasticité génomique pouvant être liée à la diversité des phénotypes. Ensuite, afin d'effectuer des études comparatives qui augmenteraient considérablement la compréhension des mécanismes de la féminisation, nous avons établi un système où la souche féminisante wVulC féminise deux hôtes isopodes (hôte naturel : Armadillidum vulgare : hôte hétérologue : Cylisticus convexus) présentant un timing différent de la différenciation sexuelle. En effet, l'effet féminisant étant supposé avoir lieu avant ou pendant la différenciation sexuelle, il est important de distinguer l'effet de Wolbachia dû à la différenciation sexuelle de celui dû au développement. Enfin, une approche par gènes candidats (du séquençage de génome bactérien à l'analyse comparative d'expression de gènes bactériens durant le développement de l'hôte) a permis de déterminer une liste réduite de 29 gènes (parmi les 1885 gènes de wVulC) dont la probabilité qu'ils soient impliqués dans la féminisation est élevée. Le rôle potentiel de ces gènes candidats comme effecteurs supposés de la féminisation induite par wVulC est ensuite discuté. Ce travail contribue grandement à l'identification de facteurs potentiels d'endosymbiotes qui ont un impact évolutif sur la détermination du sexe de leurs hôtes. / Symbiotic interactions are a major driver of evolution. The symbiont genotype is able to alter the host phenotype, and the other way round: it is called "the extended phenotype". In this respect, Wolbachia endosymbiosis is remarkable. This intracellular bacterium is a well-known reproductive parasite able to induce feminization of genetic males or cytoplasmic incompatibility in its terrestrial isopod crustacean hosts. Currently, no molecular genetic basis of these reproductive manipulations has been described. In order to identify genes involved in feminization, we used an integrative approach that combines genomic, gene expression and phenotypic studies. We first analysed the molecular evolution of the homologous recombination pathway in Wolbachia genomes, an important source of genomic plasticity that can be linked with phenotypic diversity. Then, in order to perform comparative studies that will substantially improve the understanding of the molecular mechanisms of feminization, we established a system in which the feminizing strain wVulC feminizes two different isopod hosts (natural host: Armadillidium vulgare ; heterologous host Cylisticus convexus) that have a different sexual differentiation timing. Indeed, as feminization is thought to happen before or during sexual differentiation, it is important to distinguish the effect of Wolbachia due to sexual differentiation from that due to development. Finally, a gene candidate approach (from bacterial genome sequencing to comparative bacterial gene expression during host developement) allowed us to determine a reduced list of 29 genes (among the 1885 genes of wVulC) that have a high probability to be involved in feminization. The potential roles of these candidate genes as putative effectors of feminization induced by wVulC is then discussed. This work substantially contributes to the identification of putative endosymbiont factors that have an evolutionary impact on sex determination of their hosts.

Wolbachia est une bactérie Gram(-) intracellulaire modifiant la reproduction de nombreux arthropodes. Chez l'isopode Armadillidium vulgare, la souche wVulC entraîne la féminisation des mâles. Nous avons caractérisé deux opérons vir s'exprimant dans tous les tissus hôtes et codant un système de sécrétion de type IV (T4SS) pouvant permettre d'exporter des effecteurs bactériens vers le cytoplasme de l'hôte. La comparaison des séquences et de l'organisation des gènes de 37 souches de Wolbachia a révélé la forte conservation des deux opérons vir suggérant l'importance du T4SS dans la biologie de la bactérie. Nous avons également identifié, dans le génome en cours de séquençage de wVulC, 66 gènes codant des protéines à domaines ankyrines. Ces motifs forment des sites d'interactions protéine-protéine chez les eucaryotes et sont supposés être impliqués chez Wolbachia dans l'interaction avec des protéines de l'hôte. Nous avons montré qu'une des trois copies du gène pk2 de wVulC, n'est exprimée que chez des souches féminisantes mais chez aucune des 3 souches induisant l'incompatibilité cytoplasmique chez les isopodes terrestres. Ce produit du gène pk2 pourrait être impliqué dans la féminisation de l'hôte. Toutefois, nous avons réalisé des tests d'interaction par double-hybride en levures et par la méthode CRAfT (Cre-recombinase Reporter Assay for Translocation) entre les protéines du T4SS et cinq protéines à domaines ankyrines dont Pk2 afin de savoir si ces dernières étaient sécrétées par ce système. Les résultats montrent qu'aucun des cinq produits de gènes ank testés n'est sécrété par la bactérie mais se révèlent encourageants pour identifier les effecteurs de Wolbachia.

Les interactions isopodes terrestres-Wolbachia féminisantes constituent un excellent modèle d'étude des interactions multipartites complexes. A ce jour, trois Wolbachia féminisantes, issues d'histoires évolutives différentes, ont été identifiées chez l'hôte Armadillidium vulgare. L'objectif de cette thèse est d'avoir une vue plus complète du microbiote d'A. vulgare et de l'impact des souches de Wolbachia sur cette communauté bactérienne. Dans ce but, des approches quantitative et métagénomique ont été combinées afin de caractériser le microbiote d'A.vulgare à plusieurs niveaux d'intégration: (i) dans des populations naturelles et des lignées contrôlées de laboratoire, (ii) au sein de différents tissus hôtes et (iii) en relation avec le statut d'infection par Wolbachia. Aucun microbiote coeur n'a été mis en évidence malgré une relative homogénéité des communautés symbiotiques dans les tissus de l'hôte. De plus, les bactéries environnementales avaient un impact important sur le microbiote symbiotique. Chez les animaux infectés, Wolbachia représente la bactérie dominante et le facteur majeur de la structuration de la communauté symbiotique. Nous avons également mis en évidence la présence d'un autre constituant majeur du microbiote dans tous les tissus de l'hôte: Candidatus Hepatoplasma crinochetorum, un symbiote facultatif réputé jusque-là pour être seulement associé aux glandes digestives de l'intestin. Afin d'éclairer les interactions potentielles entre hôte et ce symbiote relativement peu connu, la séquence du génome de Ca. H. crinochetorum a été obtenue. Une analyse préliminaire des interactions fonctionnelles des voies métaboliques impliquées dans la digestion de la cellulose nous a permis d'identifier des enzymes cellulolytiques spécifiques de l'hôte et du symbiote. Cette étude ouvre de nouvelles perspectives dans l'étude de la symbiose chez les isopodes. / In recent years, there has been a shift of focus in symbiosis studies, away from the traditional 'one host-one symbiont' concept towards a more holistic, community-based approach. This concept takes into account that a host is not only associated with one bacterium, but harbours and interacts with a diverse bacterial community, the microbiome. Terrestrial isopods represent an excellent model system for the understanding of complex multipartite symbioses due to their well-characterised association with feminizing Wolbachia bacteria. To date, three different feminizing Wolbachia strains have been identified in Armadillidium vulgare, presumably representing different host-symbiont co-evolutionary histories. The aim of this PhD was to get a more complete picture of the terrestrial isopod microbiome and the role of Wolbachia within the bacterial community. In order to achieve this, quantitative and metagenomic techniques were combined to characterize the microbiome of A. vulgare on multiple levels: (i) Field vs. lab populations, (ii) in different host tissues, and (iii) in relation to Wolbachia infection status, i.e. presence/absence of Wolbachia as well as infection with different Wolbachia strains. Wolbachia represented the predominant member of the bacterial community in infected individuals and was identified as an important factor influencing bacterial community structure. Apart from Wolbachia, we detected a second highly abundant bacterium: Candidatus Hepatoplasma crinochetorum, a facultative symbiont previously reported from the midgut caeca, was for the first time observed in all tested host tissues. The potential interactions of Wolbachia and Ca. H. crinochetorum constitute an interesting example for symbiont-symbiont relationships between two highly abundant members of a diverse bacterial community.

La différenciation sexuelle des Isopodes dépend d'une hormone sexuelle protéique, l'hormone androgène (HA), caractéristique des Malacostracés. Cet Insulin-Like Peptide suffit à induire par sa présence la différenciation mâle de ces Crustacés. Nous avons identifié in silico le transporteur circulant de l'HA, l'IGFBP-rP1, chez de nombreuses espèces d'Isopodes ainsi qu'à l'échelle des Crustacés. De la même façon, nous avons identifié deux récepteurs transmembranaires, l'IR1 et l'IR2, issus d'une duplication de gène spécifique des Malacostracés. Les patrons d'expression de ces gènes ont été étudiés sur notre espèce modèle, Armadillidium vulgare. Av-IGFBP-rP1 et Av-IR1 sont exprimés de manière ubiquiste et tout au long du développement. Av-IR2 est aussi exprimé à chaque stade de la différenciation mais ce transcrit est quasi-spécifique des glandes androgènes et ovaires. Une approche par ARNi a confirmé l'implication de ces trois protéines dans la voie de signalisation de l'HA. En effet, l'inhibition de l'HA, Av-IGFBP-rP1 et Av-IR1 provoquent l'hypertrophie des glandes androgènes, suggérant leur implication dans une boucle de rétro-contrôle de l'HA. L'inhibition de Av-IR2 semble seulement provoquer la différenciation d'ouvertures génitales femelles. Ces phénotypes sont comparables à ceux des intersexués mâles induits par la bactérie féminisante endogène Wolbachia. Nous montrons cependant que la bactérie altère seulement l'expression de l'HA et pas celle des récepteurs. Enfin, nous avons testé l'effet du bisphénol A mais nous n'observons pas d'altération de la différenciation sexuelle des larves lors d'expositions à ce perturbateur endocrinien exogène. / Sexual differentiation in Isopods relies on a proteinaceous sex hormone called androgenic hormone (AH), specific to Malacostracans. This Insulin-Like Peptide induces male differentiation by its mere presence in these Crustaceans. We identified in silico the circulating carrier of the AH, called IGFBP-rP1, in many Isopod species, but also on the crustacean scale. Similarly, we identified two transmembrane receptors, IR1 and IR2, coming from a gene duplication specific to Malacostracans. The expression patterns of these genes were investigated in our model species, Armadillidium vulgare. Av-IGFBP-rP1 and Av-IR1 are broadly expressed in the animal and throughout development. Av-IR2 is also expressed at each developmental stage but this transcript is almost specific to androgenic glands and ovaries. An RNAi approach has confirmed the implication of these three proteins in the AH signalling pathway. Indeed, the inhibition of AH, Av-IGFBP-rP1 and Av-IR1 induces androgenic gland hypertrophy, suggesting their implication in an AH feedback loop. Av-IR2 inhibition seems to provoke the differentiation of female genital apertures only. These phenotypes are similar to those of male intersexes induced by the endogenous feminizing bacterium Wolbachia. Yet, we show that the bacterium alters the expression of the AH only and not the one of its receptors. Finally, we have tested the effect of bisphenol A but we observe no alteration of the sexual differentiation in larvae upon exposition to this exogenous endocrine disruptor.

L'objectif de cette thèse est d'étudier les réponses adaptatives des métazoaires à une diminution de la disponibilité en nutriments dans leur environnement. Ce travail, couplant des approches d'écologie isotopique et de transcriptomique, est basé sur l'analyse comparative d'isopodes de surface (épigés) et souterrains (hypogés) évoluant depuis plusieurs millions d'années dans des environnements présentant des disponibilités en nutriments très contrastées (absence de photosynthèse en milieu souterrain). Leur histoire évolutive (multiples colonisations indépendantes du milieu souterrain) a permis de définir 13 couples composés d'une espèce épigée et d'une espèce hypogée partageant un ancêtre commun épigé (i.e. 13 réplicats indépendants d'une transition vers un milieu plus pauvre en nutriments). Des adaptations en termes d'amélioration de l'acquisition des nutriments (diminution de la sélectivité trophique, stratégies spécialistes) et de diminution de la demande métabolique (diminution du taux de croissance) ont été mises en évidence chez les isopodes hypogés. En revanche, l'hypothèse d'une sélection _stoechiogénomique_ des nucléotides et acides aminés les plus économes en azote a été réfutée. Il est possible que la sélection naturelle soit inopérante sur la composition des ARN et protéines de par les faibles tailles efficaces de population (Ne) des métazoaires. La sélection pourrait aussi être inexistante à ce niveau, de par l'existence d'interactions entre les différentes réponses adaptatives. Ainsi, l'adoption de certaines réponses adaptatives plus efficaces et/ou rapides à mettre en place pourrait suffire à relâcher la pression de sélection sur les autres réponses / The aim of this PhD project was to investigate the adaptive responses of metazoan to a decrease of nutrient availabilities in their environment.We combined isotopic ecology and Next-Generation Sequencing in a comparative analysis of surface (epigean) and groundwater (hypogean) isopods living in highly contrasted environments in terms of nutrient availabilities (lack of photosynthetic production in groundwater). The original evolutionary history of these isopods (multiple independent colonizations of the subterranean habitat) enabled to define 13 species pairs composed of one epigean and one hypogean species sharing a common epigean ancestor. Using these pairs, we studied 13 independent replicates of an environmental transition towards very low nutrient availabilities. Hypogean isopods display adaptations improving the nutrient acquisition (specialist strategy, decrease of trophic selectivity) as well as adaptations reducing the metabolic needs of organisms (decrease of growth rate). However, hypogean isopods do not display adaptive changes in their macromolecules composition (no evidence for the ’stoichiogenomic’ selection of N-thrifty nucleotides and amino acids). Because of the small effective population size (Ne) of metazoa, natural selection may be inefficient to select N-sparing responses at the level of RNA and protein composition. Selection could also be inexistent at this level in case of interactions between the different adaptive responses. Indeed, some nutrientsaving mechanisms may have been selected more quickly or more efficiently, these adaptations being sufficient to relax the selective pressure on the other response levels

Les Wolbachia sont des alpha-proteobactéries présentes chez de nombreux arthropodes et nématodes filaires. Ces bactéries héritées maternellement induisent chez leurs hôtes des phénotypes allant du parasitisme au mutualisme, avec le long de ce continuum des phénotypes tels que la féminisation (F), l'incompatibilité cytoplasmique (IC) ou la mort des mâles. Wolbachia est ainsi un modèle particulièrement intéressant pour étudier les différents types de relations symbiotiques.Chez Brugia malayi, comme pour les autres nématodes filaires, Wolbachia vit en symbiose obligatoire avec son hôte. L'élimination de la bactérie par des traitements antibiotiques entraîne une perte de fertilité voire la mort du nématode. Chez l'isopode terrestre Armadillidium vulgare, Wolbachia induit la féminisation des mâles génétiques en femelles fonctionnelles entraînant des biais de sex-ratio vers les femelles dans la descendance.Pour comprendre les mécanismes impliqués dans ces deux symbioses, nous avons mis au point une nouvelle méthode de capture pour isoler l'ADN de Wolbachia et séquencer 8 souches de Wolbachia d'isopodes (F et IC). Une étude de génomique comparative a permis d'établir un premier pan-génome des bactéries du genre Wolbachia et d'identifier 2, 5 et 3 gènes présents seulement chez les souches mutualistes, féminisantes ou induisant la mort des mâles. L'expression des gènes potentiellement impliqués dans la féminisation ou le mutualisme a été étudiée au cours du développement de l'hôte. L'étude de l'interactome protéique bactérie-hôte a ensuite été initiée en utilisant comme appât des protéines bactériennes à domaines eucaryotes en vue d'identifier les cibles de Wolbachia chez l'hôte. / Bacteria of the genus Wolbachia are gram-negative alpha-proteobacteria present in many arthropods and filarial nematodes. These obligate intracellular bacteria are maternally inherited and induce a large number of phenotypes across the symbiosis continuum from mutualism to parasitism, including feminization (F), cytoplasmic incompatibility (CI) or male killing. Studying Wolbachia symbioses is therefore of particular interest in the investigation of symbiotic relationships.In Brugia malayi and other filarial nematodes, they are obligate leading to a loss of worm fertility, and eventual death upon their depletion with antibiotic. In arthropods, they rather are parasitic. In the isopod crustacean Armadillidium vulgare they cause feminization when present: genetic males develop as functional female leading to female biased sex-ratio progenies.In order to understand the molecular mechanisms of these two symbioses, we set up a new capture procedure to catch Wolbachia DNA and performed whole-genome sequencing on 8 Wolbachia strains, symbionts of isopods (F & CI). Comparative genomics led to the establishment of the Wolbachia pan-genome as well as the identification of phenotype related gene patterns. We identified 2, 5 and 3 genes that are only found in mutualist, feminizing and male killing strains, respectively. Expression of genes potentially involved in feminization and mutualism were also analyzed throughout host post-embryonic development. Host-symbiont interactome approach was then initiated by protein-protein interaction studies using bacterial proteins with eukaryote like motifs as bait in order to identify Wolbachia host targets involved in symbiosis.