Les champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA), classés dans le phylum Glomeromycota, ne peuvent pas être facilement identifiés par la morphologie de leurs spores et leurs mycélia à l'intérieur ou à l'extérieur des racines de leurs hôtes. Ce problème fondamental d'identification rend l'étude de leur diversité, en particulier dans leur habitat naturel (sol et racine) extrêmement difficile. Les gènes ribosomaux ont été largement utilisés pour développer des amorces spécifiques et en inférer des arbres phylogénétiques. Cependant, ces gènes sont très polymorphes et existent en plusieurs copies dans le génome des CMA, ce qui complique l’interprétation des résultats. Dans notre étude, nous avons étudié le polymorphisme intra- et inter-spécifique du gène β-tubuline, présent en faible nombre de copies dans le génome des CMA, afin d’obtenir de nouvelles séquences nucléotidiques pour développer des marqueurs moléculaires. Les gènes β-tubuline amplifiés à partir de l'ADN génomique de cinq espèces du genre Glomus ont été clonés et séquencés. L’analyse des séquences indique un polymorphisme intraspécifique chez trois espèces de CMA. Deux séquences paralogues très variables ont été nouvellement identifiées chez les G. aggregatum, G. fasciculatum et G. cerebriforme. Aucun polymorphisme n’a été détecté chez les G. clarum et G. etunicatum. Toutes les séquences montrent la présence de deux introns hautement variables. La majorité des substitutions ont été localisées dans les exons et sont synonymes à 90%. La conservation des acides aminés suggère un niveau élevé de sélection négative sur le gène β-tubuline et nous permet de confirmer que les CMA représentent un ancien groupe fongique (400 million d’années). L’analyse phylogénétique, réalisée avec vingt et une séquences nucléotidiques du gène β-tubuline, a révélé que les séquences des Glomaceae forment un groupe monophylétique bien supporté, avec les Acaulosporaceae et Gigasporaceae comme groupe frère. Les séquences paralogues nouvellement identifiées chez les G. aggregatum et G. fasciculatum n'ont pas été monophylétiques au sein de chaque espèce. Les oligonucléotides ont été choisis sur la base des régions variables et conservées du gène β-tubuline. Le test PCR des amorces β-Tub.cerb.F/ β-Tub.cerb.R a révélé des bandes spécifiques de 401 pb pour les séquences paralogues du G. cerebriforme. Deux paires d’amorces ont été développées afin d’identifier les séquences du groupe nommé Tub.1. Les tests PCR nous ont permis d’identifier certaines séquences du groupe Tub.1. Une paire d’amorce β-Tub.2.F/ β-Tub.2.R nous a permis d’identifier certaines séquences paralogues du groupe nommé Tub.2. L’analyse d’autres gènes combinée à celle du gène β-tubuline permettra le développement de marqueurs moléculaires plus spécifiques pour l’identification de CMA. / Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) are classified in the phylum Glomeromycota. This fungal group cannot be easily identified using morphology of their spores and hyphae inside or outside plant-roots. This fundamental problem renders the study of their diversity extremely difficult, particularly in their natural habitat (soil and roots). The ribosomal genes have been widely used to develop specific primers and to infer phylogenetic trees. However, these genes are highly polymorphic and exist in multiple copies in the genome of the AMF. This leads misinterpretation of the results. In our study, we analysed the intra- and inter specific polymorphism of the β-tubulin gene, which is present in low copy number in AMF genome, to obtain further nucleotide sequences to develop molecular markers. β-tubulin genes were sequenced from genomic DNA of five Glomus species. PCR amplified β-tubulin genes were cloned and sequenced. Intra- and inter-specific polymorphism analyses indicate the polymorphic nature of β-tubulin gene in three AMF species. Two highly variable β-tubulin paralogs were newly identified in G. aggregatum, G. fasciculatum and G. cerebriforme. No evidence for the presence of paralogs was found in G. clarum and G. etunicatum. All AMF sequences show the presence of two introns, which are highly variable. The majority of substitutions are located in the exons and 90% are synonymous. The conservation of amino-acids level suggests a high level of negative selection acting on the β-tubulin gene and allows us to consider that the AMF represent an ancient fungal group (400 million years). A phylogenetic analysis, carried out with twentyone β-tubulin nucleotidic sequences, revealed that the sequences of Glomeraceae form a highly supported monophyletic group with Acaulosporaceae and Gigasporaceae as sistergroup. The newly identified paralogs from G. aggregatum and G. fasciculatum were not found to be monophyletic within each species. Oligonucleotides were designed in the conserved and variable regions. PCR amplification test of β-Tub.cerb.F / β-Tub.cerb.R revealed specific bands of 401 bp for the G. cerebriforme paralogs. Two pairs of primers were developed to identify sequences of the group named Tub.1. PCR tests have allowed us to identify certain sequences of Tub.1 group. A primer pair of β-Tub.2.F / β-Tub.2.R we identified some sequences paralogous group named Tub.2. Analysis of other genes combined with that of β-tubulin gene enable the development of more specific molecular markers for AMF identification.

Echinocardium cordatum (Pennant 1777) oursin irrégulier abondant des zones côtières tempérées a longtemps été considéré comme une espèce cosmopolite dont la vaste aire de distribution était la conséquence directe des capacités de dispersion de sa larve planctotrophe. L’étude couplée des caractéristiques génétiques [génomes mitochondrial et nucléaire (introns+microsatellites)], morphologiques (étude basée sur 20 indices morphométriques) et écologiques (distribution géographique à petite ou grande échelle, et cycle de maturation gonadique) a révélé la présence d’un complexe d’espèces jumelles dont la différenciation génétique est accompagnée d’une différenciation morphologique statistique ainsi que de différenciations écologiques plus ou moins fines. Ces espèces occupent des aires de distribution limitées (clade A : Atlantique, clade SP : Pacifique Sud, clade NP : Pacifique Nord, clade B2 : Méditerranée, et clade B1 : Méditerranée et côtes atlantiques de l’Ibérie). D’après la reconstruction de l’histoire évolutive de ce complexe, à partir des données paléontologiques et moléculaires, ces espèces auraient divergé il y a 3 (B1-B2) à 10 (A-reste) millions d’années sous l’effet de perturbations géologiques et paléoclimatiques (fermeture de la Téthys, crise messinienne de salinité et glaciations Plio-Pléistocène). Le polymorphisme morphologique et moléculaire apparaît réduit chez B1 suggérant un effectif efficace historique de cette espèce réduit. L’analyse des flux géniques contemporains révèle que les clades A et B1 échangent toujours des gènes, alors que les clades B1 et B2, ont mis en place un isolement reproducteur efficace empêchant l’hybridation. Par ailleurs, les capacités de dispersion des espèces de ce complexe sont importantes (plus de 3000 km), mais moindres comparées à d’autres espèces du genre, notamment E. mediterraneum, qui bien qu’ayant subi les mêmes évènements géologiques n’a pas formé d’espèce depuis son apparition il y aurait 28 millions d’années. D’un point de vue évolutif, les taxons à forte capacité de dispersion présenteraient des tailles efficaces de populations importantes, ainsi qu’une aire de répartition étendue et peu de différentiation génétique entre localités ; autant de caractéristiques qui devraient ralentir la vitesse de spéciation dans ces taxons. Si cette hypothèse semble se vérifier chez E. mediterraneum, il n’en est pas de même chez E. cordatum qui malgré des effectifs efficaces apparemment importants et une différenciation des populations à l’échelle régionale faible, présente une dynamique se spéciation plus rapide. Il faut envisager que d’autres caractéristiques soient à l’origine de cette différence de dynamique de spéciation, et la comparaison des exigences écologiques des deux taxons ainsi que l’isolement de la molécule responsable de la réaction acrosomique, la bindine, pourraient apporter des éléments de réponse aux nouvelles questions soulevées. / Echinocardium cordatum (Pennant 1777) an abundant irregular sea urchin from the coastal temperate zones has long been considered as a cosmopolitan species which wide distribution area was the direct consequence of its planktotrophic larvae high dispersal abilities. A combined study of the genetic [mitochondrial and nuclear genomes (introns+microsatellites)], morphologic (based on 20 morphometric indices) and ecologic (geographic distribution at fine or large scale, and gonad maturation cycle) characteristics reveals that this taxon is a complex of cryptic species for which genetic differentiations concurred with morphological and ecological ones. The different species each occupy a limited geographic areas (clade A : Atlantic, clade SP : South Pacific, clade NP : North Pacific, clade B2 : Mediterranean sea, et clade B1 : Mediterranean sea and Atlantic coasts of Iberia). According to the complex species evolutionary history reconstruction, based on fossils and molecular data, the different species diverged between 3 (B1-B2) and 10 (A-rest) million years ago, driven by geologic and paleoclimatic perturbations (Tethys closure, messinian salinity crisis, Plio-Pleistocene glaciations). Molecular and morphologic polymorphisms appear reduced in B1, suggesting a reduced historical effective size. The contemporaneous genetic flux analysis reveals that clades A and B1 exchange genes whereas clades B1 and B2 developed an efficient reproductive isolation preventing hybridization. Though dispersal abilities of the complex species are high (more than 3000 km), they appear to be smaller than those of other species of the same genera, particularly E. mediterraneum which undergone the same geological perturbations without splitting into several species since its appearance some 28 million years ago. From an evolutionary point of view, taxa with high dispersal abilities should exhibit important population effective sizes, wide distribution areas and weak genetic differentiation between localities, properties that should slow species formation within these taxa. If this hypothesis seems verified in E. mediterraneum, it is not the case in E. cordatum for which the apparent high effective size and weak regional structure contrast with the fast speciation dynamics. It seems that other characteristics might be responsible for the speciation dynamic differences, and the comparison of the two taxa ecological requirements, as well as the isolation of the gene coding for the protein responsible of the sperm specific attachment, the bindin, should bring elements to answer these questions.

Les champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA) sont des organismes microscopiques du sol qui jouent un rôle crucial dans les écosystèmes naturels et que l’on retrouve dans tous les habitats de la planète. Ils vivent en relation symbiotique avec la vaste majorité des plantes terrestres. Ils sont des biotrophes obligatoires, c'est-à-dire qu'ils ne peuvent croître qu'en présence d'une plante hôte. Cette symbiose permet entre autres à la plante d'acquérir des nutriments supplémentaires, en particulier du phosphore et du nitrate. Malgré le fait que cette symbiose apporte des services importants aux écosystèmes, la richesse des espèces, la structure des communautés, ainsi que la diversité fonctionnelle des CMA sont mal connues et l'approfondissement des connaissances dans ces domaines dépend d’outils de diagnostic moléculaire. Cependant, la présence de polymorphisme nucléaire intra-isolat combiné à un manque de données génomiques dans différents groupes phylogénétique de ces champignons complique le développement de marqueurs moléculaires et la détermination de l'affiliation évolutive à hauts niveaux de résolution (c.a.d. entre espèces génétiquement similaires et/ou isolats de la même espèce). . Pour ces raisons, il semble une bonne alternative d’utiliser un système génétique différent en ciblant le génome mitochondrial, qui a été démontré homogène au sein d'un même isolat de CMA. Cependant, étant donné le mode de vie particulier de ces organismes, une meilleure compréhension des processus évolutifs mitochondriaux est nécessaire afin de valoriser l'utilisation de tels marqueurs dans des études de diversité et en génétique des populations. En ce sens, mon projet de doctorat consistait à investiguerétudier: i) les vecteurs de divergences inter-isolats et -espèces génétiquement rapprochéesphylogénétiquement apparentées, ii) la plasticité des génomes mitochondriaux, iii) l'héritabilité mitochondriale et les mécanismes potentiels de ségrégation, ainsi que iv) la diversité mitochondriale intra-isolat in situ. À l'aide de la génomique mitochondriale comparative, en utilisant le séquençage nouvelle génération, on a démontré la présence de variation génétique substantielle inter-isolats et -espèces, engendrées par l'invasion d'éléments mobiles dans les génomes mitochondriaux des CMA, donnant lieu à une évolution moléculaire rapide des régions intergéniques. Cette variation permettait de développer des marqueurs spécifiques à des isolats de la même espèce. Ensuite, à l'aide d'une approche analytique par réseaux de gènes sur des éléments mobiles, on a été en mesure de démontrer des évènements de recombinaisons homologues entre des haplotypes mitochondriaux distincts, menant à des réarrangements génomiques. Cela a permis d'ouvrir les perspectives sur la dynamique mitochondriale et l'hétéroplasmie dans un même isolatsuggère une coexistence de différents haplotypes mitochondriaux dans les populations naturelles et que les cultures monosporales pourraient induirent une sous-estimation de la diversité allélique mitochondriale. Cette apparente contradiction avec l'homogénéité mitochondriale intra-isolat généralement observée, a amené à investiguer étudier les échanges génétiques à l'aide de croisements d'isolats génétiquement distincts. Malgré l'observation de quelques spores filles hétéroplasmiques, l'homoplasmie était le statut par défaut dans toutes les cultures monosporales, avec un biais en faveur de l'un des haplotypes parentaux. Ces résultats suggèrent que la ségrégation opère durant la formation de la spore et/ou le développement de la coloniedu mycélium. De plus, ils supportent la présence d'une machinerie protéique de ségrégation mitochondriale chez les CMAAMF, où l'ensemble des gènes impliqués dans ce mécanisme ont été retrouvé et sont orthologues aux autres champignons. Finalement, on est revenue aux sources avecon a étudié le polymorphisme mitochondrial intra-isolat à l'aide d'une approche conventionnelle de PCR en utilisant une Taq polymérase de haute fidélité, suivie de clonage et de séquençage Sanger, sur deux isolats de R. irregularis. Cela a permis l'observation d'hétéroplasmie in situ, ainsi que la co-expression de variantes de variantes de protéines'ARNm dans une souche in vitro. Les résultats suggèrent que d'autres études basées sur le séquençage nouvelle génération aurait potentiellement ignorée cette variation, offrant ainsi plusieurs nouveaux arguments permettant de considérer les CMA comme des organismes possédant une population de génomes mitochondriaux et nucléaires distincts. / The association between arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) and plant roots is one of the most widespread symbioses involving plants, and thus has an important role in terrestrial ecosystems. In exchange for carbohydrates, AMF improve plant fitness by enhancing mineral nutrient uptake, especially in particular phosphate and nitrate. Although this symbiosisDespite the fact that these symbioses contribute provides to important services toin ecosystems, the species richness, community structure and functional diversity of AMF is not well understood due to a lack of reliable molecular tools. The intra-isolate genetic polymorphism of nuclear DNA observed in AMF, combined with a lack of genomic data in a broad range of phylogenetic groups, has made it difficult to develop molecular markers and to determine evolutionary relatedness at high levels of resolution (i.e. between genetically-similar species and/or isolates). For these reasons, it seems a good alternative to use a different genetic system by targeting the mitochondrial genome, which have been shown to be homogeneous within AMF isolates. However, given the peculiar lifestyle of these organisms, a better understanding of the mitochondrial evolutionary processes and dynamics were is necessary in order to validate the usefulness of such markers in diversity and population genetics studies. In that regard, the objectives of my PhD project were to investigate: i) the divergence between closely related species and isolates, ii) mitochondrial genomes plasticity, iii) mitochondrial heritability and potential segregation mechanisms and iv) in situ mitochondrial intra-isolate allelic diversity. With Using comparative mitochondrial genomics using and next generation sequencing (NGS) sequencing, we found substantial sequence variation in intergenic regions caused by the invasion of mobile genetic elements. This variation gives risecontributes to rapid mitochondrial genome evolution among closely related isolates and species, which makes it possible to design reliable intra- and inter-specific markers. Also, an extensive gene similarity network-based approach allowed us to provide strong evidence of inter-haplotype recombination in AMF, leading to a reshuffled mitochondrial genome. These findings suggest the coexistence of distinct mtDNA haplotypes in natural populations and raise questions as to whether AMF single spore cultivations artificially underestimates mitochondrial genetic diversity in natural population.. This apparent contradiction with the intra-isolate mtDNA homogeneity usually observed in these fungi, led to the investigation of mitochondrial heritability in the spore progeny resulting from crossed-cultures. Although an heteroplasmic state was observed in some daughter spores, we found that homoplasmy was the dominant state in all monosporal cultures, with an apparent bias towards one of the parental haplotypes. These results strongly support the presence of a putative mitochondrial segregation proteic machinery in AMF, whose complete set of genes were orthologous with those found in other fungi. Our findings suggest that segregation takes place either during spore formation or colony mycelium development. Finally, we performed a conventional PCR based approach with a high fidelity Taq polymerase, followed by downstream cloning and Sanger sequencing using the model organism Rhizophagus irregularis. We found in situ heteroplasmy along with substantial intra-isolate allelic variation within the mtDNA that persists in the transcriptome. Our study also suggest that genetic variation in Glomeromycota is higher than meets the eye and might be critically underestimated in most NGS based-AMF studies both in nuclei and mitochondria.