Les microorganismes jouent un rôle prépondérant dans le fonctionnement des écosystèmes aquatiques, où ils sont à la base de la minéralisation et du recyclage de la matière organique. Les« vrais » champignons, ou Eumycètes, font partie de ces microorganismes hétérotrophes qui permettent le renouvellement de la matière organique dans les écosystèmes. Pourtant, la diversité et l’importance quantitative et fonctionnelle des champignons restent très largement méconnues dans les milieux pélagiques. Récemment, l’utilisation de méthodes moléculaires pour étudier la diversité des picoeucaryotes (de taille < 5 μm) lacustres a mis en évidence l’importance des champignons microscopiques avec, notamment, la présence de chytridiomycètes (chytrides). Cette découverte, en conjonction avec le rôle important connu des Eumycètes dans d’autres écosystèmes naturels, nous a amené à poser l’hypothèse d’une diversité et d’un rôle fonctionnel importants des champignons dans les écosystèmes pélagiques. Ce travail vise à préciser la diversité globale, la structure génétique et l’importance quantitative des différentes divisions du règne des Eumycota dans les écosystèmes pélagiques lacustres, et à proposer des outils méthodologiques pour l’étude écologique de ces peuplements. La diversité phylogénétique et l’importance des champignons de taille comprise entre 0,6 et 150 μm ont été analysées dans trois milieux pélagiques différents. Une étude de clonage-séquençage de l’ADNr 18S et de l’ITS a été réalisée au printemps 2007 dans les lacs Pavin (oligomésotrophe), Aydat (eutrophe) et Vassivière (mésotrophe, humique). L’affiliation phylogénétique des séquences a permis, non seulement de confirmer la présence d’une importante diversité de chytridiomycètes parasites du phytoplancton, mais aussi de mettre en évidence la présence non négligeable d’ascomycètes et de basidiomycètes, potentiellement saprophytes. L’étude de la dynamique saisonnière de la structure des peuplements (par TRFLP) et de l’importance quantitative de différentes divisions (par PCR quantitative) de la communauté fongique ont permis de déceler des différences en fonction des saisons et de l’écosystème. Ces différences ont été reliées à la dynamique des peuplements phytoplanctoniques, avec une influence des apports allochtones, principalement dans le lac eutrophe d’Aydat. De plus, les séquences moléculaires générées au cours de ces dernières années ont permis l’élaboration d’amorces ciblant des clades de champignons microscopiques d’intérêt, pour une étude écologique de la dynamique des peuplements, par des approches PCR à temps réel et FISH (fluorescent in situ hybridization). Enfin, nous considérons que l’acquisition de données complémentaires permettra d’intégrer les champignons saprophytes et parasites dans les flux de matière et d’énergie qui transitent par les écosystèmes pélagiques et les cycles biogéochimiques associés. / Microorganisms play major roles in aquatic ecosystems, primarily as the main actors for organic matter mineralization and recycling. “True” fungi (i.e. Eumycota) are among heterotrophic microorganisms that are highly efficient in recycling organic materials in natural ecosystems. However, the overall diversity of fungi and their quantitative and functional importance remain largely unknown in typical pelagic ecosystems. Environmental 18S rDNA surveys have recently highlighted the importance of microscopic fungi in the diversity of picoeukaryotes (size < 5 μm) in lake ecosystems, including particularly the members of chytridiomycetes (i.e. chytrids) as the dominant phyla. These studies and the known major roles of fungi in natural ecosystems such as soils have leaded us to venture the hypothesis that fungal diversity and functional roles are important structuring factors in pelagic ecosystems. The main aims of the thesis were to examine the overall diversity, genetic structure and quantitative importance of various phyla belonging to the Kingdom Fungi in freshwater pelagic ecosystems. Methodological tools were also developed for ecological investigations of fungal populations of interest. Phylogenetic diversity and quantitative importance of fungi (size classe: 0.6 and 150 μm) were analysed in three contrasting pelagic lakes. Environmental 18S and ITS rDNA surveys were performed during spring 2007 in the oligomesotrophic Lake Pavin, the eutrophic Lake Aydat, and the mesotrophic and humic Lake Vassivière, all located in the French Massif Central. Phylogenetic affiliation of sequences confirmed the presence and the substantial diversity of chytridiomycetes, known as parasites of primarily phytoplankton. We also have unveiled a sizeable number of sequences belonging to the fungal lineages of ascomycetes and basidiomycetes, mainly known as saprophytes. The seasonal dynamics of fungal community structure (essayed by TRFLP),and the quantitative importance of various taxonomic divisions (estimates by real time quantitative PCR or qPCR), revealed significant differences with seasons and with ecosystems. These differences were linked to phytoplankton composition and population successions, with at times the influence of allochthonous inputs, primarily for the eutrophic Lake Aydat. Finally, molecular sequences obtained during the few past years allowed the development of primers for targeting microscopic fungal lineages of interest, and the ecological study of their in situ dynamics using qPCR and FISH (fluorescent in situ hybridization) approaches. Overall, we consider that the acquisition of complementary data is necessary to allow the inclusion of fungi and their main functions (i.e. saprophytisms and parasitism) in the energy and matter fluxes in pelagics ecosystems, and the related biogeochemical cycling.

Le priming effect (PE) est la sur-minéralisation de la matière organique du sol (MOS) après un apport de matière organique fraiche. Ce phénomène serait généré par deux mécanismes distincts, la décomposition stœchiométrique et le « nutrient mining », ayant leur propre dynamique, leurs propres acteurs, leurs propres déterminants et leur propre stock de MO ciblés. Le premier serait plutôt lié à la séquestration de MO dans les sols et l’autre à sa déstabilisation. Comprendre comment piloter l’équilibre entre ces processus à travers les pratiques agricoles, permettrait d’améliorer durablement la fertilité des sols cultivés en milieu tropical dans un contexte de changement climatique. Pour identifier les déterminants, les acteurs et les effets du climat et des pratiques agricoles sur les différents processus générateurs de PE, nous avons combiné la caractérisation physicochimique des sols, la caractérisation des communautés microbiennes et le suivi de la minéralisation des MO par les techniques isotopiques. Ainsi, nous avons pu identifier différentes populations bactériennes et fongiques, associées à chacun des processus, que nous avons classées dans des guildes fonctionnelles. La taille de ces guildes déterminait l’équilibre entre les processus, et était corrélée à la qualité de la MO présente dans le sol. Plus précisément, nous avons montré que le PE stœchiométrique était favorisé dans les sols enrichis en matière organique peu évoluée et en nutriments N et P, entretenant donc une forte communauté de décomposeurs. Ces décomposeurs devaient ainsi limiter l’accès des mineurs à la nouvelle matière organique fraichement apportée et limiter le PE par « nutrient mining ». Sur parcelles agricoles, nos résultats suggéraient que le non labour, l’association légumineuses-céréales, et l’apport de compost favorisaient ces décomposeurs responsables du priming effect stœchiométrique et donc potentiellement la stabilisation durable de la matière organique dans les sols. / The priming effect (PE) is the supplementary mineralization of soil organic matter (MOS) after the addition of fresh organic matter. This phenomenon would be generated by two distinct mechanisms, stoichiometric decomposition and "nutrient mining", having their own dynamics, their own actors, their own determinants and their own MO stock targeted. The first would be related to the sequestration of MO in the soil and the other to its destabilization. Understanding how to manage the balance between these processes through agricultural practices, would allow to improve the fertility of soil cultivated in a tropical environment in a context of climate change.To identify the determinants, actors and effects of climate and agricultural practices on the various processes generating PE, we have combined soil physicochemical characterization, characterization of microbial communities and monitoring of mineralization of MO by isotopic techniques. Thus, we were able to identify different bacterial and fungal populations, associated with processes, which we classified in the functional guilds. The size of these guilds determined the balance between the processes, and was correlated with the quality of the MO present in the soil. Specifically, we showed that stoichiometric PE was favored in soils enriched with high quality organic matter and nutrients, N and P, thus maintaining a strong community of decomposers. These decomposers also limit the access of miners to the provided new organic matter hence limiting PE by "nutrient extraction". On agricultural plots, our results suggest that non-tillage, legume-cereal rotations and compost amendments favor these decomposers responsible for the stoichiometric priming effect and thus potentially the long-term stabilization of organic matter in soils.

Fusarium verticillioides est une moisissure phytopathogène et mycotoxinogène dont l’occurrence est fréquente dans le sol et dans de nombreux céréales et végétaux et plus particulièrement dans le maïs et le blé. La contamination des cultures par F. verticillioides conduit à des maladies variées et est souvent associée avec une accumulation de mycotoxines. Les fumonisines B1 (FB1) and B2 (FB2) sont les toxines les plus dangereuses produites par F. verticillioides. Des conséquences létales de la consommation de produits alimentaires contaminés par les fumonisines ont été reportées chez les animaux et l’homme. Différentes démarches ont été utilisées pour lutter contre cette moisissure et ses toxines mais souvent liées à l’utilisation de fongicides chimiques par ailleurs reconnus pour leurs effets néfastes pour l’homme, les animaux et l’environnement. Des pratiques alternatives ont été développées pour préserver les récoltes en respectant les écosystèmes et la santé humaine et animale. L’utilisation d’amendements organiques est apparue comme une stratégie intéressante de contrôle des maladies des plantes en assurant un apport de PGPM (Plant Growth Promoting Microorganisms) et agents de biocontrôle. Notre étude a donc eu pour but de caractériser les communautés microbiennes, et plus particulièrement celles d’intérêt pour le biocontrôle, d’amendements organiques et sols amendés ainsi que de tester leur potentiel antifongique envers F. verticillioides. Les mécanismes de biocontrôle ont été étudiés en utilisant des approches métabolomiques et transcriptomiques par séquençage haut débit. L’étude des communautés microbiennes dans les amendements et les sols amendés a été réalisée par pyroséquençage de marqueurs qui sont des portions du gène ribosomal 16S et de la séquence ITS2. Le microbiote des amendements est essentiellement constitué par les familles des Pseudonocardiaceae, Bacillaceae et Trichocomaceae qui incluent différents PGPM et agents antifongiques. Par ailleurs les amendements semblent favoriser l’installation des familles d’intérêt dans les sols tout en limitant celle des pathogènes tels les Nectriaceae qui comprennent des Fusarium pathogènes. Les tests d’antagonisme ont montré que les sols amendés réduisaient la croissance de F. verticillioides de façon plus importante que le sol de référence en inhibant la production de microconidies. La production de fumonisines a également été fortement réduite en présence des métabolites produits par le microbiote des sols amendés (plus de 68 % et 92 % pour FB1 and FB2 respectivement). Des souches d’actinomycètes isolées des amendements, et identifiées comme appartenant au genre Streptomyces, ont montré une activité antifongique envers F. verticillioides. Parmi celles-ci, Streptomyces AV05 a été sélectionnée pour les tests supplémentaires en raison de son fort potentiel d’inhibition vis-à-vis de F. verticillioides. Des comparaisons des endométabolomes et transcriptomes des 2 souches cultivées seules ou en confrontation ont été réalisées et de nombreuses différences ont été remarquées pour chacune entre les 2 modalités. Ainsi, 29 métabolites impliqués dans les modifications du métabolome de F. verticillioides en co-culture avec Streptomyces AV05 ont été identifiés et différentes voies métaboliques semblent avoir été affectées. L’étude du transcriptome des 2 souches a donné des résultats allant dans le même sens que celle du métabolome. En effet des changements significatifs de niveau d’expression ont été observés au niveau transcriptomique pour 800 gènes de F. verticillioides et 115 gènes de Streptomyces AV05 en situation de confrontation. L’identification de ces gènes est en cours et plusieurs d’entre eux semblent impliqués dans les modifications des profils métaboliques observées chez les 2 souches. L’intégration des données métabolomiques et transcriptomiques devrait permettre d’améliorer a compréhension des mécanismes mis en jeu au cours de la confrontation. / Fusarium verticillioides is a phytopathogenic and mycotoxigenic filamentous fungus that can be found with high occurrence in soils and in a wide range of cereals and vegetables, particularly in corn and wheat. The F. verticillioides contamination in crops leads to various diseases and is usually associated with an accumulation of mycotoxins. Fumonisin B1 (FB1) and fumonisin B2 (FB2) are the most dangerous mycotoxins produced by Fusarium verticillioides. Lethal consequences caused by fumonisins have been reported in animals and in human due to the consumption of contaminated food products. To deal with this pathogenic fungus and its mycotoxins, several approaches have been applied but they are usually based on the use of chemical agents that are reported to be unsafe for humans, animals and ecosystems. Alternative practices that maintain the quality and the abundance of crops while preserving the ecosystems and human and animal health have been developed. The application of organic amendments has been reported as an interesting strategy for controlling diseases by providing an abundant source of PGPM (Plant Growth Promoting Microorganisms) and biocontrol agents. The aim of our study was to characterize the microbial communities of organic amendments and amended soils focusing on the microbial families of interest for biocontrol and to assess the antifungal potential of amended soils and their microbiota towards F. verticillioides. Mechanisms of biocontrol were studied using metabolomics and transcriptomics approaches. Evaluation of microbial communities in amendments and amended soils using pyrosequencing of the 16S rDNA and the ITS genes showed that the amendments contained mainly the families of Pseudonocardiaceae, Bacillaceae and Trichocomaceae that were believed to include various PGPM and antifungal agents. Furthermore, the amendments were expected to promote the families of interest in soil and also to limit those of pathogens such as Nectriaceae that might contain many pathogenic Fusarium. Antifungal assays showed that the amended soils reduced the F. verticillioides growth better than the reference soil by inhibiting the microconidia production. The fumonisin production was strongly reduced by the metabolites produced by the amended soils’ microbiota (up to 68 % and 92 % for FB1 and FB2 respectively). Some actinomycete isolates from these amendments were identified as Streptomyces and they demonstrated antifungal activity against F. verticillioides. Among the Streptomyces strains, Streptomyces AV05 was selected for further studies because of its strong inhibition towards F. verticillioides. The interaction between the Streptomyces strain AV05 as antagonist agent and F. verticillioides was investigated. The study of the endometabolome and the transcriptome of the two microorganisms was carried out in two different conditions: strains cultivated alone or in confrontation. Many modifications have been noticed into the endometabolome of the 2 microorganisms during the direct confrontation and 29 metabolites involved in the endometabolome alteration of F. verticillioides in co-culture with Streptomyces AV05 were identified. Many fungal metabolic pathways were suggested to have been affected. The results of the study of the mRNA of the 2 strains appeared to be in accordance with the metabolomics results. A change in the transcriptomic level was observed: 800 genes of F. verticillioides and 115 genes of Streptomyces AV05 were found to be expressed differently when the strains were cultivated alone or in confrontation. The identification of these genes is in progress. Many of them are expected to be responsible for the change in the metabolic profiles observed in the bacterial-fungal interaction. The integration of the metabolomic and transcriptomic informations could improve the understanding of the mechanisms of biocontrol during direct confrontation.

Contrôler les bactéries altérantes des aliments, notamment les produits carnés crus, est un enjeu majeur pour les industries agroalimentaires. Les conditions de stockage de la viande sous différentes atmosphères exercent une pression de sélection et modifient le comportement et le développement des communautés bactériennes initialement présentes. Des méthodes de séquençage à haut débit, utilisées pour caractériser différents écosystèmes microbiens, ont été appliquées pour étudier la dynamique des communautés bactériennes de la viande de poulet au cours du stockage.Nous avons développé une méthode pour constituer des écosystèmes microbiens standards dont la composition a été déterminée par pyroséquençage du gène de l’ARNr 16S. La présence de Brochothrix thermosphacta et de Pseudomonas parmi les espèces dominantes a été confirmée et nous avons mis en évidence que Shewanella et Carnobacterium étaient sous dominantes. Nous avons sélectionné deux écosystèmes pour effectuer des challenges tests reproductibles sur de la viande de poulet conservée sous 3 atmosphères couramment utilisées. Une analyse métatranscriptomique et métagénomique a été réalisée afin de savoir “Quelles bactéries étaient présentes ?”, “Qu’étaient-elles capables de faire?” et “Qu’exprimaient-elles?” suivant les conditions.Nous avons ainsi pu évaluer l’impact des mélanges gazeux sur la dynamique bactérienne et les fonctions exprimées par les bactéries suivant les contaminants initiaux. Cela nous donne des pistes pour fournir des indications afin d’optimiser la conservation de la viande en contrôlant les écosystèmes microbiens / Controlling spoilage microorganisms, especially in raw meat products, is challenging for the food industry.Storage conditions such as modified atmosphere packaging (MAP) have selective effects on the microbiota dynamics. Thanks to the recent developmentof next generation sequencing methods widely used for characterizing microbes in different ecosystems, we studied bacterial community dynamics during chickenmeat storage.We developed a method to constitute a standard meat microbial ecosystem hosting known bacterial species previously described by 16S rRNA sequencing. Our results confirmed the presence of Brochothrix thermosphacta and Pseudomonas and we also showed the presence of subdominant species as Shewanella and Carnobacterium. We selected 2 bacterial communities enabling reproducible challenge tests on meat during 9 days of storage at 4°C under 3 different atmospheres currently used in the industry.Metatranscriptomic and metagenomic analyses were performed to know “Who is there?”, “What can they do?” and “What are they expressing?” depending on the gaseous mixtures and on the initial microbiota.Consequently, we could evaluate the impact of storage atmosphere on the microbiotas dynamics and on the functions the bacteria expressed, depending on the storage condition and on the nature of the bacterial communities present. This led to indications of optimized storage conditions of poultry meat by managing their ecosystems.

Ce travail de thèse vise à décrire l'écodynamique d'herbicides -tricétones synthétiques (sulcotrione et mésotrione) et naturel (leptospermone) et à estimer leur impact écotoxicologique sur la communauté bactérienne de sols agricoles. Les processus impliqués dans la dissipation de ces herbicides (adsorption et biodégradation) ont été étudiés dans des microcosmes de sol. Deux souches bactériennes, Bradyrhizobium sp. SRl dégradant la sulcotrione et la mésotrione, et Methylophilus sp. LS1 dégradant la leptospermone ont été isolées. Une banque de 12000 mutants de Bradyrhizobium sp. SRl a été construite et deux mutants Sul• ont été sélectionnés, mais les gènes interrompus ne codent pas pour les enzymes de dégradation de la sulcotrione. L'impact écotoxicologique des tricétones synthétique (sulcotrione) et naturelle (leptospermone) sur la communauté bactérienne du sol a été estimé à l'aide d'outils de métagénomique et de métabolomique. La leptospermone modifie de manière transitoire la diversité et la composition de la communauté bactérienne, en accord avec sa rémanence dans les sols. La sulcotrione ne modifie ni la diversité ni la composition de la communauté bactérienne. La combinaison des approches de métagénomique et de métabolomique est prometteuse pour évaluer l'impact écotoxicologique des herbicides sur les microorganismes du sol. / This work aims to describe the ecodynamics of synthetic (sulcotrione and mesotrione) and natural (leptospermone) -triketone herbicides and to estimate their ecotoxicological impact on the bacterial community in arable soils. The processes involved in the dissipation of these herbicides (adsorption and biodegradation) have been studied in soil microcosms. Two bacterial strains, Bradyrhizobium sp. SRl able to degrade sulcotrione and mesotrione, and Methylophilus sp. LS1 degrading leptospermone, have been isolated. A bank of 12 ooo mutants of Bradyrhizobium sp. SR1 was established allowing the selection of two Sul•mutants but interrupted genes didn't code for enzymes degrading sulcotrione. The ecotoxicological impact of synthetic (sulcotrione) and natural (leptospermone) triketones on soil bacterial community was estimated using metagenomics and metabolomic tools. Leptospermone transitory modified the diversity and composition of the bacterial community, in accordance with its persistence in soil. Sulcotrione did not modified neither the diversity nor the composition of the bacterial community. The combination of metagenomics and metabolomics is promising for the assessment of ecotoxicological impact of herbicides on soil microorganisms.

L‟eutrophisation croissante des écosystèmes aquatiques favorise le développement des cyanobactéries, parmi lesquelles Microcystis est la plus représentée dans les régions tempérées. La capacité de Microcystis à produire une puissante hépatotoxine, la microcystine, est à l‟origine de diverses perturbations écologiques, et de nombreuses nuisances sanitaires. La compréhension des facteurs déterminant la toxicité des efflorescences de Microcystis constitue, de fait, un enjeu majeur des recherches actuelles. Dans ce contexte, l‟objectif premier de ce travail de thèse était d‟étudier la variabilité temporelle et l‟implication potentielle de la toxicité de Microcystis à l‟échelle de son cycle de développement annuel. Pour cela, il était nécessaire de considérer, en particulier, les parties les moins connues du cycle de développement : la phase de survie benthique, et les transitions entre les phases benthique et planctonique, via les processus de recrutement et de sédimentation. Nous avons alors étudié le potentiel toxique des populations de Microcystis grâce à des approches complémentaires menées à différentes échelles spatio-temporelles, en considérant à la fois les gènes impliqués dans la synthèse de microcystines, leur transcription et les concentrations en microcystines. Cette étude s‟est appuyée, en parallèle, sur la caractérisation de la structure génétique des populations de Microcystis dans les compartiments benthique et planctonique. La prise en compte systématique de la phase de vie benthique a tout d‟abord permis d‟améliorer nos connaissances sur cette phase du cycle de développement de Microcystis. Ainsi, Microcystis peut survivre plusieurs années en profondeur dans les sédiments, sans que les populations ne perdent leur potentiel toxique, ou que leur structure génétique soit altérée. En revanche, en surface des sédiments, le potentiel toxique et la structure génétique des populations sont variables, de manière similaire à ce qui peut être observé dans la colonne d‟eau. Enfin, ces travaux ont également mis en évidence l‟influence des phases de transition entre l‟eau et les sédiments dans la variabilité du potentiel toxique et de la structure génétique des populations de Microcystis. Les processus de recrutement benthique et de sédimentation occasionnent, en effet, une sélection génétique, qui, bien que paraissant indépendante du potentiel toxique des génotypes, peut grandement affecter le potentiel toxique des sous-populations benthiques et planctoniques de Microcystis. / The increasing eutrophication of aquatic ecosystems promotes the development of cyanobacteria, among which Microcystis is the most widespread in temperate regions. The ability of this cyanobacterium to produce a potent hepatotoxin, called the microcystin, represent a serious threat for both natural life and human health. Thus, understanding the factors determining the toxicity of Microcystis blooms is a major challenge of actual research. In this context, the main goal of this work was to study the temporal variability and the potential implication of Microcystis toxicity, at the scale of its annual life cycle. For that, it was necessary to consider more particularly, the least known parts of the cycle : the benthic survival phase, and the transition between the benthic and the planktonic phases, through the benthic recruitment and the sedimentation processes. Then, we studied the toxic potential of Microcystis populations through complementary approaches conducted at different spatio-temporal scales, by considering the genes controlling the synthesis of the microcystin, their transcription and the concentrations of microcystin. In parallel, the genetic structure of Microcystis populations was characterized in both benthic and planktonic compartments. By considering systematically the benthic life stage, we were first able to improve our knowledge on this phase of Microcystis development cycle. Thus, Microcystis is able to survive several years in deep sediments, without the population‟s toxic potential or genetic structure being degraded. On the other hand, at the sediment surface, the toxic potential and the genetic structure of the populations vary, in a similar range to what observed in the water column. Furthermore, this work also shed the light on the influence of benthic-pelagic transitions in the variability of the genetic structure and the toxic potential of the populations of Microcystis. Indeed, a genetic selection occurs during the benthic recruitment and the sedimentation processes. Although such a selection does not seem to rely on the toxic potential of the genotypes, it can greatly modify the toxic potential of both benthic and planktonic sub-populations of Microcystis.

Le sol est une interface complexe entre tous les compartiments de l'environnement. Leur pollution participe à la diffusion de nombreux polluants. Les polychlorobiphényles sont des molécules toxiques persistantes dans l'environnement. Largement utilisés notamment dans les huiles diélectriques, ils contaminent aujourd'hui de nombreux sols industriels. Le traitement thermique de ces sols est très onéreux et peut entraîner l'émission de dioxines. L'objectif de ce travail est d'étudier un procédé de traitement biologique pour la dégradation des PCB dans les sols. Une dégradation biologique de PCB a été observée en présence de deux organismes cultivés, Burkholderia xenovorans et Phanerochaete chrysosporium, confirmant leur potentiel technologique en condition aérobie. En condition anaérobie, une communauté microbienne présentant la capacité de dégrader les PCB a été développé. Une étude de la diversité du gène ADNr 16S au sein de cette communauté a permis d'identifier les espèces présentes dans cette communauté. Une analyse de cycle de vie évalue les performances environnementales de deux procédés de traitement de sols contaminés par des PCB, l'un thermique, l'autre biologique. Cette analyse permet de quantifier l’avantage environnemental du procédé biologique sur son concurrent thermique. / Soil is a complex interface between all compartments of the environment. Their pollution contributes to the spread of many pollutants. PCBs are persistent toxic compounds in the environment. Widely used especially in dielectric oils, they now contaminate many industrial floors. Heat treatment of these soils is very expensive and can cause the emission of dioxins. The objective of this work is to study a biological treatment process for the degradation of PCBs in soils. Biological degradation of PCBs has been observed in the presence of two cultured organisms, Burkholderia xenovorans and Phanerochaete chrysosporium, confirming their technological potential under aerobic conditions. Under anaerobic conditions, a microbial community with the ability to degrade PCBs was developed. A study of the diversity of 16S rDNA gene within this community has identified the species in this community. An analysis of life cycle assess the environmental performance of two methods for treating soils contaminated with PCBs, one thermal and one biological. This analysis quantifies the environmental benefit of the biological process compared with the heat treatment

Le peptidoglycane (ou muréine) est un élément essentiel de la paroi chez la plupart des bactéries. Il est également la cible de nombreuses molécules antimicrobiennes : des défenses immunitaires de l’hôte, aux antibiotiques, en passant par différentes enzymes lytiques. Il a été mis en évidence que des modifications de la structure du peptidoglycane permettent aux bactéries d’acquérir des résistances face à ces différents agents. Les Corynebacteriales, un ordre de bactérie connu pour leur enveloppe atypique composée d’une membrane cytoplasmique classique et d’un complexe peptidoglycane – arabinogalactane - acides mycoliques (mAGP), montrent différents types de modifications du peptidoglycane. Au cours de ce travail, nous avons étudié deux types de modifications chez notre modèle Corynebacterium glutamicum,- une bactérie non-pathogène, souvent utilisée comme modèle de laboratoire - qui sont les amidations de deux résidus (meso-DAP et D-Glu) du domaine peptidique du peptidoglycane. Nous avons pu identifier les gènes responsables de ces modifications : ltsACg et murT/gatDCg. Une caractérisation biochimique de LtsACg a permis de montrer son rôle dans l’amidation du meso-DAP, d’identifier son substrat physiologique et l’étude du mutant inactivé pour ltsACg- a montré son rôle dans la résistance au lysozyme et aux β-lactamines. Dans un deuxième temps, nous avons débuté la caractérisation biochimique de MurT/GatDCg et l’étude du mutant conditionnel gatDCg-. Les résultats préliminaires montrent une essentialité de ce gène chez C. glutamicum, et une activité D-Glu amidase de l’opéron MurtT/GatDCg par l’expression hétérologue chez E. coli. Ces enzymes sont conservées au sein de l’ordre Corynebacteriales et les amidations du D-Glu et du meso-DAP sont retrouvées chez différentes espèces pathogènes. Cette étude ouvre donc de nouvelles perspectives pour l’étude de ces modifications chez d’autres espèces de Corynebacteriales pathogènes et tirer profit du rôle de ces amidations dans la résistance aux β-lactamines pour trouver de nouvelles cibles thérapeutiques. / Peptidoglycan is an essential and unique element in cell wall of most bacteria. It is also the target of many antimicrobial molecules as immune defense molecules, antibiotics or lytic enzymes. It has been shown that modifications of its structure can allow bacteria to become resistant for those molecules. Corynebacteriales, is an order of bacteria, known for their atypical envelope with a classical plasmic membrane surrounded by a huge complex made of peptidoglycan, arabinogalactan and mycolic acids (mAGP). Peptidoglycan of different species in this order have distinct types of modifications. During this work, we study two types of modifications in our model Corynebacterium glutamicum – a non-pathogenic bacteria usually used as a lab model – which are amidation of both residues (meso-DAP and D-Glu) of the peptide chain of peptidoglycan. We identified genes responsible for those modifications: ltsACg and murT/gatDCg. Biochemical characterization of LtsACg showed its role in amidation of meso-DAP and the study of the mutant ltsACg- show a high impact on lysozyme and β-lactam resistance. In a second time, we have initiated biochemical characterization of MurT/GatDCg and analysis of the conditional mutant gatDCg-. Preliminary results show that gatDcg is essential in C. glutamicum and an activity of D-Glu muropeptide amidation during heterologous expression in E. coli have been detected. Those enzymes are conserved through the order of Corynbebacteriales and both modifications of D-Glu and meso-DAP were found in different species including pathogenic. This work gives new perspectives for study of modifications in other Corynebacteriales species, in particular for pathogenic species because those enzyme constitute new therapeutic targets for β-lactam resistance.

Les tapis microbiens sont des communautés benthiques, calcifiées (i.e. microbialites) ou non, diverses à la fois phylogénétiquement et métaboliquement. Les tapis microbiens fossiles constituent les plus anciennes traces de vie sur Terre et leurs représentants modernes peuvent donc être utilisés pour comprendre le fonctionnement de ces écosystèmes anciens. J'ai étudié les communautés microbiennes (archées, bactéries et eucaryotes) de plusieurs microbialites (lac Alchichica, Mexique) et tapis microbiens (dans une mare du salar de Llamara, Chili) afin de caractériser finement leur structure phylogénétique et d'améliorer notre compréhension de leur fonctionnement. J'ai pour cela utilisé une approche combinant des outils moléculaires (métabarcoding, métagénomique) à des données environnementales (paramètres physico-chimiques de la colonne d'eau ou composition minérale des microbialites). Mon travail de thèse a permis d'affiner le modèle de formation des microbialites d'Alchichica, en montrant notamment que, en plus de la photosynthèse oxygénique cyanobactérienne, le potentiel à précipiter des carbonates de la photosynthèse eucaryote et, surtout, de la photosynthèse anoxygénique est important. Les communautés des tapis de Llamara étaient quant à elles caractérisées par la présence de nombreuses lignées d'archées et de bactéries très divergentes, dont certaines ont été identifiées pour la première fois dans ce travail. Nos analyses ont aussi souligné la diversité des organismes impliqués dans les cycles du soufre et de l'azote au sein de ces systèmes et permis d'identifier de potentielles interactions biotiques entre des lignées procaryotes dont l'écologie est peu connue. Enfin, nous avons mis en évidence que les paramètres environnementaux influencent fortement la composition des communautés associées à ces microbialites et à ces tapis microbiens. L'ensemble de ces résultats permet de mieux comprendre le fonctionnement de ces systèmes ainsi que les facteurs qui influencent leur structure phylogénétique et fonctionnelle. / Microbial mats are phylogenetically and functionally diverse benthic microbial communities, which can be sometimes calcified (i.e. microbialites). Fossil microbial mats constitute the oldest traces of life on Earth and their modern representatives are thus used as analogues of those primordial ecosystems to gain insights into their functioning. I have studied the microbial communities (archaea, bacteria and eukaryotes) of several microbialites (lake Alchichica, Mexico) and microbial mats (in a small pond in the salar de Llamara, Chile). The main objectives of my PhD were to finely characterize their phylogenetic structure and to improve our understanding of the functioning of these complex ecosystems. To do so, I have applied a multi-disciplinary approach combining molecular approaches (metabarcoding, metagenomics) to environmental data (physico-chemical parameters of the water column or mineral composition of the microbialites).The results presented in this thesis allowed refining our model of microbialite formation in Lake Alchichica. We showed that, in addition to cyanobacterial photosynthesis, both eukaryotic and, particularly, anoxygenic photosyntheses were potentially important to promote carbonate precipitation. Llamara mat communities were characterised by the presence of numerous novel archaeal and bacterial lineages, some of which were identified for the first time in this work. Our analyses have also highlighted the diversity of organisms involved in both sulphur and nitrogen cycles in these mats and identified potential biotic interactions between poorly known prokaryotic lineages. Finally, we showed that the composition of the microbial communities associated to these microbialites and microbial mats was strongly influenced by environmental parameters. Overall, these results represent a substantial contribution to our understanding of the ecology of these systems as well as of the factors that influence their phylogenetic and functional structures.

Les picocyanobactéries marines Prochlorococcus et Synechococcus sont les organismes photosynthétiques les plus abondants sur la planète et sont présentes dans presque tous les océans. Au cours de cette thèse, j'ai cherché à mieux comprendre les liens entre diversité génétique et adaptation à la niche écologique chez ces deux genres. Tout d'abord, l'étude de la répartition des populations de picocyanobactéries à l'échelle mondiale à l'aide d'un marqueur taxonomique très résolutif m'a permis de définir des unités taxonomiques écologiquement significatives, et d'identifier les principaux facteurs abiotiques influençant leur répartition. La deuxième partie de ce travail a visé à identifier les bases génétiques de l'adaptation des picocyanobactéries marines à des niches écologiques distinctes. L'étude comparative de 81 génomes non-redondants de ces organismes a révélé le rôle combiné des gains et pertes de gènes et des substitutions d'acides aminés dans la diversification des deux genres, et l'analyse de la répartition des gènes de picocyanobactéries marines dans l'océan mondial m'a permis de montrer que chaque communauté, adaptée à un environnement donné, possède un répertoire de gènes distinct. Enfin, le dernier volet de cette thèse a consisté en la caractérisation physiologique et transcriptomique de cinq souches de Synechococcus soumises à des stress lumineux et thermique afin d'analyser la variabilité écotypique de la réponse au stress. Les résultats obtenus au cours de cette thèse ont donc permis d'améliorer notre connaissance des niches écologiques occupées par les picocyanobactéries marines, et de mieux comprendre les mécanismes leur ayant permis de s'y adapter. / The marine picocyanobacteria Synechococcus and Prochlorococcus are the two most abundant photosynthetic organisms on earth and are present in almost all oceans. During this PhD thesis, I explored the links between genetic diversity and niche adaptation in these two genera. First, the analysis of the distribution of picocyanobacterial populations at the global scale using a high-resolution taxonomic marker allowed me to define ecologically significant taxonomic units, to improve the delineation of their ecological niches and to identify the main abiotic factors influencing their in situ distribution. The second part of this work aimed at identifying the genetic bases of adaptation of marine picocyanobacteria to distinct niches. The comparative analysis of 81 non-redundant genomes of these organisms revealed the combined role of gene gains and losses and of substitutions in protein sequences in the diversification of both genera, and the analysis of the distribution of all known picocyanobacterial genes in the global ocean allowed me to show that each community, adapted to specific environmental conditions, possesses a distinct gene repertoire. Finally, the last part of this work has consisted in the physiological and transcriptomic characterization of five Synechococcus strains, which were submitted to light and thermal stresses in order to better understand the ecotypic variability of the stress response in this genus. Altogether, results obtained during this PhD provided many new insights into the ecological niches occupied by marine picocyanobacteria and the mechanisms allowing them to adapt to these various niches.