Dans les océans, les microbes sont à la base de la chaîne alimentaire et sont essentiels aux cycles biogéochimiques marins. Le domaine de l'écologie marine moléculaire a révélé que les microbes eucaryotes présentent une grande diversité à tous les rangs taxonomiques. Des recherches étudiant le gène ARNr 18S à partir de l'ADN ont fourni des informations phylogénétiques sur les communautés microbiennes eucaryotes dans l'océan Arctique. Ce projet constitue la première étude portant sur la diversité de ces communautés à partir des transcrits d'ARNr. Ces transcrits ont révélé l'identité taxonomique des communautés microbiennes eucaryotes actives dans cette région sensible aux changements climatiques. En plus, ceci est la première étude, en haute mer, de la nitrate réductase assimilatrice (NR), un gène eucaryote fonctionnel clé. La comparaison entre l'ADN et l' ARN fourni de l'information sur l'histoire des masses d'eau et permet de lier la taxonomie et l'activité dans un environnement naturel.

Ce travail a pour objectif d'améliorer la connaissance des mécanismes physiologiques qui président à la tolérance à l'ennoyage du chêne. La principale contrainte de l'ennoyage est un déficit en oxygène (hypoxie). Les réponses à ce stress sont étudiées chez le chêne pédonculé (réputé tolérant) et le chêne sessile (plus sensible), à des stades précoces de développement des semis, en présence des cotylédons. Une période de drainage est incluse pour mimer un ennoyage temporaire. La croissance des semis a été suivie, notamment au niveau de l'architecture racinaire. La contribution de la nutrition azotée (assimilation et allocation) a été évaluée en suivant au préalable le devenir des éléments minéraux azotés dans la rhizosphère. La gestion des réserves glucidiques (amidon et sucres solubles) des organes de réserve (cotylédons) et des organes en croissance lors du développement des semis a été mise en relation avec la tolérance à l'ennoyage des chênes. Il ressort des paramètres de croissance étudiés que l'ennoyage a peu d'effets sur la première vague de croissance foliaire mais inhibe la deuxième vague, alors que la croissance racinaire est particulièrement inhibée. Néanmoins, le chêne pédonculé est capable d'une forte colonisation racinaire des horizons superficiels du sol ennoyé et, après drainage, son aptitude à régénérer des racines est plus efficace que chez le chêne sessile. Dans la rhizosphère, l'ennoyage entraîne un basculement réversible des formes azotées nitrates / ammonium. Les modifications du métabolisme azoté sont globalement similaires entre les deux espèces. L'assimilation de l'azote, via la nitrate réductase et la glutamine synthétase, n'est pas réellement perturbée mais, les deux espèces présentent une carence azotée au niveau foliaire. L'assimilation et l'allocation azotée n'apparaissent pas comme des traits discriminants de la tolérance à l'ennoyage chez ces espèces. Sous ennoyage, l'accumulation totale d'amidon est réduite mais elle reste active dans la partie basale du pivot et dans la tige des deux espèces. Elle est cependant plus élevée chez le chêne pédonculé. L'ennoyage restreint la mobilisation des réserves cotylédonaires d'amidon, notamment chez le chêne pédonculé. L'activité des α amylases cotylédonaires corrobore le taux de mobilisation de l'amidon. La tolérance à l'ennoyage des semis de chêne n'est pas associée à une stimulation de la mobilisation des réserves glucidiques cotylédonaires. Le chêne pédonculé serrait plus économe en glucide que le chêne sessile (faible mobilisation cotylédonaire / stockage d'amidon élevé / meilleure croissance). Cette particularité pourrait constituer un marqueur physiologique important de la tolérance à l'ennoyage chez les chênes.

Mon objectif a consisté à élucider à l'échelle moléculaire le fonctionnement des systèmes enzymatiques complexes impliqués dans des processus de conversion d'énergie chez les êtres vivants. Je m'intéresse en particulier à la compréhension de deux étapes clés du fonctionnement commun à un grand nombre de ces systèmes, à savoir (i) les étapes d'interaction de ces complexes avec les quinones membranaires et (ii) les mécanismes catalytiques au niveau des sites actifs à molybdène. Le système modèle que j'étudie est la nitrate réductase A issue de la bactérie E. coli, en collaboration avec l'équipe du Dr. Axel Magalon (LCB, Marseille). Il permet la respiration anaérobie en catalysant la réduction du nitrate en nitrite et joue un rôle important dans le cycle biogéochimique de l'azote. Ma recherche vise en particulier à identifier les facteurs moléculaires qui permettent d'ajuster la réactivité de ces systèmes. Cela nécessite l'obtention d'informations structurales à l'échelle atomique sur ces complexes macromoléculaires. La stratégie utilisée a consisté dans un premier temps à générer des intermédiaires paramagnétiques clefs du fonctionnement de ces systèmes (radicaux semiquinones ou ion MoV). Puis j'ai caractérisé leurs propriétés rédox par potentiométrie suivie par spectroscopie RPE. Enfin, j'ai utilisé les techniques de spectroscopie RPE impulsionnelle à haute résolution, notamment la spectroscopie de corrélation des sous niveaux hyperfins (HYSCORE) pour sonder l'environnement magnétique local de ces intermédiaires à travers la détection des interactions nucléaires hyperfines et quadripolaires qui sont trop faibles pour être visibles par spectroscopie RPE classique. / The aim of my work is to elucidate at the molecular level the structure and the function of enzymes involved in energy conversion processes in living organisms. In particular, it is focused on the understanding of two important steps found in many of these systems, namely (i) their interaction with membrane quinones acting as electron/proton shuttles and (ii) the catalytic mechanism at the molybdenum active site. The nitrate reductase A (NarGHI) from the bacterium Escherichia coli is used as a model for these studies. This membrane-bound complex reduces nitrate into nitrite during anaerobic respiration and plays therefore an important role in the global nitrogen cycle. The goal of my research is mainly devoted to the identification of the molecular factors tuning the reactivity of this system at the two active sites. For this purpose, I mainly relied on the structural characterization of key paramagnetic intermediates e.g. semiquinone radicals or Mo(V) ion using electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy in combination with rédox potentiometry. High resolution pulse EPR methods, especially Hyperfine Sublevel Correlation (HYSCORE) spectroscopy, were used to probe their local environment through the detection of hyperfine (and eventually quadrupole interactions) to nearby magnetic nuclei that are otherwise too weak to be measurable in conventional continuous wave EPR spectroscopy.

En fournissant l’énergie nécessaire au métabolisme, la phosphorylation oxydative (OXPHOS) est un processus essentiel pour la plupart des organismes vivants. Pour faire face à diverses conditions métaboliques, l’efficacité des chaines respiratoires de la membrane composant l’OXPHOS doit être optimisée. Il est donc important de déterminer les mécanismes qui permettent de réguler l’efficacité de l’OXPHOS en fonction des besoins métaboliques.La question posée est la suivante : existe-t-il une organisation particulière des acteurs de l’OXPHOS dans la membrane des procaryotes qui puisse réguler l’activité de l’OXPHOS ?J’ai étudié l’organisation spatio-temporelle d‘un complexe respiratoire majeur de l’anaérobiose, la nitrate réductase NarGHI chez E. coli. Après avoir créé les outils pour la visualisation de ce complexe dans la cellule, j’ai montré l’existence d’une microcompartimentation de NarGHI aux pôles de la cellule lors d’une respiration en anaérobiose par microscopie optique à fluorescence. Dans un deuxième temps, j’ai montré le caractère dynamique de cette localisation en fonction des conditions métaboliques. L’anaérobiose et la présence d’un ∆pH suffisant sont des éléments requis pour permettre ce niveau d’organisation. Enfin, j’ai démontré que la microcompartimentation de NarGHI aux pôles des cellules augmente le flux d’électrons et l’efficacité des chaines respiratoires associées à la respiration du nitrate.L’ensemble des travaux réalisés au cours de ma thèse permet une meilleure compréhension du processus de l’OXPHOS chez les procaryotes et donne une nouvelle vision des moyens employés pour optimiser l’OXPHOS en fonction des différentes conditions métaboliques. / By providing the energy for the cellular metabolism, oxidative phosphorylation (OXPHOS) is an essential process for most living organisms. In order to thrive, the efficiency of membrane respiratory chains which constitute the OXPHOS must be optimized. Thus it is important to address mechanisms by which the efficiency of the OXPHOS is regulated in response to varying metabolic needs.The question addressed during this PhD is the following: does it exist a specific organization of the OXPHOS components in prokaryotic membranes and does it contribute to the regulation of the OXPHOS process?I have investigated the spatio-temporal organization of a respiratory complex, the nitrate reductase NarGHI of the E. coli bacterium. After creating the tools needed to visualize submicrometrically this complex in the unique cell, I have shown the existence of a polar microcompartimentation during anaerobic respiration using fluorescence microscopy. I have demonstrated the dynamic subcellular organization of NarGHI in response to metabolic conditions. Anaerobiosis and a sufficient ∆pH are cues required to promote such cellular organization. Finally, I have demonstrated that polar microcompartimentation of the complex increases the electron flux and the efficiency of the associated respiratory chains.Overall, these results provide a novel view on OXPHOS in bacterial cells by demonstrating that spatio-temporal organization of a respiratory complex tunes the overall efficiency of the process in response to environmental cues.

Le monoxyde d’azote (NO) régule un grand nombre de processus physiologiques tel quele développement ou les réponses aux modifications des conditions environnementales. Dans cetravail, la production de NO et ses effets ont été étudiés dans le contexte des interactions plante –pathogène. La production de NO générée chez Arabidopsis thaliana par les oligogalacturonides(OGs), eliciteur endogène des réactions de défense, a été mesurée par la sonde fluorescente 4, 5-diamino fluoresceine diacetate. L’utilisation d’approches pharmacologiques et génétiques ontpermis d’étudier les sources enzymatiques de la production de NO et son rôle dans l’interactionA. thaliana/Botrytis cinerea. Nous avons montré que le NO est produit par une voie dépendantede la L-arginine ainsi que d’une voie impliquant la Nitrate Réductase. La production de NOinduite par les OGs est dépendante du Ca2+ et modulée par les formes activées de l’oxygène(produites par AtRBOHD). La production de NO est également régulée par les CDPKs mais estindépendante des activités MAPKs. A l’aide d’une approche transcriptomique nous avons ensuitedémontré que le NO participe à la régulation de l’expression de gènes induits par les OGs tels quedes gènes codant pour des protéines PR ou des facteurs de transcription. La sur-représentation decertains éléments régulateurs (par exemple de type W-box) dans les régions promotrices desgènes cibles du NO suggère également l’implication de facteurs de transcription spécifiques dansla réponse au NO. Enfin, des plantes mutantes, affectées dans l’expression de gènes cibles de NO,ainsi que des plantes de type sauvage (Col-0) traitées par le piégeur de NO, cPTIO, sont plussensibles à B. cinerea. L’ensemble de ces résultats nous a permis de mieux comprendre lesmécanismes liant la production de NO, ses effets et la résistance d’A. thaliana à B. cinerea,confirmant que le NO est un élément-clé des réactions de défense des plantes / Nitric oxide (NO) regulates a wide range of plant processes from development toenvironmental adaptation. In this study, NO production and its effects were investigated in aplant-pathogen context. The production of NO following Arabidopsis treatment witholigogalacturonides (OGs), an endogenous elicitor of plant defense, was assessed using the NOsensitive probe 4, 5-diamino fluorescein diacetate. Pharmacological and genetic approaches wereused to analyze NO enzymatic sources and its role in the Arabidopsis thaliana /Botrytis cinereainteraction. We showed that NO production involves both a L-arginine- and a nitrate reductase(NR)-pathways. OGs-induced NO production was Ca2+-dependent and modulated RBOHDmediatedROS production. NO production was also regulated by CDPKs activities, but workedindependently of the MAPKs pathway. Using a transcriptomic approach, we further demonstratedthat NO participates to the regulation of genes induced by OGs such as genes encoding diseaserelatedproteins and transcription factors. The over-representation of certain regulatory elements(e.g. W-BOX) in promoter sequences of target genes also suggests the involvement of specifictranscription factors in the NO response. Mutant plants impaired in several selected NOresponsivegenes, as well as Col-0 plants treated with the NO scavenger cPTIO, were moresusceptible to B. cinerea. Taken together, our investigation deciphers part of the mechanismslinking NO production, NO-induced effects and basal resistance to Botrytis cinerea. Moregenerally, our data reinforce the concept that NO is a key mediator of plant defense responses

Zymoseptoria tritici est l'un des dix plus importants champignons pathogènes des plantes. Son impact économique sur la production de blé et ses caractéristiques biologiques (dimorphisme levure-hyphae, hémi-biotrophie, populations sexuées et diversifiées) fait de Z. tritici un organisme unique parmi les champignons pathogènes des plantes. Au cours des dix dernières années, il a suscité un intérêt croissant de la communauté scientifique conduisant au développement d'outils génomiques et génétiques. Ces efforts ont permis de mieux comprendre les mécanismes impliqués dans sa pathogénie et son évolution. Nous avons focalisé notre étude sur les trois «Mitogen-Activated Kinases» (MAPK) ZtFus3, ZtHog1 et ZtSlt2 de Z. tritici nécessaires au succès de l’infection. Nous avons réalisé une caractérisation phénotypique détaillée du mutant de délétion ZtSLT2 lors de l'infection du blé et du développement fongique in vitro. Nous avons montré que le mutant ΔZtslt2 est non pathogène pour les feuilles de blé, même lorsque la pénétration stomatique est court-circuitée par injection de spores dans la feuille, ce qui suggère que ce mutant présente un défaut dans la colonisation des tissus de la plante. Pendant la croissance in vitro, ZtSLT2 est nécessaire à la pigmentation, des colonies, l’émergence des hyphes aériens, la formation de biofilm et l’hydrophobicité de la colonie. Ces phénotypes sont des marqueurs d'un processus développemental qui se produit pendant le vieillissement de la colonie de Z. tritici (développement de colonies pigmentées et hydrophobes portant des hyphes aériens blancs). Ce processus développemental survient à des moments différents selon le milieu de culture et la température, le plus rapide étant sur milieu pauvre «Pomme de terre Glucose» (PD) à 25 °C (4 jours) et le plus lent sur milieu riche complet «Extrait de Levure, Peptone, Glucose» (YPD) à 18 °C (18 jours). Nous avons montré que les gènes codant pour des enzymes impliquées dans la biosynthèse de la mélanine, des α-1,3-glucanes et des hydrophobines sont surexprimées au cours de ce processus développemental dans la souche sauvage, en particulier après trois jours de culture sur PD à 25 °C par rapport aux autres conditions. Cette surexpression nécessite que la voie ZtSLT2 soit fonctionnelle. L’analyse transcriptomique (RNAseq) de ces conditions différentielles est en cours pour identifier le réseau de gènes nécessitant la protéine Slt2 pour leur expression. Ces gènes cibles de ZtSLT2 sont des facteurs de pathogénicité putatifs.Nous avons également développé un nouvel outil moléculaire pour Z. tritici. Nous avons montré que les promoteurs pMoNIA1 et pZtNIA1 des gènes codant les nitrates réductases de Magnaporthe oryzae et Z. tritici, respectivement, sont régulés par la source d’azote du milieu de la même façon chez Z. tritici. L’expression de gènes sous le contrôle de ces deux promoteurs est maximale en présence de nitrate comme seule source d'azote, mais réduite en présence de glutamate. Ces promoteurs peuvent donc être utilisés pour l'expression conditionnelle de gènes et le remplacement de promoteur chez Z. tritici. Ils seront utiles pour contrôler l'expression des allèles constitutivement actifs des MAP kinase kinases dans le but d’activer les voies des MAPK de manière conditionnelle. / Zymoseptoria tritici is one of the ten more important fungal plant pathogens. Its economic impact on wheat production and its biological characteristics (yeast-fungal dimorphism, hemi-biotrophy, sexual and highly diverse populations) make Z. tritici unique among fungal plant pathogens. It has therefore drawn attention of the scientific community during the last ten years, leading to the development of genomic and genetic tools. These efforts have improved our understanding of its pathogenicity and evolution. We have focused our study on the three Z. tritici Mitogen-Activated Protein Kinase (MAPK) signalling pathways (ZtFUS3, ZtHOG1, and ZtSLT2) which are required for pathogenicity. We provided novel insights in the role of ZtSlt2 MAPK signalling pathway using a detailed phenotypic characterization of SLT2 deletion mutant during wheat infection and in vitro development. We showed that SLT2 is non-pathogenic on wheat leaves, even when stomatal penetration is bypassed by spore injection, suggesting a defect in leaf colonisation. During in vitro growth, SLT2 is required for melanisation, aerial hyphae emergence, biofilm formation and colony hydrophobicity which are markers of a developmental switch occurring during Z. tritici colony aging (development of melanised and hydrophobic colonies supporting abundant white aerial hyphae). This developmental switch occurs at different times depending on media and temperatures, quickest being on poor plant-derived Potato Dextrose (PD) medium at 25°C (4 days) and slowest on rich complex Yeast Extract Peptone Dextrose (YPD) medium 18°C (18 days). We provided evidence that genes encoding enzymes involved in both melanin and α-1,3-glucan biosynthesis, and hydrophobins are up-regulated during this developmental switch in wild type, in particular at 3 days on PD at 25°C compared to other conditions. This up-regulation clearly requires a functional ZtSLT2 pathway. Transcriptomic analysis (RNAseq) of these differential conditions is ongoing to identify the network of genes requiring SLT2 for their expression. These SLT2 target genes are putative pathogenicity factors. We also provide a new molecular tool for Z. tritici. We showed that pMoNIA1 and pZtNIA1 promoters from nitrate reductases encoding genes of Magnaporthe oryzae, and Z. tritici, respectively, are nitrogen-responsive in Z. tritici to a similar extent. They are fully expressed in presence of nitrate as sole nitrogen source and down-regulated in presence of glutamate, showing they are suitable for conditional gene expression and promoter replacement in Z. tritici. These promoters will be useful to control the expression of constitutively active alleles of MAP Kinase kinases in order to activate MAPK pathways in a conditional manner.