Les familles de gènes impliqués dans le cancer et autres maladies génétiques se sont beaucoup élargies via deux Duplications Globales de Génome (DGG) qui ont eu lieu à l'origine des vertébrés. La rétention des copies de ces gènes implique une susceptibilité plus grande aux maladies génétiques et constitue une énigme du point de vue de l'évolution. Dans cette thèse, nous avons généralisé des modèles classiques de génétique des populations pour révéler le mécanisme non-adaptatif qui a conduit à cette conservation de gènes potentiellement délétères chez les vertébrés. Nous avons résolu un modèle déterministe haploïde, nous avons étendu ce modèle à des génomes diploïdes et nous avons analysé les effets de taille finie des populations et de la sélection positive par une approche stochastique. Les résultats montrent, en accord avec les données génomiques du cancer chez l'homme, que les copies DGG susceptibles aux mutations délétères dominantes sont conservées indirectement via la sélection de purification dans les espèces post-DGG, qui présentent nécessairement une incompatibilité de ploïdie avec la population pre-DGG. Les résultats obtenus en étendant des méthodes avancées d'inférence bayésienne, quantifiant les effets causaux directs, soutiennent l'hypothèse d'une influence directe de la susceptibilité aux mutations délétères dominantes sur la rétention des copies DGG. Ces résultats révèlent le mécanisme d'évolution non-adaptatif responsable de la rétention de gènes DGG susceptibles aux mutations délétères dominantes et notre extension de méthodes d'inférence bayesienne ouvre la voie à la quantification des relations causales directes dans un large ensemble de problématiques. / Gene families implicated in cancer and other genetic diseases have been greatly expanded through two rounds of whole-genome duplication (WGD) that occurred at the onset of jawed vertebrates. However, such gene duplicates are expected to lead to an enhanced susceptibility to genetic diseases, and thus their retention represents an evolutionary puzzle from a natural selection perspective. In this thesis, we have expanded classical population genetics models to reveal the non-adaptive mechanism through which such potentially deleterious ohnologs (WGD-duplicated genes) were retained in the vertebrate genomes. We have solved a deterministic haploid model, we have considered extensions to diploid genotypes, and we have analyzed population size effects and the impact of positive selection through a stochastic approach. The results demonstrate, consistently with available human cancer genome data, that ohnologs prone to dominant deleterious mutations are indirectly selected through purifying selection in post-WGD species, arisen through the ploidy incompatibility between post-WGD individuals and the rest of the pre-WGD population. Extending advanced Bayesian inference methods to quantify direct and indirect causal effects, we have found further supporting evidences for the direct role of the gene susceptibility to deleterious mutations on ohnolog retention. Our findings rationalize the evolutionary mechanism responsible for the expansion of ohnologs prone to dominant deleterious mutations, highlighting the role of WGD-induced speciation. Our extension of Bayesian inference methods paves the way for the identification of direct causal relationships in a huge variety of problems.

Chaque année, 65 millions de m3 de sédiments sont extraits par dragage des ports, des canaux, des rivières et des fleuves français. Ces matériaux sont souvent contaminés par des métaux lourds, pesticides et autres polluants organiques accumulés au cours du temps, et doivent être stockés à terre. La valorisation des sédiments contaminés est encadrée par des guides techniques et par la réglementation en vigueur. Ces guides proposent une méthodologie d’évaluation et des valeurs seuils protectrices pour la santé humaine et l’environnement, utilisant les teneurs totales en composé organique hydrophobe (COH). Ce travail évalue le comportement environnemental à long terme de sédiments contaminés et précise quels sont les paramètres et les mécanismes contrôlant la mobilité des polluants organiques, afin de passer dans les études du danger au risque. 5 sédiments de natures différentes ont été suivis au laboratoire pendant 18 mois, et diverses méthodes de mesure des fractions solides, colloïdales et dissoutes ont été pratiquées. La matière organique des sédiments est hétérogène et possède une multitude de sites de sorption. La présence d’origine exogène de suie et de matières organiques condensées (Black Carbon) et d’hydrocarbures est responsable de la forte rétention des COH dans le sédiment (coefficients de partage Kd élevés et cinétiques de désorption très lentes).Une modélisation à partir des coefficients de partage, même avec des estimations très fines, peut largement sous-évaluer le risque environnemental (facteur 1000) car la mobilité des COH au travers des colloïdes ou macromolécules dissoutes n’est pas prise en compte dans les modèles d’émission et de transport classiques. / Each year, 65 million m3 of sediment are removed by dredging of harbors, canals, rivers and French rivers. These materials are often contaminated with heavy metals, pesticides and other organic pollutants accumulated over time, and should be stored ashore. The re-use of contaminated sediments under various scenarii is supervised by technical guidelines and regulations. These guides offer an evaluation methodology and thresholds for protecting human health and the environment, using the total solid concentrations of hydrophobic organic compound (HOC). This work evaluates the long-term environmental behavior of contaminated sediments and precisely what are the parameters and mechanisms controlling the mobility of organic pollutants, to assess risk rather than hazard. 5 sediments were monitored in the laboratory for 18 months, and various methods of measuring solid, colloidal and dissolved fractions were performed. The organic matter in sediments is heterogeneous and has a multitude of sorption sites. The presence of exogenous origin of soot and condensed organic matter (Black Carbon) and hydrocarbons is responsible for the high retention of HOC in the sediment (high partition coefficients Kd and very slow desorption kinetics). Classical modeling of the dissolved phase by partition coefficients, even refined, may significantly under-estimate the environmental risk (factor up to 1000) because the mobility of COH through colloids or dissolved macromolecules is not taken into account in the conventional transmission and transport models.

Cette étude a été dédiée au développement d’une nouvelle approche de modélisation de la phytodisponibilité des éléments traces. Cette approche a été employée pour prédire l’adsorption du cuivre (Cu) sur des racines de blé et de tomate. Plusieurs techniques analytiques (titrages acido-basiques, résonance magnétique nucléaire, spectroscopie d’absorption X) ont été employées et croisées avec des résultats de modélisation. Dans un premier temps, la réactivité des racines a été caractérisée. Les racines étant constituées de parois apoplasmiques et de membranes plasmiques, la contribution respective de ces deux compartiments végétaux aux propriétés de complexation des racines a été évaluée. L’étude a ensuite été focalisée sur la complexation du Cu au sein des racines et sur l’évolution de cette complexation en fonction des conditions physico-chimiques du milieu. Grâce aux résultats obtenus sur la caractérisation des racines et à l’acquisition d’un jeu varié de données expérimentales sur la complexation du Cu, le modèle a pu être paramétré. Il a été montré que les propriétés de complexation des racines de blé et de tomate proviennent conjointement des membranes plasmiques et des parois apoplasmiques. La spéciation du Cu au sein des racines était partagée entre les composés pectiques des parois apoplasmiques et les protéines enchâssées à la fois dans les parois apoplasmiques et les membranes plasmiques. Un modèle propre aux racines a pu être développé sur la base d’un modèle existant dédié à la réactivité des substances humiques. Le modèle WHAM-THP, présenté dans cette étude, est un premier pas vers un nouvel outil d’évaluation de la phytodisponibilité des éléments traces. / This study has been dedicated to the development of a new modeling approach of trace element phytoavailability, focusing on binding reactions between trace element and plant roots. This approach was used to predict copper (Cu) adsorption on wheat and tomato roots. Several analytical techniques (acid-base titrations, nuclear magnetic resonance of carbon 13, X-ray absorption spectroscopy) were used and crossed with modeling results. At first, plant root reactivity was characterized. Because plant roots are consist of cell walls and plasma membranes, the relative contribution of these two compartments in root binding properties was evaluated. The study was then focused on Cu binding reactions on roots and the effects of physico-chemical conditions (pH, ionic strength, presence of cations) on copper binding. The model has been set thanks to results on root characterization obtained and the acquisition of a set of experimental data on Cu binding. It has been shown that binding properties of wheat and tomato roots came from both cell walls and plasma membranes. Copper speciation in roots was shared, almost evenly, between cell wall pectic compounds and proteins embedded in cell walls and plasma membranes. A model, specific to plant roots, has been developed on the basis of a current model dedicated to the humic substances reactivity. The WHAM-Terrestrial Higher Plants model presented in this study is a first step towards a new tool for assessing the availability of trace elements for plants.

Les mécanismes à l'origine de la mise en place de l'isolement reproducteur sont relativement peu étudiés dans les radiations adaptatives insulaires. Selon la théorie de la spéciation écologique, l'isolement reproducteur résulte de la sélection divergente agissant sur des populations écologiquement différentes. Par leurs caractéristiques uniques, les îles océaniques constituent des systèmes idéals pour étudier le rôle des facteurs écologiques dans la diversification des lignées endémiques. Le rôle de l'habitat et des pollinisateurs dans la restriction des flux géniques inter et intraspécifique est examiné chez le faham (Jumellea rossii et J. fragrans), une orchidée endémique des Mascareignes. Pour ce faire, les patrons de différenciation phénotypique (traits floraux morphologiques et chimiques), environnementale (habitat, altitude, climat) et génétique (microsatellites nucléaires) ont été confrontés. À l'échelle intraspécifique, les résultats montrent que les flux de gènes sont principalement limités par les différences environnementales entre habitats sans rôle évident des pollinisateurs. A l'échelle interspécifique, outre les variations d'habitat, le changement de pollinisateur semble expliquer l'absence de flux de gènes. Dans le cadre du continuum de spéciation chez le faham, l'isolement reproducteur évoluerait en premier lieu en réponse à l'adaptation aux différents habitats, puis serait renforcé par l'adaptation à différents pollinisateurs. La révision de la taxinomie du clade et les priorités en terme de conservation sont également discutées. / Mechanisms responsible for the establishment of reproductive isolation are little studied in island adaptive radiations. According to the theory of ecological speciation, reproductive isolation results from the ecologically-based divergent selection. By their unique characteristics, oceanic islands are ideal systems to study the role of ecological factors in the diversification of endemic lineages. This study focuses on the role of habitat and pollinators in restricting inter and intraspecific gene flow between populations of faham (Jumellea spp.), an orchid endemic to Mascarene Islands. To do this, patterns of phenotypic differentiation (floral traits), environmental differentiation (habitat, altitude, climate) and genetic differentiation (nuclear microsatellites) were compared. At the intraspecific level, the results show that gene flow restriction is mainly due to the colonization of different habitat types with no obvious role of pollinators. At the interspecific level, in addition to the role of habitat, pollinator shift seems to explain effective complete reproductive isolation. By placing these results into the continuum of speciation, it appears that reproductive isolation evolve initially in response to adaptation to different habitats and, in a second phase, would be enhanced by pollinator-driven divergent selection. Operationally, this study reviews the taxonomy of faham and proposes to define management units and priorities in terms of conservation.

Pour accéder à la caractérisation des matrices complexes pétrolières, la chromatographie en phase liquide bidimensionnelle couplée à une détection spécifique comme la spectrométrie de masse à couplage inductif (LCxLC-ICP-MS/MS) s’avère être une solution pertinente. Un tel couplage permet d’envisager la spéciation des contaminants soufrés ou encore métallés (vanadium et nickel). Ce couplage reste, à notre connaissance, inédit aujourd’hui et sa mise en place a nécessité en premier lieu d’évaluer différents systèmes d’introduction de l’échantillon en amont de la détection. La comparaison de ces systèmes, au regard de la dispersion qu’ils génèrent, a été effectué afin de conserver la qualité de séparation obtenue en sortie du système LCxLC. La seconde partie du développement instrumental a concerné l’optimisation de la partie LC×LC. Le choix des différents mécanismes de rétention dans les deux dimensions étant primordial au vu de la complexité des échantillons (polarité, solubilité, poids moléculaire…). De plus, l’introduction de matrices organiques dans les sources plasma reste un réel défi qu’il a fallu évaluer, celles-ci pouvant être la cause de nombreuses contraintes analytiques. Enfin, une fois la méthodologie off-line SECxRPLC-ICP-MS/MS développée, elle a été appliquée à différents échantillons montrant qu’elle peut être considérée comme une solution intéressante pour expliquer le comportement de certaines matrices au sein des unités de raffinage, par l’intermédiaire de la comparaison de cartographies 2D / Two-dimensional liquid chromatography coupled with a specific detection such as inductively coupled plasma mass spectrometry (LCxLC-ICP-MS/MS) proves to be a relevant technique for the characterization of petroleum complex matrices. Such coupling makes it possible to consider the speciation of sulfur or metal contaminants (vanadium and nickel). Firstly, the evaluation and the comparison of several sample introduction systems was performed, with regard to the dispersion induced in the system, in order to keep a high efficiency from the LCxLC system. The second part of the instrumental development concern the optimization of both dimensions. The choice of the different retention mechanisms is essential given the complexity of the samples (polarity, solubility, molecular weight...). Additionally, the introduction of organic matrices in the plasma remains a real challenge which could be the cause of many instrumental and analytical issue. Finally, once the off-line SECxRPLC-ICP-MS/MS method was developed, it was applied to different samples showing how it can be considered as an interesting tool to explain the behavior of matrices within the refining units, through the comparison of 2D-contour plots

Les retenues de barrage sont l’objet d’enjeux sociétaux, économiques et environnementaux. Leur présence affecte le transit naturel de l’eau et de la charge sédimentaire associée. Selon les cycles hydrologiques et leur exploitation, la remobilisation des sédiments accumulés et des contaminants associés est plus ou moins marquée. Dans ce contexte, cette étude a pour principal objectif de déterminer l’évolution des teneurs, flux et spéciation des éléments métalliques au cours des phases d’accumulation et de remobilisation sédimentaire naturelles et influencées. Pour ce faire, une étude de terrain de 19 mois à l’amont et à l’aval de l’ouvrage a été effectuée en conditions courantes et événementielles d’exploitation. Le suivi de deux opérations de chasses d’hydrocurage, destinées à l’évacuation des sédiments de la retenue par ouverture des vannes de fond du barrage en période de hautes eaux, a notamment été réalisé. L’impact des différents paramètres physicochimiques (ratio solide/liquide, pH, potentiel redox, séchage) sur le devenir et la spéciation des éléments métalliques ainsi que les différents mécanismes associés ont quant à eux été évalués à l’aide d’expériences de laboratoire, d’études statistiques et de modélisation. Les résultats ont montré qu’en période d’exploitation courante, la présence de l’ouvrage induit une discontinuité amont/aval des teneurs, flux et partition des éléments métalliques, amplifiant notamment l’influence du pH sur leur spéciation et mobilité du fait de l’artificialisation des conditions d’écoulement. Lors des opérations d’exploitation événementielle par chasse d’hydrocurage, la modification des conditions de pH, d’oxydoréduction et de ratio S/L au sein du cours d’eau aval lors du passage de la charge sédimentaire augmente les teneurs en As, Fe et Mn solubilisés via des phénomènes de désorption et de dissolution des oxydes métalliques. Néanmoins, étant donné la faible mobilité des éléments métalliques et la stabilité des phases porteuses, les flux dissous restent minoritaires par rapport aux flux particulaires. La réalisation fréquente des opérations de chasse permet de minimiser les flux sédimentaire et métallique mis en jeu au cours du temps, limitant par conséquent son impact sur le cours d’eau aval. / Dam reservoir contexts concentrate social, economic and environmental issues. Their presence modifies both natural water and sediments continuity. Water level can be stable or fluctuate according to hydrological cycles and exploitation, leading to more or less pronounced sediments and associated contaminants remobilization. In such context, this work aims at studying spatio-temporal changes in concentrations, fluxes as well as speciation of metallic elements during natural and anthropologically-driven sediments accumulation and resuspension phases. For this purpose, a 19 months field survey was performed upstream and downstream from the dam during both routine and exceptional exploitation. The water and sediments quality during two sluicing events, performed in order to re-erode deposited reservoir sediments and flush them downstream through the bottom valves of the dam during high flows, were notably monitored. As for the influence of the main physicochemical parameters (i.e., solid/liquid ratio, pH, redox potential, drying) on metallic elements fate and speciation as well as the different processes involved, they were studied through laboratory experiments, statistical analyses and modeling. Results highlighted that during routine exploitation, dam presence leads to a significant discontinuity in metallic element dissolved concentrations, fluxes and speciation, mainly through pH changes magnified by water flow artificial lowering. During sluicing management, the high local pH, redox and S/L changes of the downstream water, mainly following maximum sediments release, enhance As, Fe and Mn solubilization through desorption or metallic oxydes dissolution. Nevertheless, given the overall low mobility of the metallic elements and bearing phases stability, dissolved fluxes remain far lower than particular ones. Recurrent sluicing management permits to minimize sediments and metallic fluxes, limiting toxicity towards aquatic biota.

L'évolution répétée et indépendante de la différenciation phénotypique entre espèces divergentes, suggérant des pressions sélectives similaires, constitue un contexte propice à l'étude de l'architecture génomique de la spéciation parallèle. L'objectif principal de cette thèse est d'apporter des éléments de réponses concernant les bases génomiques impliquées dans la différenciation phénotypique, et leur influence sur l’évolution de la divergence entre deux complexes d'espèces apparentés, le Grand Corégone (Coregonus clupeaformis) et le Corégone Lavaret (C. lavaretus). Plus précisément, il était nécessaire d'élucider l'origine du polymorphisme de chacune des populations, le rôle de cette variation génétique, son maintient durant la divergence et la différenciation phénotypique entre paires d'espèces. Une analyse génomique a permis de réaliser des inférences démographiques historiques, mettant en évidence la contribution simultanée de processus démographiques et sélectifs qui ont façonné les paysages génomiques de différenciation entre paires d'espèces. Ensuite, une analyse transcriptomique a permis d'identifier des bases polygéniques partagées impliquées dans la différenciation phénotypique parallèle entre paires d'espèces. De plus, ces bases polygéniques indiquent une forte rétention du polymorphisme ancestral sous l’action de la sélection divergente. Finalement, un parallélisme de régions d’ADN différentiellement méthylées entre espèces a été identifié. Bien que cette méthylation repose sur des bases génomiques, ces régions différentiellement méthylées sont associées à une différenciation transcriptionnelle entre espèces des complexes d'espèces du Corégone Lavaret et du Grand Corégone. Ces travaux montrent que la sélection naturelle est contrainte par certains génotypes permettant d'acquérir un parallélisme phénotypique de façon indépendante, et agir sur du polymorphisme ancestral, notamment dans un contexte de spéciation parallèle. Enfin, cette thèse permet de lever le voile et de contribuer à la compréhension des mécanismes génomiques associés à la divergence adaptative pouvant mener à la spéciation écologique, notamment en utilisant une approche intégrative. / Repeated evolution of phenotypic differentiation between diverging species pairs provides an ideal context for the study of the genomic architecture of parallel speciation. The main objective of this thesis is to provide evidence concerning the genomic bases involved in phenotypic differentiation, and their influence on the evolutionary potential of species complexes belonging to two related lineages, the Lake Whitefish (Coregonus clupeaformis) and European Whitefish (C. lavaretus). Specificaly, it is necessary to elucidate the origin of the genetic polymorphism of each population from both whitefish lineages, and to which extend this polymorphism was involved in the genetic divergence and phenotypic differentiation between species pairs. A genome-wide analysis allowed to infer the divergence history combining the effects of historical demograhy and selective pressure that collectively shape the genomic landscape of differentiation between species pairs. Then, transcriptomic analyses revealed parallel polygenic bases involved in the phenotypic differentiation of species pairs, and such genes were enriched in shared ancestral polymorphism. Finaly, a parallel differential methylation level has been identified between species. Although this methylation is genomicaly based, these differentially methylated regions are associated with a transcriptional differentiation between the limnetic and benthic species. This work shows that selection is constrained by some genotypes which could lead to an independent parallel phenotypic aquisition, but also act on the maintainance of ancestral genetic polymorphism, particularly in a context of parallel speciation. This thesis allows to highlight and to contribute to the understanding of the genomic mechanisms generating biodiversity, notably by using an integrative approach.

La variation génétique des poissons d’eau douce de l’Amérique du Nord a été analysée aux niveaux intraspécifique et interspécifique afin d’approfondir les connaissances actuelles sur l’évolution de la biodiversité et de faciliter la conservation de cette richesse. Premièrement, une banque de données de séquence d’ADN mitochondrial (codes-barres génétiques) a été générée pour 5674 individus représentant 752 espèces dans le but d’établir un outil d’identification moléculaire et de fournir une calibration de l’incertitude taxonomique. Cette analyse démontre que 90 % des espèces peuvent être délimitées à l’aide de codes-barres génétiques. De plus, il apparait que la taxonomie actuelle pourrait largement sous-estimer la diversité des poissons d’eau douce dans son ensemble tout en surestimant la diversité spécifique de certains groupes particuliers. Deuxièmement, les niveaux de divergences génétiques intraspécifique et interspécifique ont été étudiés afin d’identifier les mécanismes évolutifs responsables des patrons généraux de répartition de la biodiversité. L’hypothèse suggérant un rôle combiné des cycles glaciaires du Pléistocène et de l’activité métabolique influençant les taux de mutation est appuyée par les données représentant la presque totalité des poissons d’eau douce de l’Amérique du Nord. Troisièmement, les patrons de variation aux niveaux de l’ADN mitochondrial et de l’ADN nucléaire (AFLP) ont été analysés parmi plusieurs paires de lignées évolutives codistribuées dans le nord-est de l’Amérique afin de vérifier l’importance du processus de spéciation allopatrique. Les résultats indiquent que l’est du bassin des Grands Lacs représente une zone de suture impliquant plusieurs taxons et que les niveaux de divergence sont variables d’une paire de lignées à l’autre. Parmi ces paires de races glaciaires, celles divergeant par plus de 2 % au niveau de l’ADN mitochondrial présentent d’importants signes d’isolement reproducteur. En décrivant les diverses étapes du processus de spéciation allopatrique au sein de différentes espèces d’une même région, cette étude démontre que le processus de spéciation allopatrique a joué un rôle important parmi les poissons d’eau douce de l’Amérique du Nord. L’ensemble de ces travaux aura donc permis de fournir un nouvel outil d’identification et d’appuyer l’hypothèse stipulant que la spéciation allopatrique est le principal moteur de diversification pour les poissons d’eau douce. / Intraspecific and interspecific genetic variation has been studied among North America’s freshwater fishes in order to improve our current knowledge on the evolution of biodiversity and to facilitate the conservation of this richness. Firstly, we generated a standard reference library of mitochondrial DNA sequences (DNA barcodes) for 752 North American freshwater fish species to provide an independent calibration of taxonomic uncertainty and to establish a more accessible molecular identification key for its application. This study demonstrates that 90% of known species can be delineated using barcodes. Results further suggest that current North American freshwater fish taxonomy at the species level significantly conceals diversity in some groups, while artificially creating diversity in others. Secondly, we studied intraspecific and interspecific genetic divergence in order to describe and identify the underlying evolutionary causes of general patterns of biodiversity distribution. This study supports a dual role involving both the late Pliocene-Pleistocene climatic fluctuations and metabolic rate in determining latitudinal gradients of genetic divergence. Thirdly, patterns of mitochondrial DNA and nuclear DNA (AFLP) have been studied among different codistributed pairs of glacial lineages in order to verify the generality of allopatric speciation. This study shows that the Eastern Great-Lakes drainage represents a multi-species suture zone for glacial lineages of freshwater fishes with variable levels of genetic divergence. AFLP analyses among four pairs of lineages indicate that lineages with relatively deep levels of mitochondrial DNA sequence divergence (> 2 %) developed strong reproductive barriers. By describing different levels of divergence and reproductive isolation in different co-occurring fishes, we offer strong evidence that allopatric speciation has contributed significantly to the diversification of North Eastern American freshwater fishes. This thesis therefore offers a new molecular identification tool for freshwater fish of North America and brings strong evidences that allopatric speciation has played a predominant role in generating biodiversity.

Les organismes cybrides souffrent généralement d'une altération de la spécificité des interactions mito-nucléaires, résultant en une détérioration du phénotype. Toutefois, diverses études démontrent que le transfert de mitochondries peut occasionnellement être positif. À l'heure actuelle, de nombreuses questions demeurent quant au degré d'influence de ces transferts sur les différents niveaux d'organisation du phénotype. Afin de répondre à ces questions, les formes sauvages et cybrides du poisson Chrosomus eos sont étudiées. Ainsi, le premier volet de ce projet de recherche démontre un impact des mitochondries Chrosomus neogaeus à différents niveaux d'organisation du phénotype des poissons C. eos, lorsque les formes sauvages et cybrides sont retrouvées en allopatrie. Le deuxième volet de cette thèse révèle, quant à lui, que ces modifications phénotypiques ne sont pas suffisantes pour induire un évènement de spéciation entre les deux biotypes, lorsqu'en sympatrie. De plus, cette étude suggère que la coévolution mito-nucléaire peut ne pas être une condition sine qua non à la perpétuation des individus en milieu naturel. Finalement, l'approche holistique considérée dans le troisième volet de cette recherche atteste de l'influence des mitochondries C. neogaeus à différents niveaux d'organisation du phénotype de C. eos, lorsque les formes sauvages et cybrides sont sympatriques. Cette influence est moins prononcée que celle observée à partir de biotypes allopatriques. Combinés, ces chapitres contribuent à une meilleure compréhension des liens existant entre les mitochondries et le phénotype d'un individu. / Cybrid organisms generally suffer from a disruption of the mito-nuclear interactions specificity, resulting in a phenotype deterioration. However, several studies demonstrate that between-species transfers of mitochondria can occasionally be beneficial. Currently, many questions still remain about how much these transfers can impact the various biological organisation levels of the phenotype. To address these questions, Chrosomus eos wild type and cybrids fish are considered. Thus, the first part of this research project demonstrates that Chrosomus neogaeus mitochondria impact the C. eos phenotype, at various levels of biological organisation, when wild type and cybrids are found in allopatry. On the other hand, the second part of this thesis reveals that these phenotypic modifications cannot trigger a speciation event between the two sympatric biotypes. This study also suggests that mito-nuclear coevolution would not be a sine qua non condition to survive and perform in natural environments. Finally, the holistic approach considered in the third part of this research shows that C. neogaeus mitochondria influence various levels of C. eos phenotype, when wild type and cybrids are sympatric. The magnitude of this influence is less pronounced than the one observed from allopatric biotypes. Combined, all these parts contribute to a better understanding of the links existing between mitochondria and the phenotype of an individual.

Ce doctorat s’intègre dans le projet ANR BIOMET (JC05_59809) et a eu pour vocation d’améliorer les connaissances actuelles sur l’influence de la matière organique dissoute sur la spéciation et la biodisponibilité des métaux particulièrement dans le cas de système sous forte pression urbaine tel que la Seine. La compréhension de l’influence de la MOD sur la spéciation et la biodisponibilité des métaux suppose en outre que l’on connaisse précisément sa composition chimique ou plus exactement ses groupements fonctionnels. C’est pourquoi une partie de ces travaux est consacrée à l’extraction et la caractérisation de la matière organique dissoutes d’origine naturelle et urbaine. La caractérisation des fractions de MOD a été réalisée de manière originale par une approche multidimensionnelle à l’aide d’un véritable éventail de techniques analytiques (analyses élémentaires; isotopiques; fonctionnelles et moléculaires) permettant ainsi de mieux aborder l’influence de la MOD sur la spéciation et la biodisponibilité du cuivre et du plomb. Parallèlement à l’étude de caractérisation de la MOD, ce travail s’attache à mieux cerner le rôle de la MOD d’origine urbaine en particulier de la MOD hydrophile sur la spéciation et la biodisponibilité du cuivre et du plomb. Dans cet objectif, les techniques : potentiométrique à l’aide d’électrode ionique spécifique et la récente technique électrochimique AGNES ainsi que des biotests de toxicité aiguë (Daphnia magna) et de bioaccumulation (Fontinalis antipyretica) ont permis : - d’étudier la complexation du cuivre et du plomb par les fractions de MOD obtenues afin notamment de fournir des paramètres de complexations des MOD hydrophiles peu connues jusqu’à présent et ainsi mieux prédire le transport des métaux en milieu urbain. - d’évaluer le rôle protecteur de la MOD d’origine urbaine sur la biodisponibilité du cuivre. Les résultats ont montré que la MOD issue des effluents de station d’épuration et rejetée dans le milieu récepteur présente des caractéristiques originales à savoir un fort pourcentage de MOD hydrophile, c’est à dire une faible hydrophobicité et un degré d’aromaticité peu marqué soulignant le caractère peu réfractaire de cette MOD. En revanche une plus grande diversité fonctionnelle de la MOD d’origine urbaine par rapport à la MOD naturelle a été mise en évidence notamment par un taux de structures protéiques très important. Les résultats obtenus ici pour la première fois vis-à-vis des MOD hydrophiles d’origine urbaine ont montré une réactivité particulière vis-à-vis du cuivre. En effet les fractions HPI et plus généralement les fractions issues des effluents de station d’épuration ont montré une teneur en sites complexants plus élevée que ce qu’il avait été déjà observé pour des matières organiques naturelles. Les valeurs des constantes ne semblent pas varier d’une fraction à l’autre et assez peu suivant l’origine de la MOD. Le rôle particulier de l’azote dans la complexation du cuivre notamment sous la forme de groupements amines a été mis en évidence. Les approches utilisées pour évaluer la biodisponibilité du cuivre ont révélé pour l’ensemble des fractions de MOD un effet protecteur vis-à-vis du cuivre sur les organismes vivants. Néanmoins cet effet protecteur ne se trouve pas à la hauteur de celui pouvant être prédit par le modèle de l’ion libre principalement dû à une biodisponibilité de certains complexes organiques. Ceci peut être expliqué par l’important taux de structures protéiques dans ces MOD, les protéines étant connues pour jouer un rôle important dans les mécanismes de transports des métaux au sein des organismes. Par ailleurs, l’outil DGT (Diffusive gradient in thin films) a montré son efficacité pour évaluer la fraction biodisponible du cuivre / This thesis was carried out on the framework of the ANR BIOMET research project (JC05_59809). The main objectives were to improve the current knowledge on the influence of dissolved organic matter (DOM) on metal speciation and bioavailability in urban aquatic system. The understanding of the influence of DOM on trace metal speciation and bioavailability required that the chemical composition of DOM, more exactly its binding sites should be well understood. Therefore, one part of this research focused on the isolation and characterization of DOM. The characterization of DOM, with a multidimensional approach was realized with a lot of various techniques (such as elemental, isotopic, functional and molecular) that were of prime importance to better understand the influence of DOM on trace metal speciation and bioavailability. To accomplish these objectives, the techniques such as potentiometry with ionic selective electrode and the recent electroanalytical technique AGNES and bioassays such as a bioaccumulation test (Fontinalis antipyretica) and an acute toxicity test (Daphnia magna) were performed in order to: - study the copper and lead binding by isolated DOM fractions in order to give some binding parameters of hydrophilic DOM and to better predict the fate of the trace metal. - evaluate the protective role of urban DOM on copper bioavailability. Results showed some particular characteristics of DOM from wastewater effluent such as a high proportion of hydrophilic DOM, i.e. a low hydrophobicity and a low degree of aromaticity underlying the low refractory character of urban DOM. Nevertheless a higher content of various functional groups was determined in urban DOM than in natural DOM. A very high content of proteinaceous structures was particularly identified in urban DOM. Binding experiments revealed for the first time on urban hydrophilic DOM, a higher content of binding sites than in natural DOM and these sites are strongly correlated to amino groups. The values of binding constant seem to not vary according to the nature of the fraction or the origin. The different approaches used to evaluate copper bioavailability depicted a protective role of DOM to the organisms Daphnia magna and Fontinalis antipyretica. Nevertheless this protective effect is hardly explained by the free ion concentration due to a bioavailability of some organic complexes. This feature could be explain with the high content of proteinaceous structures in these DOM fractions, since proteins are well know to play an important role in the transport mechanisms of trace metals into the organisms. Moreover, the DGT device (diffusive gradient in thin films) shows a good efficiency to assess the bioavailable copper