Dormancy, a state of severely decreased or suspended metabolism, is a widespread survival strategy in nature. In the Foraminifera, one of the most studied groups of marine organisms, its presence had been suggested by circumstantial evidence, but rarely studied directly until recently. Despite the lack of research, stressor-induced dormancy can significantly alter the way in which foraminiferal ecology is understood, especially in marginal environments. In this dissertation, I reviewed the evidence for dormancy in the foraminiferal literature, concluding that evidence for dormancy is widespread across the Phylum. I then explored the role of dormancy in the survival of the diatom-bearing foraminifer Amphistegina gibbosa d’Orbigny when exposed to toxic chemicals, and when kept in dark conditions for extended periods of time. I developed methods for utilizing CellTracker Green™, a fluorescent probe, to explore metabolic activity in symbiont-bearing foraminifers, finding that it can be used in some situations, such as bioassay experiments or other cases of toxic chemical exposure, to distinguish dead from dormant individuals. The results of the associated experiments demonstrated that reduced metabolism occurred in individuals that survived toxic chemical exposure for over two months in darkness, as well as indicating that metabolic recovery can begin to occur within 30 minutes of removal from darkness. Fluorescence microscopy of symbiont autofluorescence also demonstrated that the diatom symbionts are also capable of surviving aphotic conditions, recovering when returned to lighted conditions. Further experiments showed that A. gibbosa and its associated symbionts are capable of surviving up to 20 months in darkness. Although survival decreased as the length of time in darkness increased, 80% of the specimens survived a 20-month treatment. In addition, all treatment lengths showed color recovery, indicating survival of the diatom symbionts, which give A. gibbosa its characteristic golden-brown color. However, patterns of color recovery indicated that extended periods in darkness increased the photosensitivity of the A. gibbosa holobiont, despite entering dormancy.

Coral reefs are biologically and economically important ecosystems underpinned by corals that are able to flourish in oligotrophic waters due to their mutualistic association with dinoflagellate symbionts (genus Symbiodinium). Symbiodinium are strictly intracellular, residing within the gastrodermal tissues of the coral host, and contributing the majority of the coral’s energy requirements. Coral reefs are in rapid decline due to a range of threats such as local human influences, bleaching (loss of Symbiodnium and/or reduction of pigment), disease and ocean acidification, to which links to climate change have been made. The close association of corals and a diverse community of microbes led to development of the coral holobiont hypothesis, in which a range of microorganisms (e.g Bacteria) form a functionally-relevant mutualistic relationship with corals and Symbiodinium. This thesis aimed to fill knowledge gaps in the coral holobiont hypothesis and the host-microbe interactions within this system, including pathogen interactions and coral immune system functioning. This thesis revealed that host-microbe interactions in corals are complex, and that the underlying mechanisms of immunity and symbiosis may be similar. The findings corroborate the idea that corals maintain specific bacterial communities that have potential probiotic and nutritional value. In particular, a group of common coral associates were identified, and it is suggested that members of this group are globally occurring key associates. Corals affected by a disease previously described as “White Syndrome” were observed to undergo pronounced changes in their microbial community structure in comparison to healthy colonies. However, in contrast to previous findings, no single pathogen could be identified as the causative agent of the disease syndrome, and it is speculated that corals experiencing altered health status result in a breakdown of the resident associated microbial community structure. Culturable bacterial isolates from corals were shown to affect the growth of each other and in particular some species had great inhibitory properties. Hence, the presence of some bacterial species has the potential to influence the all over structure of the coral associated microbial community. It was also shown that changed environmental conditions may alter the growth conditions for coral associated bacteria in mucus. It is suggested that increased replication is needed in studies of bacterial assemblages on corals, as variability between coral species and sites were observed. In addition, studies of the role of coral microbial communities in health and disease should broaden their focus to more thoroughly consider the role of the coral holobiont, especially with regards to the coral host. This thesis identified the first functional Pattern Recognition Protein (PRP), a C-type lectin named Millectin, in scleractinian corals. Millectin was isolated by affinity chromatography and was shown to bind to bacterial pathogens as well as coral Symbiodinium symbionts. Gene expression of Millectin was upregulated in response to immune stimuli and the lectin was further abundantly expressed in the tissues of corals, suggesting a major role for this protein in system functioning and immunity. Further research into Millectin and a complement factor C3 homolog suggested that these molecules may have been co-opted into the equally important role of symbiont recruitment. Gene expression analysis of C3 also indicated this molecule may be involved in responses to tissue trauma. Millectin shows variability in the binding region, and hence, is the earliest evolutionary representative to date of a variable PRP. This finding, and the observed ancestral relation with vertebrate homologs, provided further information on the evolution of the innate immune system and gives further insight into invertebrate immunity.

Durant cette thèse je me suis intéressé à l'évolution profonde du vivant, depuis le dernier ancêtre commun universel (LUCA) jusqu'aux ancêtres des trois grands royaumes, les Archées, les Bactéries et les Eucaryotes. J'ai notamment cherché à placer quelques organismes dans l'arbre de la vie, tels que la bactérie Aquifex aeolicus et l'archée Cenarchaeum symbiosum, et j'ai également étudié l'évolution des températures de croissance il y a plusieurs milliards d'années. Pour ce faire, j'ai développé des algorithmes afin de reconstruire l'évolution de séquences géniques, puis j'ai utilisé ces séquences pour prédire les températures optimales de croissances d'organismes aujourd'hui éteints. Mes collègues et moi-même estimons que LUCA ne vivait pas à très haute température, mais que ses directs descendants les ancêtres des Bactéries et du groupe comprenant les Archées et les Eucaryotes vivaient dans des environnements plus chauds. Cela signifie que les deux lignées venant de LUCA ont subi le même type d'évolution en parallèle, qui pourrait avoir été causée par une seule et même pression de sélection. Cette pression pourrait être le résultat d'un intense bombardement météoritique il y a 3.8 milliards d'années, et avoir été accompagnée d'un changement depuis un génome à ARN pour LUCA vers des génomes à ADN pour ses descendants. Ensuite, dans la lignée des Bactéries, les températures optimales de croissance ont chuté, ce qui pourrait correspondre à l'évolution de la température des océans au cours des 3.5 derniers milliards d'années.

Ce travail propose une vision globale du développement du hêtre. Il se traduit par une<br />description du développement architectural du hêtre depuis le stade de la graine jusqu'à la mort de la<br />plante dans différents environnements. Cette étude a permis d'émettre et de préciser certaines<br />hypothèses à propos de la signification de certaines phases du développement du hêtre. L'édification de<br />l'unité architecturale correspond à la mise en place d'un système caulinaire hiérarchisé de plus élaboré,<br />constitué d'unités de croissance plus longues, plus ramifiées, mais aussi des u.c. qui, pour une longueur<br />définie, portent plus de feuilles, des feuilles plus grandes, plus épaisses, renferment plus de xylème et de<br />phloème facilitant le transport des sèves brutes ou élaborées - Autant d'éléments qui semblent contribuer à<br />accroître les performances de la plante. Le terme de cette différenciation correspond à l'atteinte des limites<br />fonctionnelles des méristèmes de la plante. Cet arrêt de la différenciation des unités de croissance semble à<br />l'origine de la transition graduelle de la plante d'un mode d'organisation faisant intervenir des complexes<br />réitérés. L'analyse architecturale du hêtre confirme également le clivage existant entre les différentes<br />modalités de réitération. Le processus de réitération immédiate, phénomène de duplication, n'intègre pas<br />de phénomène de rajeunissement et il y a continuité de la séquence de développement des structures<br />caulinaires lors de la transition d'une phase de développement à l'autre. En revanche, Le processus de<br />réitération différée intègre des phénomènes de rajeunissement qui expriment une discontinuité entre la<br />différenciation des structures caulinaires séquentielles et celles de structures tardives (rameaux<br />épicormiques).

L'espèce Candida glabrata, qui se situe au deuxième rang parmi les agents des candidoses toutes formes cliniques confondues, possède des caractéristiques singulières et engendre notamment une plus grande mortalité chez les patients atteints de candidoses profondes ou systémiques. Cette espèce présente notamment la particularité d'être peu sensible aux azolés, les antifongiques les plus couramment utilisés en clinique. De plus, il semble que le développement d'une résistance aux antifongiques aussi bien azolés, que polyéniques ou pyrimidiques, soit plus fréquent chez C. glabrata. Nous nous sommes donc proposé d'étudier des isolats cliniques ou des mutants induits de cette espèce résistants à ces trois classes d'antifongiques et de déterminer les mécanismes moléculaires à l'origine de leur résistance. Les outils de biologie moléculaire classique ont mis en évidence dans chaque cas une dérégulation de l'expression de certains gènes impliqués dans le métabolisme de ces molécules antifongiques ou de leur cible, ainsi que des mutations sur ces mêmes gènes. Le génome haploïde de C. glabrata, et donc la plus forte probabilité d'exprimer un gène muté, ainsi que le contexte médical actuel, prônant la prophylaxie dans nombre de pathologies où l'immunité des patients est touchée, représentent un terrain favorable au développement d'une candidose et à la sélection simultanée d'isolats résistants.

Les effets de la micro-algue toxique, Alexandrium minutum, sur l'huître creuse, Crassostrea gigas, ont été analysés par une approche intégrative. Cette démarche a conduit à s'intéresser à différents aspects de la physiologie de l'huître, tels que le comportement, l'activité digestive, des activités cellulaires et la reproduction. Dans un premier temps, le statut physiologique de A. minutum a été abordé en utilisant la cytométrie en flux, la microscopie ainsi que des marqueurs fluorescents. Cela nous a permis de démontrer que certaines conditions expérimentales étaient susceptibles de perturber la physiologie de ce dinoflagellé. Les systèmes expérimentaux permettant d'exposer les huîtres ont donc été conçus afin de limiter les conditions stressantes pour la micro-algue toxique. Dans un second temps, les huîtres ont été exposées à A. minutum, en milieu contrôlé, au cours de plusieurs expérimentations, et comparées à des huîtres témoins nourries avec Isochrysis galbana ou Heterocapsa triquetra. L'exposition de C. gigas à A. minutum provoque chez les huîtres une réponse comportementale, se traduisant notamment par une augmentation du temps d'ouverture et de la fréquence des micro-fermetures des valves. Une corrélation positive entre le temps d'ouverture des valves et la quantité de toxines accumulée par les huîtres a été observée. De même, des pathologies du muscle adducteur des huîtres ont été constatées, ce qui pourrait expliquer les changements de comportement des huîtres. Le dinoflagellé toxique induit une activation des mécanismes de défense des huîtres. Ainsi, une augmentation de la production de mucus a été observée au niveau des branchies, de même qu'une importante réaction inflammatoire dans la glande digestive. Les paramètres hémocytaires ont également présenté des variations. Des différences, en terme d'activité de la phénoloxydase et de la production d'espèces réactives de l'oxygène dans les hémocytes, ont été observées entre les huîtres exposées à A. minutum et les témoins. Les variations des paramètres hémocytaires semblent liées au stade de maturité des huîtres et à la quantité de toxines accumulées, mais aussi à leur statut métabolique lors de l'exposition. Les contenus de la glande digestive en lipides sont également modifiés suite à l'exposition à A. minutum. Une réduction significative des contenus en monoglycérides (MG) et diglycérides (DG) ainsi qu'une importante diminution du contenu en phosphatidylcholine (PC) ont été observés. La diminution de la PC étant parallèle à celle des MG et DG, cela suggère une diminution de la synthèse des lipides liée à une altération des tissus de la glande digestive. Finalement, les spermatozoïdes produits par les huîtres exposées à A. minutum présentaient une réduction de leur activité (diminution de la mobilité et du contenu en ATP) en comparaison aux huîtres témoins. Cette altération de la physiologie des gamètes pourrait avoir des répercussions sur la reproduction des huîtres. Etant donné la subtilité de certains changements et l'interconnexion des paramètres mesurés, la mise en place d'une approche intégrative nous a permis d'obtenir une vision holistique de l'interaction A. minutum / C. gigas. La présente étude a mis en évidence des interactions peu ou mal connues entre des caractères comportementaux, morphologiques et physiologiques des huîtres. Cela nous a conduit à mieux comprendre les interactions entre les micro-algues toxiques et les bivalves, ainsi que les impacts écologiques potentiels.

<p>Phylogeny and morphology were examined for the cyanobionts from the water fern <i>Azolla </i>and the cyanobacterial genus<i> Nostoc</i> originating from symbioses with different host plants (genera <i>Gunnera, Cycas,</i> <i>Dioon,</i> <i>Encephalarthos, Macrozamia, </i>and <i>Anthoceros</i>), the lichen genus<i> Pannaria</i>, and free-living <i>Nostoc</i> isolates from different habitats. <i>Nostoc</i> isolates of <i>Pannaria</i> formed a closely related group, but, in general, no monophyletic nature was attributed to the genus <i>Nostoc</i>, in contrast to the cyanobionts from <i>Azolla </i>which were contained in a unique monophyletic group. No correlation was detected between the diversity of the studied cyanobacteria and their geographical origin, while high host specificity was proved for the <i>Azolla</i> cyanobionts and the <i>Nostoc</i> isolates from the bipartite <i>Pannaria</i> lichen. Two patterns of evolution leading to symbiotically competent heterocystous cyanobacteria were distinguished, one comprising symbiotic <i>Nostoc </i>species and the other comprising cyanobacteria in association with the water fern <i>Azolla</i>.</p><p>The production of the non-protein amino acid BMAA, a potential neurotoxin, was also examined. A rapid and sensitive method involving the lysis and extraction of amino acids from cyanobacteria combined with an HPLC assay for fluorescence detection of BMAA was developed. To determine whether the plant or the cyanobacterium was the origin of the BMAA in the cyanobacterium-<i>Azolla </i>symbiosis, the cyanobacterium-free <i>Azolla pinnata</i> var <i>imbricata </i>strain 511 was examined. HPLC analysis demonstrated a significant BMAA production in the absence of the cyanobacterium. However, PCR and cloning revealed the presence of bacteria of the genus <i>Ochrobactrum </i>in the plant.</p>

La génomique comparative est une discipline de la biologie qui s'intéresse à l'évolution des génomes par le biais de la comparaison entre espèces de leur structure et de l'information qu'ils contiennent. Implicitement, identifier des similarités entre deux génomes revient à décrire une propriété ancestrale qu'ils partagent encore de nos jours. L'abondance de données génomiques provenant de centaines d'espèces différentes rend possible de nombreuses comparaisons de ce type, mais souvent restreinte à deux espèces comparées l'une à l'autre, hors de tout cadre unifié et sans références particulières. Ce travail de thèse décrit une nouvelle méthode, appelée AGORA (Algorithms for Gene Order Reconstruction in Ancestors), pour reconstruire de manière automatique et systématique l'ordre des gènes et les caryotypes de toutes les espèces ancestrales dans une phylogénie donnée. AGORA est capable de gérer les duplications de gènes, les délétions, et les gains, et interprète de manière réaliste des phylogénies complexes de gènes. Nous avons appliqué la méthode chez 46 espèces de vertébrés séquencées et annotées (en utilisant 8 espèces supplémentaires en référence externe) pour reconstruire des ordres de gènes ancestraux dans 43 génomes ancestraux sur près de 600 millions d'années d'évolution. Les performances d'AGORA ont été mesurées par des simulations de génomes de vertébrés, et par confrontation à des génomes ancestraux déjà connus. Les données, présentées graphiquement dans un serveur web nommé Genomicus (http://www.dyogen.ens.fr/genomicus) fournissent un nouveau cadre unifié dans lequel les génomes ancestraux peuvent servir de référence naturelle auxquelles comparer les génomes modernes qui en descendent. À ce titre, ces données fournissent une nouvelle ressource pour étudier l'évolution de l'organisation de l'information génétique dans les génomes.

Cette étude vise à développer un système de dépollution d'eau et de sédiments viticoles. Le glyphosate, diuron et 3,4-dichloroaniline (3,4-DCA) sont considérés, en tenant compte de la charge en cuivre. L'augmentation du temps de séjour des polluants dans le système et le choix de la bioaugmentation couplée à la phytoremédiation est la stratégie retenue. Chaque composante d'un triplet « sorbant-inoculum bactérien-plante » a été sélectionnée en laboratoire et le triplet mis en œuvre en microcosmes en conditions partiellement contrôlées. La sélection de matériaux sorbants dans différentes matrices liquides en présence des polluants seuls ou en mélange montre que les capacités de sorption des différents matériaux testés varient selon le polluant, sa formulation (seul ou en mélange) et la matrice liquide. Le sédiment se révèle être le meilleur sorbant pour le glyphosate ; le sable pour le diuron et le 3,4-DCA. Les performances de dissipation des colonies tolérantes isolées varient fortement selon le polluant. Le consortium sélectionné pour le procédé dissipe le glyphosate, le diuron et le 3,4-DCA en milieu liquide et complexe par ailleurs le cuivre. L'expérience en microcosmes montre que le temps de rétention hydraulique influe sur l'efficacité du système et que les matériaux sorbants sont efficaces. De plus les performances de dissipation atteintes sont bonnes. L'effet de la bioaugmentation sur les performances de dissipation n'est pas significatif pour le glyphosate et le 3,4-DCA, mais améliore en moyenne la dissipation du diuron. Un temps d'action prolongé dans la matrice solide s'avère nécessaire pour obtenir une bonne efficacité du procédé.

Chez les insectes, un seul et unique gène code la sous-unité principale α des canaux sodium dépendant du potentiel (Nav). De plus, quatre à cinq gènes codent les sous-unités auxiliaires β. Bien que la blatte, Periplaneta americana, soit un modèle en neurophysiologie, il n'existe aucune donnée sur les structures moléculaires des canaux Nav de cette espèce. L'objectif de cette thèse était de caractériser les canaux Nav exprimés au niveau de la chaine nerveuse (CN), du dernier ganglion abdominal (DGA) et des DUM neurones octopaminergiques. Tout d'abord, nous avons mis en évidence que la diversité moléculaire de la sousunité principale est générée par épissage alternatif au niveau de trois régions du canal. Les combinaisons d'exons majoritaires identifiées parmi les ADNc de CN et du DGA sont l'exon A seul (boucle L1), la combinaison EFHG1129 (boucle L2) et l'exon G1 (IIIS3-S4). En dépit de cette diversité moléculaire, nous n'avons isolé qu'un seul ADNc de 6153 pb codant une sous-unité principale dénommée PaNav1. La combinaison d'exons alternatifs caractérisant cette isoforme (J, A, E, F, G1129, H, G1) s'est alors avérée représentative des ADNc les plus exprimés dans la CN et le DGA. Par contraste, dans les neurones DUM, nous n'avons identifié qu'une seule population d'ADNc codant chaque région citée précédemment. Par ailleurs, une analyse bioinformatique à partir des génomes séquencés d'insecte a permis de montrer que les exons optionnels I et F sont les moins conservés entre les différents ordres d'insecte. Parallèlement à la caractérisation des sous-unités principales classiques, nous avons découvert un nouveau gène codant des sous-unités α atypiques nommées PaFPC1 et PaFPC2. Ces dernières comptent 1153 résidus d'acide aminé dont huit qui les distinguent. Elles partagent seulement 59% d'identité protéique avec PaNav1. L'absence du motif moléculaire impliqué dans l'inactivation des canaux Nav suggère que ces nouvelles sousunités possèdent des propriétés électrophysiologiques originales. Une analyse phylogénétique détaillée a permis de montrer que PaFPC1 se branche à la base des sousunités α des canaux Nav d'insecte. Cette découverte montre alors pour la première fois l'existence d''un événement de duplication du gène des canaux Nav chez les insectes. Finalement, nous avons clonés deux populations d'ADNc codant des sous-unités auxiliaires nommées PaTEH1.1 et PaTEH1.2. Grâce à la récente mise à disposition du génome de plusieurs espèces d'insecte, nous avons pu conduire une étude phylogénétique clarifiant la situation des sous-unités auxiliaires de canaux Nav au sein de ce taxon. De plus, une étude électrophysiologique préliminaire dans des ovocytes de xénope a permis de montrer que PaTEH1.1 se comporte comme une protéine chaperonne. C'est à dire qu'elle augmente significativement l'expression des sous-unités principales d'insecte. Ainsi, nos résultats originaux offrent un nouveau regard sur les canaux Nav et ouvrent de nouvelles perspectives quant à la compréhension des acteurs moléculaires à la base de l'excitabilité membranaire chez les insectes.