Au Portugal où il a été récemment introduit accidentellement, le nématode phytopathogène invasif Bursaphelenhus xylophilus est véhiculé et transmis par son vecteur indigène Monochamus galloprovincialis aux arbres hôtes (Pinus pinaster). Pour estimer les risques d'invasion et de propagation en France et au reste de l'Europe, une étude approfondie de la biologie et de l'écologie du vecteur M. galloprovincialis,, a été menée dans ce pays, en parallèle avec une étude de la variabilité génétique et morphologique de ses populations et de celles de son espèce sœur M. sutor. Il a été montré que M. galloprovincialis, présent dans toutes les forêts françaises, possède quatre stades larvaires qui ont été décrits. La fécondité, la durée des stades larvaires et la longévité ont été mesurées. L'existence d'une diapause au quatrième stade larvaire a été observée, dont l'effet est une synchronisation des émergences d'adultes ; une diapause prolongée semble exister chez une faible fraction de la population. Le développement larvaire peut être affecté par divers facteurs, dont les dimensions du rondin d'élevage. M. galloprovincialis a montré une préférence pour Pinus sylvestris, mais il peut aussi bien se développer sur d'autres espèces de Pinus notamment P. pinaster, essence majoritairement attaquée dans les régions du Sud Ouest. Il s'est avéré que ce sont surtout les conditions climatiques et non l'essence hôte, qui jouent un rôle important dans la distribution de cet insecte, ce qui a été confirmé par l'étude moléculaire. La proximité génétique et morphologique des espèces M. galloprovincialis et M. sutor a été mise en évidence par douze sites polymorphes du gène de la cytochrome oxydase I et quatre caractères morphologiques dont trois correspondant à des caractères de génitalias mâles. L'ensemble des résultats a permis de conclure qu'un grand nombre de facteurs favorables à la propagation du nématode sont réunis en France.

La quantité totale de lipides et la composition en acides gras participent au déterminisme de la qualité des produits carnés et jouent un rôle dans de nombreuses pathologies. Par conséquent la maitrise du métabolisme des lipides constitue un important enjeu industriel et de santé publique. De nombreuses données expérimentales et bibliographiques sont actuellement disponibles sur le métabolisme des lipides dans différentes espèces. Néamoins, la hiérarchie d'importance des voies métaboliques et les régulateurs clefs de ce métabolisme dans différentes conditions expérimentales restent mal connus. Cette these propose d'utiliser les outils de la modélisation pour intégrer les données disponibles sur le métabolisme des lipides et des acides gras. Pour cela, deux modèles complémentaires ont été développés : un modèle dynamique simple comprenant le minimum de fonctions biologiques et de régulations nécessaire pour expliquer des données expérimentales métaboliques, et un modèle à large échelle comprenant un maximum d'informations issues des bases de données de connaissances. Le premier est un ensemble d'équations différentielles ordinaires décrivant les principales voies biochimiques du métabolisme des lipides indépendamment de l'espèce, de l'organe et des conditions expérimentales. Ce modèle a été confronté aux données biologiques décrivant les variations des acides gras dans le foie et le tissu adipeux lors de 72 heures de mise à jeun chez des souris de génotype sauvages et knockout pour PPARα (un facteur de transcription responsable notamment de l'activation de l'oxydation des acides gras). Nous mettons ainsi en évidence l'importance de la captation des acides gras sanguins par le foie, de l'oxydation hépatique des acides gras mais aussi et de maniere plus surprenante, des voies de désaturation et élongation des acides gras actives meme chez l'animal a jeun. L'existence d'un régulateur inconnu de l'élongation-désaturation des acides gras autre que PPARα est également suggérée. Le second modèle est un graphe d'influence qui réunit un maximum d'informations bibliogra- phiques pour les croiser avec des données transcriptomiques obtenues à haut débit. L'analyse de trois bases de connaissances bibliographiques (Gardon, une base interne experte ; TRANSPATH et Ingenuity, deux bases commerciales) a permis de mettre en évidence une forte complémenta- rité de la bibliographie extraite et des influences exploitables qu'elles référencent. Suite à cette analyse un graphe d'influence a été construit et l'analyse de sa topologie a permis de mettre en évidence les éléments les plus connectés possédant un lien avec le métabolisme énergétique. Ces deux démarches ont souligné l'intéret de la modélisation pour mettre en exergue des voies connues mais aussi inconnues, et suggérer ainsi de nouvelles expérimentations.

Le contrôle des pathologies est un élément primordial pour réduire les risques en élevage larvaire de mollusques bivalves. Il requiert une connaissance précise des maladies, des pathogènes et de leur mode d'action. Une nouvelle espèce de vibrio pathogène pour les larves de P. maximus, Vibrio pectenicida a été décrite par des caractères phénotypiques et génotypiques. Elle appartient au groupe de V. splendidus dans lequel se retrouvent d'autres nouvelles espèces pathogènes. La pathogénie de V. pectenicida a été étudiée en histologie et par des infections expérimentales sur des élevages larvaires conventionnels et axéniques. Ces études ont confirmé le caractère pathogène des souches de V. pectenicida et l'absence de symptômes spécifiques de la maladie. En ultrastructure, la localisation des bactéries à l'intérieur des tissus et de cellules peut être expliquée par un phénomène de translocation. L'activité toxique des vibrios pathogènes se manifeste vraisemblablement par des facteurs internes à la bactérie. En effet, une action létale de lysats bactériens de Vibrionaceae, et principalement de la fraction cytoplasmique, a été mise en évidence sur des larves axéniques. L'existence de facteurs toxiques internes a été confirmée par l'utilisation d'un test de chimioluminescence (CL) sur des hémocytes d'adultes. En effet, l'activité inhibitrice observée avec les bactéries entières, a été retrouvée dans la fraction cytoplasmique des vibrios pathogènes. D'après des essais de purification partielle, un des facteurs toxiques doit être une petite molécule (moins de 3kDa), hydrophile, résistante aux protéases, aux acides et à la chaleur. Cette toxine est éloignée des toxines bactériennes déjà décrites. Les relations entre l'immunité des adultes, très résistants aux attaques bactériennes, et celles des larves ont été abordées à partir de deux expériences: une infection expérimentale provoquée par une souche proche de V. splendidus sur des P. maximus adultes et l'injection de V. pectenicida à des animaux adultes entraînant la baisse de réactivité des hémocytes. Enfin quelques applications pratiques ont été proposées pour éviter l'utilisation d'antibiotiques durant la phase larvaire.

Les modalités de flux de gènes à différentes échelles taxonomiques et spatiales représentent une des questions-clé en biologie évolutive. En effet, l'analyse des flux géniques entre espèces ou entre populations permet de mieux comprendre la mise en place des barrières intrinsèques mais également environnementales responsables de la divergence ou de la différenciation entre groupes. Nous avons étudié les barrières au flux de gènes à l'échelle macro- et microévolutive chez deux espèces d'amphibiens : le triton palmé Lissotriton helveticus et le triton ponctué L. vulgaris. Les amphibiens sont en effet un objet de choix à la fois pour l'étude des mécanismes de spéciation et de différenciation neutre ou adaptative. Premièrement, nous avons étudié ici l'introgression et le maintien de l'intégrité de ces deux espèces largement sympatriques. Malgré un taux d'hybridation faible, la majorité des populations témoignent d'événements d'introgression. Nous avons mis en évidence un déplacement de caractère reproducteur et démontré que la reconnaissance des partenaires sexuels est sans doute la barrière qui participe le plus à l'isolement reproducteur. Des facteurs exogènes influençant le sex-ratio, le ratio de taille ou la transmission du signal de reconnaissance spécifique pourraient cependant affecter la probabilité de choisir un partenaire hétérospécifique et donc la probabilité d'hybridation. Toutefois, la fréquence des événements d'hybridation ne permet sans doute pas de compenser la perte de gènes hétérospécifiques par dérive génétique d'une population à l'autre. Deuxièmement, à l'échelle intraspécifique, l'étude de la structure des populations du triton palmé a permis de mettre en évidence une différenciation globale faible aux locus microsatellites mais significative sur une région fortement drainée : la vallée de la Loire. Cette structure en métapopulation est façonnée par certains éléments paysagers jouant le rôle de barrière (cours d'eau) ou de corridor de dispersion (vallée alluviale). La structure et la variabilité des populations influencent directement les potentialités d'adaptation locale. Pour étudier les potentialités d'adaptation chez le triton palmé, nous avons étudié le polymorphisme à l'exon 2 d'un gène du CMH classe II. L'analyse du flux de gènes à l'échelle régionale n'a pas permis la détection d'un signal de sélection à ce locus. Cependant, à l'échelle européenne, une sélection positive à ce locus indique fortement que des communautés de pathogènes différentes structurent les populations méridionales, d'une part, et septentrionales, d'autre part, de l'aire de répartition.

Les sols agricoles sont depuis de nombreuses années contaminés directement par apports d'intrants (pesticides, fertilisants) mais également de façon indirecte en raison de la proximité de certaines installations industrielles. Notre étude porte sur des sols agricoles à l'aval de la vallée de la Thur (Haut-Rhin), polycontaminés par du chrome (488 mg/kg), du mercure (13 mg/kg) et du plomb (381 mg/kg). La phytoextraction est une méthode innovante, employée pour ses propriétés respectueuses de la vie biologique du sol et son faible coût. La faible disponibilité des métaux dans le sol (notamment Cr, Hg et Pb), et par conséquent le temps de décontamination, constitue la principale limite de cette technique. La bioaugmentation couplée à la phytoremédiation (rhizoremédiation) est une technique récente qui a été testée pour cette étude de façon à accroître la vitesse de phytoextraction. Les résultats ont montré que les microorganismes producteurs de sidérophores, notamment les Pseudomonas, étaient potentiellement intéressants pour augmenter la mobilité du chrome et du plomb dans le sol. La production de sidérophores par des cellules libres ou immobilisées de Pseudomonas cultivées en présence de divers substrats carbonés a été optimisée. L'immobilisation des microorganismes dans des billes d'alginate de calcium enrichies en lait écrémé a montré que les microorganismes étudiés produisaient plus de sidérophores en présence de métaux et que leur survie dans le sol était accrue. Les billes de Ca-alginate adsorbent plus de 90% de Cr, Fe et Pb ainsi que plus de 40% de Hg, ce qui diminue la toxicité métallique pour les cellules libres ou immobilisées, et crée également un déficit en Fe dans les billes, stimulant ainsi la production de sidérophores par les microorganismes. Les microorganismes sélectionnés ont ensuite été inoculés dans le sol contaminé, cultivé avec du maïs comme plante modèle. La bioaugmentation des pots de sol avec Pseudomonas aeruginosa co-immobilisé dans des billes de Ca-alginate avec du lait écrémé a permis de multiplier le prélèvement de Cr par les feuilles de maïs par 5,4 et celui du Pb par 3,8 par rapport aux pots non bioaugmentés. L'inoculation du sol enrichi en lait écrémé avec des cellules libres de R. metallidurans a permis d'augmenter le rélèvement foliaire de Cr par 5,2.

Les champignons sont des microorganismes essentiellement connus en écosystèmes aériens, s'étant diversifiés en milieu continental. A partir d'analyses d'horloges moléculaires, nous avons émis l'hypothèse d'une diversification des champignons dans les océans. Par ailleurs, de nombreux auteurs considèrent les écosystèmes hydrothermaux marins profonds comme le Berceau de la Vie : nous avons donc choisi d'étudier ces milieux, très peu exploités en terme de diversité fongique, dans l'espoir de retrouver des champignons ayant conservé des caractères ancestraux de ce Règne. Des analyses de diversité (établies après la création d'une base de données moléculaires dédiée), par PCR indépendantes de la culture (amplification du gène codant l'ARNr18S), ont révélé des organismes se branchant à la base de la phylogénie des champignons (phylum Chytridiomycota), en accord avec notre hypothèse de travail, couplée à une forte diversité spécifique fongique (phyla Chytridiomycota, Basidiomycota, et Ascomycota). Des souches isolées de ces écosystèmes en laboratoire ont également permis de détecter de nombreuses nouvelles espèces de champignons (phylum Ascomycota). Ces 2 approches combinées nous ont ainsi permis de révéler une diversité insoupçonnée dans ces milieux. Des hypothèses évolutives sur la diversification des champignons en milieu marin ont ainsi pu être proposées. Le second objectif de notre travail était de connaître les rôles de ces organismes au sein de ces écosystèmes. Pour cela, nous avons choisi une approche métagénomique originale : l'échantillon choisi sur la base de la fréquence du gène codant l'ARNr18S et des études de diversité, a été pyroséquencé (GS FLX ; 454 Life Sciences, ROCHE). L'échantillon testé contenait un seul phylotype fongique, constituant une branche profonde des champignons (phylum Chytridiomycota). Six ng d'ADN extraits ont été pyroséquencés en 3 runs indépendants : 168.909 contigs (longueur moyenne : 352 pb) ont été assemblés à partir de 1.441.839 séquences individuelles. Deux approches ont alors été choisies. La première consistait à analyser les contigs générés, afin d'extraire les fragments de gènes fongiques et de reconstruire leur métabolisme hypothétique. Des hypothèses de fonctionnement métabolique des champignons dans ces milieux, établies sur la base de recherche d'homologies dans les bases de données (BLASTX, ORF finder, KOG,...) ont pu être établies. La seconde approche, basée cette fois sur l'étude des séquences non assemblées, consistait à reconstruire les voies métaboliques du métagénome (BLASTX, mgRAST, ASGARD), et reconstituer la composition taxonomique de notre échantillon (MEGAN). Les résultats de l'analyse métagénomique présentés dans cette thèse, nous ont permis d'émettre des hypothèses sur les modes de vie des champignons en écosystème hydrothermal et nous ont également permis de reconstruire avec succès les métabolismes bactériens dominants dans l'écosystème. Les limites de cette analyse, ainsi que les nombreuses perspectives qu'offrent ce travail sont également développées.

Chez les métazoaires, la coquille des mollusques constitue un objet d'étude de référence pour comprendre les phénomènes de formation des biominéralisations carbonatées. La coquille, sécrétée par l'épithélium minéralisant du manteau, est constituée à plus de 95% de carbonate de calcium - calcite et/ou aragonite, et de moins de 5% d'une matrice organique composée de protéines, de glycoprotéines et de polysaccharides. Cette matrice calcifiante est directement impliquée dans les processus de formation du biominéral. Ce travail de thèse consiste en l'étude de la matrice organique associée à la couche nacrée. Chez les mollusques, la nacre est présente dans les coquilles de certains représentants actuels des bivalves, des gastéropodes, des céphalopodes, mais aussi des monoplacophores. La très grande majorité des données publiées sur les constituants macromoléculaires des matrices associées à la nacre concerne exclusivement les genres Pinctada et Pinna, pour les bivalves, et le genre Haliotis, pour les gastéropodes. Ce travail met en œuvre une approche comparative de ces composés à travers la caractérisation biochimique des matrices de deux nouveaux modèles. Nous considérons que cette approche comparative nous permettra de proposer de nouvelles hypothèses quant aux mécanismes de formation de la nacre, mais également quant à l'évolution de ces constituants organiques au sein des mollusques nacriers. Le premier modèle étudié est le mollusque d'eau douce Unio pictorum, un bivalve à coquille nacro- prismatique très commun des cours d'eau bourguignons. La matrice organique acido-soluble extraite de la couche nacrée présente une activité enzymatique de type anhydrase carbonique, une enzyme essentielle aux processus de calcification, déjà observée par ailleurs chez Pinctada sp.. Des électrophorèses réalisées en conditions dénaturantes sur cette matrice acido-soluble montrent la présence de cinq protéines majoritaires de masses moléculaires apparentes 95, 50, 29, 16 et 12 kDa. L'étude de la glycosylation de ces protéines nous a montré que les protéines de masses moléculaires 95, 50 et 29 kDa, étaient des glycoprotéines fortement glycosylées et que leurs ramifications saccharidiques étaient directement impliquées dans les processus de minéralisation. Notamment, la glycoprotéine de 95 kDa, spécifique de la couche nacrée, porte une quantité remarquable de sucres sulfatés qui sont impliqués dans sa capacité à lier les ions Ca2+ ou à interagir avec la précipitation du CaCO3 in vitro. Des séquences partielles internes ont pu être obtenues pour les différentes protéines de la matrice acido-soluble de la nacre grâce à des analyses par spectrométrie de masse. Le second modèle est le céphalopode Nautilus macromphalus dont la coquille nacro-prismatique est entièrement composée d'aragonite. Des électrophorèses de la matrice acido-soluble ont montré qu'elle est composée de polysaccharides de haut poids moléculaire, de glycoproteines migrant aux alentours de 60-50 kDa et de 3-4 protéines de masses moléculaires apparentes comprises entre 20 et 10 kDa, capables de lier le calcium in vitro. Sur gel d'électrophorèse à deux dimensions, les différents constituants organiques de la matrice acido-soluble migrent soit à des valeurs de pI très acides (inférieur ou égal à 3 unités), soit à des pI très basiques (supérieur à 9), alors que chez les autres mollusques non céphalopodes, les protéines de nacre sont faiblement acides ou neutres. Des séquences partielles de ces protéines ont été obtenues par séquençage de novo à partir de protéines purifiées par électrophorèses 2-D et de matrice complète analysées par spectrométrie de masse après digestion trypsique. Les nouvelles séquences observées présentent des similitudes avec des protéines de nacre décrites chez les bivalves Pteriomorphia, mais aucune homologie n'a pu être détectée avec les protéines décrites chez les gastéropodes. Nous avons également décrit, dans une étude préliminaire, les matrices acido-solubles extraites des coquilles de brachiopodes Rhynchonelliformea. Ce travail montre que, chez ce groupe externe aux mollusques, les mécanismes moléculaires de calcification impliquent également la production d'une matrice calcifiante composée de macromolécules aux propriétés biochimiques diverses.

<p>The Arbuscular mycorrhiza (AM) is an endosymbiont of higher plant roots. Most land plants and cultivated crops are concerned to AM symbiosis. This endosymbiosis is based on the mutual exchange of nutrients between plant and fungus. Therefore, AM symbiosis leads to an increased demand for photosynthetic products. The aim of this study was to investigate the pathway used by plants during AM symbiosis to increase photosynthetic performance. Therefore, we have carried out a systematic characterization of photosynthesis in Medicago truncatula (M. truncatula), which is a model legume. We observed colonization by the fungus in roots and that AM symbiosis increases the fresh and dry plant biomass. This could be attributed to an increase in both photosynthetic efficiency and capacity in AM plants. Consistent with these observations, AM symbiosis enhanced phosphorus uptake from the soil into roots, stems and leaves, as based on analyses of phosphorus content. Based on equal chl loading, no differences were found regarding D1, Lhcb1 and Lhcb2 protein content in four plant groups. This indicates similar ratio between chl and PSII proteins. Furthermore, AM symbiosis increases the amount of chlorophyll, steady state oxygen evolution activities, maximum quantum yield (Fv/Fm), and photosynthetic electron transport rate (about 5 fold). Nevertheless, photoprotection was not affected by AM symbiosis. We observed an increase in weight of seed/fruit and weight of seed/plant in AM plants (about 2 fold). Based on these results, we propose that AM symbiosis increases both the efficiency and the capacity of photosynthetic apparatus in the M. truncatula.</p>

農林水産研究情報センターで作成したPDFファイルを使用している。

Plant growth-promoting bacteria (PGPB) have been studied in many agriculturally interesting plants, but never in pitcher plants. Sarracenia oreophila (the green pitcher plant) is an endangered species in Georgia, Alabama, and North Carolina (Rice 2010). With the help of Dr. Jim Spain's lab, a previous student in Dr. Gerald Pullman's lab discovered evidence that nitrogen-fixing bacteria (Burkholderia spp.) live within these pitcher plants. This study aims to determine whether these nitrogen-fixing bacteria confer a benefit to their host plants by providing fixed nitrogen. To do this, pitcher plants were inoculated with the Burkholderia and grown on a control medium, a medium without sugar (as the sugar causes the bacteria to grow until they hinder the plants), various media that are missing nitrogen-containing compounds usually provided in growth media, and a medium completely lacking nitrogen. These plants were compared to control plants on the same media that had not been inoculated with Burkholderia. The plants' biomass and root growth were measured. The data suggest that Burkholderia may stimulate plant biomass growth when sufficient nitrogen is present and there may be a nitrogen-threshold that needs to be met in order to sustain the Burkholderia-Sarracenia symbiosis. Also, the Burkholderia has a negative effect on roots grown in high-nitrogen media, possibly due to competition for nutrients.