La zone latérale des filaments branchiaux des bivalves Codakia orbiculata et Lucina pensylvanica est le lieu d'une symbiose chimioautotrophe avec des bactéries sulfo-oxydantes hébergées dans des cellules spécialisées, appelées bactériocytes. Dans cette étude, nous nous sommes proposés de déterminer les mécanismes qui sous-tendent la plasticité cellulaire et tissulaire observée au cours des processus de décolonisation et de recolonisation bactérienne. Pour ce faire, des individus collectés dans leur milieu naturel, ont été maintenus au laboratoire dans des bacs d'eau de mer filtrée en absence de nourriture et de soufre réduit, afin de provoquer la décolonisation bactérienne des filaments branchiaux. Lorsque la branchie apparaissait purgée de ses symbiotes, les individus ont été remis dans leur habitat naturel afin de provoquer sa recolonisation. L'analyse des branchies au cours de ces processus a fait appel à des techniques variées (histologie, immunohistochimie, hybridation in situ, cytométrie en flux, dosage des protéines et spectrométrie de fluorescence X). Les résultats obtenus ont permis de montrer que l'acquisition environnementale mise en évidence chez les juvéniles des Codakia se poursuivait tout au long de la vie des adultes. Cette étude a également permis une meilleure compréhension des mécanismes tissulaires sous-jacents à la plasticité du filament branchial en mettant en évidence les processus d'apoptose et de prolifération cellulaire qui ont lieu au cours des processus de décolonisation et de recolonisation. Ces processus s'accompagnent d'une variation de la teneur en soufre élémentaire, ainsi que de la taille relative et du contenu génomique des symbiotes / The lateral zone of gills filaments of coastal bivalves Codakia orbiculata and Lucina pensylvanica is the site of chemoautotrophic symbiosis with sulfur-oxidizing bacteria, housed in specialized cells called bacteriocytes. The objective of this thesis is to determine the mechanisms underlying cel1 plasticity and tissue plasticity observed in the lateral zone of gills filaments during the processes of bacterial decolonization and recolonization. In order to do this, the individuals collected in their natural habitat were maintained at the laboratory in seawater filtered tanks, without food and reduced sulfur, to cause bacterial decolonization. When the gills seemed to be purged, the individuals were returned to their natural habitat in order to cause the bacterial recolonization of gills filaments. The analysis of the gills during these processes involves several techniques (histology, immunohistochemistry, molecular hybridization, flow cytometry, total protein assays, protein sulfur assays, X-ray fluorescence spectrometry).This study shows that symbiont acquisition can occur during the entire life of Codakia bivalves. It also allows a better understanding of gills filaments plasticity by highlighting apoptosis and cell proliferation during decolonization and recolonization processes.Theses processes are accompanied with of elemental sufur, relative size and genomic content of symbiontes.

Les béta-rhizobia sont des symbiotes de légumineuses retrouvées principalement associés au genre Mimosa. Les études des symbiotes de Mimosa pudica révèlent différents profils de diversité au sein des alpha (Rhizobium spp) et béta-rhizobia (Burkholderia, Cupriavidus) le long de la ceinture tropicale, les béta-rhizobia étaient toujours majoritaires dans les nodosités de cette plante hôte. Dans ce travail de thèse, nous avons étudié cette spécificité d'association béta-rhizobia/Mimosa pudica, par une approche couplant l'étude des traits symbiotiques bactériens à l'analyse des profils d'expression de leurs génomes dans les premières étapes de la symbiose, et en comparaison avec les alpha-rhizobia. Nous avons analysé les traits symbiotiques (compétitivité pour la nodulation, efficience symbiotique) au niveau intra et interspécifique de 4 espèces de béta-rhizobia et 4 d'alpha-rhizobia. Si l'efficience symbiotique est similaire parmi toutes les souches testées, différents niveaux de compétitivité ont été trouvés selon l'espèce, B. phymatum et B. tuberum étant les plus compétitives. Les tests effectués sur différentes variétés de M. pudica montrent un effet variétal sur la compétitivité de C. taiwanensis. Les traits symbiotiques mesurés expliquent en partie les profils de diversité des symbiotes de M. pudica dans les zones d'origine (Amérique du Sud) ou en zone introduite (Taiwan). Les transcriptomes de trois bactéries ayant des traits symbiotiques différents (B. phymatum STM815, C. taiwanensis LMG19424 et R. mesoamericanum STM3625) ont été comparés (par RNAseq), pour relier les différentes réponses induites par les exsudats racinaires aux traits symbiotiques de chaque rhizobium. Chaque bactérie développe une stratégie spécifique liée à ses traits symbiotiques et à l'origine de la symbiose dans son groupe bactérien. / Beta-rhizobia are legume symbionts mainly found associated to the Mimosa genus. Diversity studies of Mimosa pudica symbionts in native and introduced areas reveal different diversity patterns of alpha (Rhizobium spp) and beta-rhizobia (Burkholderia, Cupriavidus), with beta-rhizobia being always the main symbionts in the nodules of this legumes species. In this thesis we have studied the symbiotic specificity between beta-rhizobia and M. pudica (and the comparison with alpha-rhizobia) by a dual approach combining the study of bacterial symbiotic traits and the analysis of their transcriptomes in the first steps of symbiosis. We analysed symbiotic traits (nodulation competitiveness, symbiotic efficiency) at intra and interspecific levels on four species of beta-rhizobia and four of alpha-rhizobia. If symbiotic efficiency is similar among all strains, different levels of competitiveness were measured with a strong strain effect largely explained by the species affiliation, B. phymatum and B. tuberum being the most competitive species. Tests on different M. pudica varieties showed an impact on the competitiveness of C. taiwanensis. Symbiotic traits explained in part the symbiont patterns observed in diversity studies in French Guiana (M. pudica native area) and Taiwan (introduced). Root-exudates induced transcriptomes of three bacteria (two beta--rhizobia: B. phymatum STM815, C. taiwanensis LMG19424 and one alpha, R. mesoamericanum STM3625) with contrasted symbiotic traits were compared (by RNAseq). Each bacterium develops a specific strategy linked to its symbiotic traits and the origin of symbiosis in its bacterial group.

Les invasions biologiques ont des conséquences écologiques telles que l'émergence de pathogènes et de ravageurs. Les populations invasives font face à de nouvelles conditions biotiques et abiotiques qu'elles doivent surmonter. Ces invasions biologiques sont des systèmes modèles pour étudier l'évolution sur de courtes échelles de temps car elles nécessitent une adaptation rapide qui fait intervenir différents processus (sélection naturelle, dérive, plasticité phénotypique). Du fait des introductions multiples et de l'hybridation, une augmentation de la variabilité génétique nucléaire peut-être observée dans ces populations, support d'une réponse adaptative plus rapide. De plus, chez les insectes, les symbiotes peuvent jouer un rôle important dans l'adaptation, contribution encore largement inconnue. Le ravageur de culture Bemisia tabaci est un complexe d'espèces dont les barrières reproductives sont peu connues et dont les différentes entités --- les cytotypes --- présentent des cortèges symbiotiques qui leur sont spécifiques. Grâce à une description de la dynamique spatio-temporelle de ces cytotypes, en contexte invasif en France et plus largement dans le bassin méditerranéen, nous avons constaté la présence simultanée de deux de ces entités et nous nous sommes interrogés sur un éventuel remplacement ou une coexistence. Cette situation originale nous a permis de tester leurs limites reproductives grâce à des microsatellites et des tests comportementaux, ainsi que la possibilité de transferts horizontaux de bactéries. Transferts que nous avons tenté de reproduire en laboratoire. Nous avons aussi développé des marqueurs RADSeq pour de futures analyses génomiques / Biological invasions have ecological consequences such as the emergence of pathogens and pests. Invasive populations face new biotic and abiotic conditions that they have to overcome.These biological invasions are model systems to study the evolution over short time scales because they require rapid adaptation that involves different processes (natural selection, drift, phenotypic plasticity).Because multiple introductions and hybridization, an increase in the nuclear genetic variability may be observed in these populations, supporting a faster adaptive response.Moreover, in insects, symbionts can play an important role in adaptation, a contribution largely unknown yet.Bemisia tabaci crop pest is a complex of species whose reproductive barriers are poorly known and whose different entities --- the cytotypes --- have symbiotic associations specific to them.Through a spatio-temporal dynamics description of these cytotypes in invasive context in France and more widely in the Mediterranean bassin, we found the simultaneous presence of both of these entities and we wondered about a possible replacement or coexistence.This peculiar situation has allowed us to test their reproductive boundaries with microsatellites and behavioral tests, as well as the possibility of horizontal transfer of bacteria. Transfers that we tried to reproduce in the laboratory. We have also developed RADSeq markers for future genomic analyzes

L’anémone de mer symbiotique Anemonia viridis possède cinq morphes définis à l’aide de critères morphologiques. Premièrement, le statut taxonomique de trois des morphes d’A. viridis (var. rufescens, rustica et smaragdina) a été précisé à l’aide de marqueurs moléculaires basés sur des gènes de stress et des marqueurs RAD. Nous avons pu déterminer que ces trois morphes ne formaient qu’une seule espèce et mis en évidence quatre lignées génétiques indépendantes sur base de la géographie (trois en mer Méditerranée, une dans la Manche). Par l’utilisation des variations des séquences ITS2, nous n’avons pu détecter aucune implication du symbiote (Symbiodinium sp.) dans la différenciation des morphes, mais nous avons révélé une composition en symbiotes divergente entre les lignées génétiques indépendantes de l’hôte animal. Par ailleurs, A. viridis se développe dans des environnements particulièrement contrastés, faisant d’elle un modèle d’étude idéal pour l’étude de l’adaptation locale chez les Cnidaires. Par conséquent, l’adaptation locale chez A. viridis a été testée en comparant des populations venant de sites aux conditions environnementales contrastées (surface vs. profondeur et lagune vs. mer). Une recherche de loci outliers sur des marqueurs RAD et des marqueurs de gènes de stress n’a toutefois révélé aucun gène candidat dans l’adaptation locale par rapport aux conditions environnementales testées. Ce travail a donc permis de définir A. viridis comme un organisme extrêmement plastique capable de posséder un fort polymorphisme intrinsèque et de s’acclimater à des habitats contrastés. / The symbiotic sea anemone Anemonia viridis has five morphs described using morphological traits. First, the taxonomical status of three of the morphs of A. viridis (var. rufescens, rustica and smaragdina) was studied using stress gene markers and RAD markers. We revealed that the three morphs were not different species, but that A. viridis was split into four polymorphic independent genetic lineages based on geographical origin (three in the Mediterranean Sea, one in the English Channel). Using ITS2 sequence variation, we could not detect any implication of the symbiont (Symbiodinium sp) in the morph differentiation, but we revealed a divergence in symbiont composition among the geographic independent lineages of the animal host. If no effect of the symbiont was detected, a variable distribution of the ITS2 variants based on geography was revealed. Moreover, A. viridis lives in highly contrasted environments, making it an ideal species to study local adaptation. Thus, local adaptation was tested on A. viridis by comparing populations coming from contrasted environments (shallow vs. deep and lagoon vs. sea). Using RAD and stress genes markers in a search for outlier loci, we revealed no candidate adaptive genes under our environmental conditions. In conclusion, Anemonia viridis seems to be a very plastic organism, with a high intrinsic polymorphism and a high acclimation potential.

Le traitement biologique des eaux usées urbaines et industrielles reste une activité ayant un impact négatif sur l’environnement et sur le changement climatique par l’émission des gaz à effet de serre (GES), notamment le CO2. Les changements innovants au niveau des procédés de traitement des eaux usées par l’intégration des flocs de microalgues-bactéries ont abouti à des procédés multitrophiques sans apport d’O2 et sans dégagement du CO2. Il s'agit d'une étude de faisabilité de ces flocs-MaB pour la photobioremédiation des polluants (organiques et minéraux) et pour la production de biomasse valorisable en bioénergie dans le cadre de l'économie circulaire. En présence de la lumière, les flocs-MaB ont été intégrés dans des photobioréacteurs à biomasse fixe afin d'assurer un traitement durable des eaux usées grâce aux échanges symbiotiques entre les micro-oragnismes en terme de nutriments et de gaz. L'encapsulation des flocs-MaB dans des billes de PVA-alginate a montré l'effet des conditions physico-chimiques et hydrodynamiques sur l'élimination des polluants et l'évolution multicellulaire des flocs au sein des réacteurs à multi-échelles. Par ailleurs, la biomasse multitrophique immobilisée sur des supports biodégradables d'olive (OPP) et sur des disques en PVC a assuré une meilleure performance des bioréacteurs à lit fluidisé et à disques rotatifs, respectivement, pour la bioremédiation des eaux usées. Les propriétés des supports (porosité, rugosité et structure) et les comportements hydrodynamiques ont été contrôlés pour favoriser l'attachement des biofilms multitrophiques. Le développement de biofilm montre l'effet des interactions multitrophiques entre les microalgues et les bactéries sur l'élimination des composés organiques (DCO) et nutriments (ammonium et phosphore). La biomasse des flocs-MaB a été récupérée et réutilisée pour le traitement du digestat liquide à l'issu du digesteur et pour améliorer la production de biométhane par une co-digestion anaérobie. Ce procédé multitrophique et intégré permet d'obtenir Zéro déchet à la sortie du processus / The biological treatment of urban and industrial wastewaters represents a process with a negative impact on the environment and on climate change through the emission of greenhouse gases (GHG), particularly CO2. In the presence of light, microalgae-bacteria flocs (MaB-flocs) have been integrated into photobioreactors with fixed biomass to ensure a sustainable wastewater treatment without O2 supply and CO2 release. The entrapment of flocs in PVA-alginate beads has shown the effect of physicochemical and hydrodynamic conditions on the elimination of pollutants and the multicellularity evolution within multi-scale bioreactors. In addition, the immobilization of biomass on biodegradable olive carriers and on PVC disks provided a better performance of fluidized bed and rotating discs bioreactors, respectively, for the bioremediation of wastewater. The properties of the supports (porosity, roughness, and structure) and the hydrodynamic behaviors have favored the attachment of multitrophic biofilms. Biofilm development shows the effect of multitrophic interactions between microalgae and bacteria on the organic compounds (COD) and nutrients (ammonium and phosphorus) removals. The MaB-flocs biomass was recovered and reused for the treatment of the digestate and to improve the production of biomethane by anaerobic co-digestion. This integrated multitrophic technology makes it possible to obtain zero wastes at the end of the process

Le niveau de conversion des réacteurs CANDU et REP en cycle thorium a été étudié dans l'optique d'une utilisation en troisième et dernière strate de scénarios symbiotiques. Le plutonium du combustible REP usé serait par exemple utilisé en CANDU Th/Pu pour produire de l'233U, qui alimenterait ces réacteurs à eau et haute conversion. En cas d'augmentation importante de la production d'énergie à partir d'uranium, cette alternative basée sur des réacteurs existants pourrait suppléer une IVe génération trop tardive. Pour évaluer la compétitivité de tels scénarios, des calculs de cycles détaillés ont été effectués selon une méthodologie de simulation de coeur développée pour le CANDU-6 et adaptée au REP de type N4. Le CANDU Th/233U enrichi à 1.30 wt% est régénérateur, avec un burnup court de 7 GWj/t. Augmenter légèrement l'enrichissement allonge considérablement le cycle, au prix d'une sous-génération. Multirecycler conduit également à une perte de conversion, qui peut néanmoins être compensée par un chargement fissile hétérogène. La conversion à puissance standard est moins bonne en REP Th/233U qu'en CANDU (inventaire fissile réduit de moitié après 50 GWj/t) mais peut être améliorée par sous-modération. L'analyse neutronique montre que l'essentiel du gap de conversion entre CANDU et REP vient des conditions opératoires économes en neutrons du CANDU. Des scénarios ont été comparés du point de vue de l'économie d'uranium et de l'aval du cycle dans les deux cas, et ont confi rmé l'intérêt du CANDU. Deux pistes de recherche ont été identi fiées : l'évaluation de la sûreté des CANDUs au thorium par cinétique avec contre-réactions thermiques, et l'étude de coeurs fortement sous-modérés en cuve standard de REP.

En raison de leur rôle central dans la physiologie et le développement des plantes, les phythormones ont depuis longtemps été considérées comme des médiateurs chimiques déterminants dans la capacité des insectes à contrôler leur environnement végétal. Les mécanismes permettant aux insectes de manipuler la balance phytohormonale permettant ainsi la régulation des apports nutritifs et la modulation des défenses végétales demeurent néanmoins pour la plupart inconnus, en particulier pour les insectes galligènes et mineurs de feuilles. L’objectif de ma thèse visait à caractériser les capacités de modulation phytohormonale par les insectes manipulateurs de plantes avec un accent particulier sur le lépidoptère mineur de feuille Phyllonorycter blancardella. Nous avons ainsi développés une caractérisation spatio-temporelle de la réponse des plantes aux attaques des larves mineuses au niveau moléculaire et biochimique. Une comparaison entre différents systèmes biologiques nous a permis d’évaluer les similitudes entre les stratégies adoptées par les les insectes galligènes et les insectes mineurs de feuilles, d’identifier l’origine possible des phytohormones impliquées dans la manipulation de la plante et le rôle des bactéries endosymbiotiques d’insectes dans ces interactions. / Because phytohormones lie at the very core of molecular mechanisms controlling the plant physiology and development, they have long been hypothesized to be involved in insect-induced plant manipulations. Insects are using phytohormones to manipulate their host plants for their own benefit, regulating nutrient provisioning and plant defenses. However, a mechanistic understanding of how phytohormones operate in plant reconfigurations by plant-manipulating insects, especially by gall-inducing and leaf-minging insects, is lacking. The objective of my Ph.D. was to provide an extensive characterization of how plant-manipulating insects modulate the plant global hormonal balance with a specific focus on the leaf-mining moth Phyllonorycter blancardella. We thus developed a time course characterization of plant transcriptomic and biochemical responses following attack by leaf-mining larvae. A comparative analysis between different biological systems allowed us to estimate similarities in strategies developed leaf-mining and gall-inducing insects, to identify the possible origin of phytohormones involved in the plant manipulation and to estimate the role of insect endosymbiotic bacteria in these interactions.

Les fluctuations du taux de calcium (Ca2+) intracellulaire sont impliquées dans les événements de signalisation et de régulation de différents processus cellulaires. Alors que le role du Ca2+ dans la réponse des plantes lors des interactions mycorhiziennes à arbuscules (MA) interactions est bien documentée, il n’existe aucune information concernant la régulation ou le rôle de ce messager secondaire chez le symbiote fongique. La base moléculaire de l'homéostasie calcique fongique dans la symbiose MA a été analysée en étudiant l'expression de gènes fongiques liés au Ca2+. Dans un premier temps, des gènes de G. mosseae codant putativement pour une protéine kinase-like MAP3k (Gm2) et une P-type ATPase (Gm152) ont été étudiés. L’expression des deux gènes est stimulée par les exudats racinaires d’A. sinicum, suggérant un rôle dans les interactions précoces avant l'établissement de la symbiose. L’obtention de la séquence d'ADNc pleine longueur de Gm152 a confirmé son identité. Une étude plus approfondie du rôle de Ca2+ dans les processus fongiques impliqués dans la symbiose MA a été réalisée chez G. intraradices. L'expression de sept gènes fongiques encodant six protéines de transport membranaire calcique et une protéine kinase nucléaire, sélectionnés du séquençage transcriptomique du G. intraradices, était stimulée lors de la colonisation des racines de M. truncatula type sauvage (lignée J5) mais pas chez le mutant non-mycorhizienne dmi3/Mtsym13. La cartographie par microdissection laser des transcrits des gènes fongiques a indiqué une activation différentielle dans les arbuscules et/ou dans hyphes intercellulaires. Les variations tempo-spatiales de l'expression des gènes fongiques suggèrent des roles différents dans le développement ou le fonctionnement de la symbiose MA. L’ADNc pleine longueur a été obtenue de trois gènes de G. intraradices encodant un PMR1-like réticulum endoplasmique ATPase, un VCX1-like transporteur ionique vacuolaire et un CCaMK nucléaire pour des analyses fonctionnelles chez la levure afin de mieux comprendre leur rôle dans la symbiose MA. Les mécanismes par lesquels les protéines liées au Ca2+ pourraient jouer un rôle chez G. intraradices dans la mobilisation et la perception du messager secondaire au cours des interactions MA sont discutés / Fluctuations in intracellular (Ca2+) calcium levels generate signaling events and regulate different cellular processes. Whilst the implication of Ca2+ in plant cell responses during arbuscular mycorrhiza (AM) interactions is well documented, nothing is known about the regulation or role of this secondary meesenger in the fungal symbiont. The molecular basis of fungal calcium homeostasis in the AM symbiosis was analyzed by investigating the expression of Ca2+-related fungal genes. In a first study, G. mosseae genes putatively encoding a MAP3k-like protein kinase (Gm2) and a P-type ATPase (Gm152) were investigated. Both Ca2+-related genes were up-regulated by A. sinicum root exudates, suggesting a role in early interactions prior to symbiosis establishment. The full-length cDNA sequence of Gm152 obtained from germinating spores of G. mosseae confirmed its identity. The role of Ca2+ in fungal processes leading to establishment of an AM symbiosis was investigated in more detail in G. intraradices-M. truncatula interactions. Enhanced expression of genes encoding six membrane transport proteins and one nuclear protein kinase, selected from the G. intraradices transcriptome database, was related to colonization of wild-type M. truncatula (line J5) roots and not observed with the mycorrhiza-resistant mutant dmi3/Mtsym13. Laser microdissection mapping of transcripts indicated that the Ca2+-related G. intraradices genes were differentially up-regulated in arbuscules and/or in intercellular hyphae. The tempo-spatial variations in fungal gene expression suggest different roles in the development or functioning of the AM symbiosis. Full-length cDNA of three G. intraradices genes putatively encoding a PMR-like endoplasmic reticulum P-type ATPase, a VCX1-like vacuolar Ca2+ ion transporter and a nuclear CCaMK were obtained for functional analyses in yeast mutants to gain insight into their role in the mycorrhizal symbiosis. Possible mechanisms are discussed in which Ca2+-related proteins of G. intraradices may play a role in the mobilization and perception of the intracellular messenger by the AM fungus during symbiotic interactions with host roots