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Le compostage est un procédé anthropique basé sur le processus naturel de décomposition de la biomasse qui exploite l'activité enzymatique des microorganismes sous le contrôle de plusieurs facteurs environnementaux. Les résidus lignocellulosiques de par leur composition et leur faible pourcentage d'humidité sont particulièrement adaptés au compostage dans lequel ils jouent le rôle d’élément structurant. Bien que majoritairement d’origine végétale, la matière organique dirigée vers les sites de compostages est très diversifiée, tout comme les types de contaminants qu’elle peut incidemment contenir et dont l’impact sur les processus de biodégradation, et de surcroit leur rémanence dans l’environnement, reste largement à investiguer. L’objectif de cette thèse vise ainsi à faire état de l’effet de la composition de la biomasse lignocellulosique et de la présence d’un contaminant fréquent tel que le glyphosate sur le compostage. Pour ce faire, le suivi de la transformation de la matière organique végétale et de la dégradation du glyphosate, l’évolution des paramètres physicochimiques et la dynamique de recrutement des populations bactériennes ont été effectués tout au long du processus. Deux expériences menées sur le terrain visaient dans un premier temps à mesurer l’effet de l’âge d’une plante ligneuse, dans ce cas-ci le saule arbustif (Salix), et d’une période d’entreposage hivernal sur la transformation de la biomasse, et dans un deuxième temps à étudier les dynamiques de succession bactériennes impliquées dans le cycle du carbone et de l’azote lors du compostage de résidus végétaux. Les résultats obtenus ont révélé une différence dans la composition de la biomasse des tiges âgées de 2 ans et de 3 ans. Alors que les premiers contenaient plus de composés extractibles, les seconds étaient plus riches en sucres structuraux. Ces différences expliquent une hausse des températures plus forte et plus rapide dans le tas de copeaux de tiges plus jeunes. La diminution des composés extractibles, la conservation des sucres structuraux et l’augmentation de la proportion de lignine démontrent l’importance de la source de carbone soluble pour l’initiation de la décomposition du bois et la récalcitrance des éléments lignocellulosiques durant l’entreposage hivernal. La seconde expérience a mis en évidence une très grande diversité de bactéries responsables de la décomposition de la cellulose, des hémicelluloses et de la lignine durant la phase thermophile du compostage. Cette phase qui était le théâtre d’une activité intense comptait moins d’espèces, mais ces dernières étaient très abondantes, une tendance qui s’est inversée avec la maturation de la matière organique. La dynamique observée traduit une redondance fonctionnelle des communautés qui semblent évoluer selon la température, le taux d’oxygène et la nature du substrat disponible. Une troisième expérience menée en milieu contrôlé a ensuite démontré l’impact négligeable du glyphosate sur l’activité microbienne et l’évolution des paramètres physicochimiques lors du compostage. Le glyphosate était presque ou entièrement dégradé à l’issue du compostage et la présence du principal produit de dégradation, l’acide aminométhylphosphonique (AMPA) n’a d’ailleurs même pas pu être quantifiée durant l’expérience. L’impact du glyphosate sur les communautés bactériennes était également négligeable. Seules quelques bactéries étaient différentiellement abondantes entre les deux traitements, la grande majorité étant moins abondante dans le traitement contenant du glyphosate. La richesse en espèces aux différents temps d’échantillonnage était la même entre le traitement témoin et le traitement contenant du glyphosate « pur » et l’analyse de la bêta-diversité n’a relevé aucune différence significative entre les communautés présentes dans le traitement témoin et le traitement glyphosate. Cette thèse a ainsi fait valoir l’importance de la nature initiale de la matière organique sur l’activité microbienne, le recrutement et la dynamique des communautés durant le compostage, tandis que la présence du contaminant glyphosate s’est présenté comme un facteur beaucoup moins déterminant sur les processus de décomposition et l’abondance des espèces bactériennes. Ces informations devraient non seulement permettre d’optimiser le traitement de la matière organique par compostage, mais aussi de mieux évaluer les risques potentiels associés au compostage de biomasse contaminé., Composting is an anthropic process based on the natural decay of biomass that exploits the enzymatic activity of microorganisms under the control of several environmental factors. Due to their composition and low moisture content, lignocellulosic residues are particularly suitable for composting and serve as a structuring element, which confers them an important role in the process. Although mostly of plant origin, the organic matter (OM) directed towards composting sites is highly diversified, as are the types of contaminants it can contain. The impact of these contaminants, such as glyphosate, on the biodegradation process and their persistence in the environment remain to be investigated. The objective of this thesis is thus to report on the effect of the composition of the lignocellulosic biomass and the presence of glyphosate on the evolution of the physicochemical parameters and the recruitment of bacteria during composting, while ensuring the follow-up of the transformation of the vegetable organic matter and the degradation of glyphosate during the process. Two field studies were conducted to measure the effect of stem age and winter storage on the transformation of wood chips, and to study the dynamics of bacterial succession involved in the carbon and nitrogen cycle during the composting of plant residues. The results obtained revealed a difference in the composition of 2-year-old and 3-year-old stems from shrub willow (Salix sp.), with the younger ones containing more extractable compounds and the more mature ones richer in structural sugars. These differences were reflected in a higher and faster temperature rise in the younger chip pile. A decrease in extractives, retention of structural sugars, and an increase in the proportion of lignin demonstrate the importance of the soluble carbon source for the initiation of wood decomposition and recalcitrance of lignocellulosic elements. The second experiment revealed a very high diversity of bacteria responsible for the decomposition of cellulose, hemicelluloses and lignin during the thermophilic phase of composting. This phase, during which intense activity took place, had fewer species, but they were very abundant, a trend that reversed as the organic matter matured. The observed dynamics reflect a functional redundancy of the communities, which seems to evolve according to the temperature, oxygen level and nature of the available substrate. A third experiment conducted in a controlled environment demonstrated the negligible impact of glyphosate on microbial activity and the evolution of physicochemical parameters during composting. Glyphosate was almost or completely degraded after composting, while the main product of degradation, aminoethylphosphonic acid (AMPA), was not detected. The impact of glyphosate on bacterial communities was also negligible, while species richness at different sampling times was the same when comparing the control treatment and the treatment containing "pure" glyphosate. The beta-diversity analysis found no significant difference between the communities present in the control and glyphosate treatments, while a few bacteria were differentially abundant between the two treatments, the vast majority being less abundant in the glyphosate treatment. This thesis has thus highlighted the importance of the initial nature of the organic matter on microbial activity as well as on the recruitment and dynamics of bacterial communities during composting, while the presence of glyphosate was shown to be a weak determinant of decomposition processes and species abundance. This information should help to optimize the treatment of organic matter by composting and to better assess the potential risks associated with composting contaminated biomass.

Ces dernières années, les approches métagénomiques (basées sur le séquençage de l’ADN microbien) sont devenues incontournables dans l’étude des écosystèmes microbiens des aliments, supplantant parfois les approches culturales classiques souvent considérées comme laborieuses. A travers l’exemple du Pélardon, fromage artisanal au lait cru de chèvre fabriqué par backslopping de lactosérum, nous avons comparé les communautés microbiennes au cours de la fabrication du fromage révélées par deux approches cuture-indépendantes, i.e. métagénétique 16S et métagénomique Shotgun, ainsi que par approche culturale. Cette dernière a reposé sur la déréplication et l’identification par spectrométrie de masse MALDI-TOF de plus de 600 isolats bactériens isolés de quatre milieux de culture différents. Pour ces trois méthodes, les analyses ont été réalisées sur des échantillons de Pélardon prélevés à trois stades de fabrication : caillage, affinage précoce (2 semaines) et affinage prolongé (2 mois) en analysant croûte et cœur séparément. La reconstruction des dynamiques microbiennes a montré une diversité croissante au cours de la fabrication. Les trois approches s’accordent sur la dominance marquée de Lactococcus lactis dans le caillé, suivi de Leuconostoc mesenteroides. En revanche, les stades d’affinage ont été marqués par de fortes divergences entre les différentes approches, menant à des visions très différentes des communautés, que ce soit en surface ou au cœur du Pélardon. Ainsi, cinq genres parmi lesquels Lacticaseibacillus et Enterococcus, n’ont été détectés que par l’analyse culture-dépendante tandis que six autres genres (i.e. Brachybacterium, Acinetobacter) n’ont été mis en évidence qu’à travers les approches culture-indépendantes. Si certains genres correspondaient à des populations sous-dominantes, il n’en est pas de même pour Lacticaseibacillus paracasei. Cette espèce représentait près de la totalité des flores lactiques cultivables en cœur des fromages affinés et n’a pas été détectée par l’analyse métagénétique ou Shotgun. A l’inverse, sur la base des analyses culture-indépendantes, L. lactis restait dominante tout au long de l’affinage en surface et au cœur, tandis qu’elle n’était plus détectée sur aucun des milieux utilisés par approche-culture dépendante au second stade d’affinage étudié (2 mois). Plusieurs hypothèses biologiques ont été envisagées pour expliquer cette divergence. Toutefois, ces résultats ont permis de mettre en exergue les forces et les biais liées aux approches basées sur l’ADN et illustrent, par ailleurs, la nécessité d’une approche polyphasique dans l’étude des dynamiques microbiennes des fromages artisanaux.

Halophilic and halotolerant bacteria are usually isolated in natural environments, although they are also present in foods such as cheese rinds and seafood. However, studies on their ecological and technological functions in cheese are still underdeveloped. In order to fill the data gap in the literature on this subject, we have used cultural, genomic and metagenomic approaches to deconstruct these ecosystems in cheese rinds. The cultural approach, assisted by the development of targeted strategies to facilitate the isolation of sub-dominant species, allowed us to isolate representatives of 28 species, including four new species of Halomonas and two of Psychrobacter. Based on a mapping with the genomes of halophilic species available as reference on more than 100 cheese rind metagenomes, we showed that gamma-proteobacteria, mainly from the genera Halomonas, Psychrobacter and Pseudoalteromonas, are abundant in a wide variety of soft and washed-rind cheeses. Since this fact suggests that these microorganisms could play a technological role in foods, we evaluated, in parallel with strains from other environments, their ability to produce aromatic compounds and pigments in a synthetic cheese model. These experiments showed that these Gammaproteobacteria could have a technological impact in addition to their ecological role. The results obtained in this work should stimulate the development of functional studies of this salt-tolerant flora in the cheese ecosystem.; Les bactéries halophiles et halotolérantes sont généralement isolées dans des environnements naturels, bien qu'elles soient également présentes dans les aliments, comme les croûtes de fromage et les fruits de mer. Cependant, les études sur leurs fonctions écologiques et technologiques dans le fromage sont encore peu développées. Afin de combler le manque de données dans la littérature sur ce sujet, nous avons utilisé des approches culturales, génomiques et métagénomiques pour déconstruire ces écosystèmes dans les croûtes de fromages. L’approche culturale, assistée par le développement de stratégies ciblées pour faciliter l’isolement des espèces sous-dominantes, nous a permis d'isoler des représentants de 28 espèces, dont quatre nouvelles espèces d’Halomonas et deux de Psychrobacter. À partir d’un mapping avec les génomes des espèces halophiles disponibles comme références sur plus de 100 métagénomes de croûtes de fromages, nous avons montré que les gamma-protéobactéries, principalement des genres Halomonas, Psychrobacter et Pseudoalteromonas, sont abondantes dans une grande variété de fromages à pâte molle et croûte lavée. Comme ce fait suggère que ces microorganismes pourraient exercer un rôle technologique dans les aliments, nous avons évalué, en parallèle avec des souches issues d’autres environnements, leurs capacités à produire des composés aromatiques et des pigments dans un modèle de fromage synthétique. Ces expériences ont montré que ces gamma-protéobactéries pourraient avoir un impact technologique en plus de leur rôle écologique. Les résultats obtenus dans ce travail devraient stimuler le développement d’études fonctionnelles de cette flore tolérante au sel dans l’écosystème fromager.

Calvados is a Normandy brandy made by the distillation of cider. Ciders destined for distillation resultfrom spontaneous fermentation without any human intervention, leading to various interactions between thedifferent microbial communities. At the end of alcoholic fermentation, glycerol produced can be degraded andconverted to 3-hydroxypropionaldehyde (3-HPA) by Lactobacillus collinoides via the glycerol dehydrataseenzyme encoded by the pdu operon. During distillation, dehydration of 3-HPA to acrolein leads to organolepticdisorders, developing a bitterness taste in calvados known as “piqûre acroléique”. The first objective of this thesiswas to unveil the diversity of ten ciders for distillation during fermentation using a high throughput sequencing(16S, ITS1) approach and to establish links between microbial composition and aromatic quality. This approachallowed us to identify more than 40 bacterial and fungal and significant differences were found among fungal andbacterial populations between producers during the fermentation process, suggesting that the practices lead to thetypicity of cider, and therefore to the typicity of calvados. The study of the microbial composition was correlatedwith the aromatic composition of ciders for distillation during the fermentation process and of the micro-distillates.Three groups of microbial dynamics and compositions, directly related to the producers, were observed leading todifferent aromatic compositions. A comparative analysis of eight genomes of Lactobacillus collinoides strainsisolated from the ciders according to the different metabolisms associated with fermentation as well as on theability of the strains to metabolize glycerol was performed. Two types of operon pdu were highlighted and thisgenetic variability between L. collinoides strains suggests different abilities for glycerol degradation. Anexperimental design (D-optimal) by varying 6 factors (glucose, fructose, nitrogen, ethanol, malic acid, pH) wasdeveloped to study the metabolism of glycerol in these strains. 3 genetic and metabolic profiles were identified. L.collinoides strains with operon type I are always able to degrade glycerol, contrarily to those harbouring the operonof type II. This work opens up interesting perspectives regarding the presence and physiology of L. collinoidesduring the development of cider and its involvement in the “piqûre acroléique”., Le calvados est une eau-de-vie obtenue par distillation du cidre. Le cidre de distillation résulte d’une fermentation naturelle spontanée non maîtrisée, qui permet toutes les interactions possibles entre les différentes communautés microbiennes. En fin de fermentation alcoolique, le glycérol produit peut être dégradé et converti en 3-hydroxypropionaldehyde (3-HPA) par Lactobacillus collinoides via l’enzyme glycérol déshydratase codée par l’opéron pdu. Lors de la distillation, la déshydratation du 3-HPA en acroléine entraîne des désordres organoleptiques connus sous le nom de piqûre acroléique en développant un goût d’amertume dans les calvados. Ces travaux de thèse ont eu pour premier objectif d’apporter une réelle nouveauté dans l’étude de la diversité de dix cidres de distillation normands lors de la fermentation par une approche de métagénomique et d’établir des liens entre la composition microbienne et la qualité aromatique. Cette approche a permis de mettre en évidence plus de 40 genres bactériens et fongiques et des différences significatives ont été constatées au sein de ces populations entre les cidres des différents producteurs au cours du processus de fermentation, suggérant que les pratiques d’élaboration mènent à une typicité du cidre et donc à celle du calvados. L’étude de la composition des communautés microbiennes en lien avec la composition aromatique des cidres de distillation et celle des micro- distillats a été effectuée. Trois groupes de dynamiques et compositions microbiennes, directement liées aux producteurs, émergent conduisant à des compositions aromatiques différentes. L’analyse comparative de huit génomes de souches de Lactobacillus collinoides isolées à partir de cidres de distillation portant sur les métabolismes associés à la fermentation et sur la capacité des souches à métaboliser le glycérol a été effectuée. Deux types d’opéron pdu se profilent et cette variabilité génétique observée entre les souches de L. collinoides suggère des capacités différentes de dégradation du glycérol. Un plan expérimental (D-optimal) faisant varier 6 facteurs (glucose, fructose, azote, éthanol, acide malique, pH) a été élaboré pour étudier le métabolisme du glycérol chez ces souches. Trois profils génétiques et métaboliques ont pu être mis en évidence. Les souches de L. collinoides possédant l’opéron de type I sont toujours capables de dégrader le glycérol, contrairement à celles porteuses de l’opéron de type II. Ces travaux ouvrent des perspectives intéressantes quant à la présence et la physiologie de L. collinoides lors de l’élaboration du cidre et son implication dans la piqûre acroléique.

Viruses’ ubiquity, abundance and diversity have highlighted that they are naturally embedded into global ecosystems. In order to better understand how they interact, adapt and evolve, it is essential to study them at the ecosystem scale, particularly at the agro-ecosystem scale where the promiscuity between wild and cultivated ecosystems facilitates new interactions favouring the emergence of new viral variants. This study focused on phytoviruses of the genus Mastrevirus, transmitted by leafhoppers and responsible for many crop diseases in Africa and the Indian Ocean islands. Our work focused on the development of a metagenomic approach called RCA-RA-NGS targeting viruses with small circular DNA genomes. This approach is based on rolling-circle amplification step followed with amplicons tagging using random PCR allowing multiplexing of up to 1200 samples and Illumina high-throughput sequencing before classification of the reads obtained by similarity search and phylogenetic placement. The analysis of nearly 3000 samples representing 30 species of Poaceae showed that 18 of these species and globally 8% of the evaluated plants were infected by masteviruses. In addition to the discovery of previously undescribed mastrevirus species, our results provide a comprehensive view of the network of mastrevirus-host association within an agro-ecosystem. The topology of this network suggests (1) no modularity and only nestedness of specialists host ranges with those of generalists, (2) hosts acting as viral hub and (3) the presence of recombination., L’ubiquité, l’abondance et la diversité des virus ont mis en exergue qu’ils font partie intégrante des écosystèmes. Afin de mieux comprendre comment ils interagissent, s’adaptent et évoluent, il est essentiel de les étudier à l’échelle des écosystèmes, en particulier à l'échelle des agro-écosystèmes où la promiscuité entre mondes sauvages et cultivées facilitent de nouvelles interactions pouvant aboutir à l‘émergence de nouveaux variants viraux. Cette étude s’est focalisée sur les phytovirus du genre Mastrévirus, transmis par cicadelles et responsables de nombreuses maladies sur cultures en Afrique et dans les îles de l’océan Indien. Nos travaux ont porté sur le développement d’une approche de métagénomique ciblant les virus à petits génomes à ADN circulaire dénommée RCA-RA-NGS. Cette approche repose sur l'amplification en cercle roulant, le marquage des amplicons par PCR aléatoire permettant un multiplexage allant jusqu’à 1200 échantillons et le séquençage haut débit Illumina avant classification des lectures obtenus par recherche de similarité et placement phylogénétique. L’analyse de près de 3000 échantillons représentant 30 espèces de Poaceae a permis de démontrer que 18 de ces espèces et globalement 8 % des plantes évaluées étaient infectées par des mastrévirus. Outre la découverte d'espèces de mastrévirus non décrites auparavant, nos résultats fournissent une vue exhaustive du réseau d'association mastrévirus-hôte au sein d'un agro-écosystème. La topologie de ce réseau suggère (1) l’imbrication des gammes spécialistes dans celles des généralistes mais l’absence de modularité, (2) des hôtes agissant comme des carrefours viraux et (3) la présence de recombinaison.

Isopods are good models to study interactions within the holobiont because they host a rich and diversified microbiota, whose composition is highly variable, depending on the environment and the host's life history traits. Some of their endosymbionts such as the feminizing bacteria Wolbachia, and their consequences on the evolutionary trajectory of hosts have been well characterised. A more global perspective of interactions within the holobiont and their impacts on the host’s fitness has been little considered. In this context, we used a combination of metagenomics, transcriptomics and gene expression analysis approaches to better understand the mechanisms and consequences of these interactions on the host's fitness. First, this thesis explores host-microbial interactions through the lignocellulose degradation process, which is essential for isopods’ nutrition. The host and microbiota’s enzymatic repertoires related to the degradation of lignocellulose have been identified in the woodlouse Armadillidium vulgare. The comparison of these two enzyme repertoires revealed their complementarity, suggesting a close collaboration between the host and its microbiota for lignocellulose degradation. The contribution of the host and its microbiota to this process was then quantified according to several diets with gene expression of CAZymes (enzymes specialized in lignocellulose degradation) and metabarcoding approaches. Secondly, the identification of the CAZymes repertoire in 64 transcriptomes of aquatic and terrestrial isopods provided new information on the evolutionary processes that have favoured the conquest of lands by isopods. This work was further developed by obtaining metagenomes of five isopod species to characterise lignocellulose deconstruction strategies in the holobiont. The reconstruction of bacterial genomes from metagenomes enabled us to identify other symbionts in isopods. We also have characterised a first virome of isopods, which shows that phages constitute an important part of the microbiota. They could play a crucial role as regulators of bacterial communities within the holobiont. All these studies illustrate the richness of interactions between the microbiota and the host in isopods for lignocellulose degradation, and open the way to new implications of the microbiota within the isopods’ holobiont.; Les isopodes représentent un modèle de choix pour l’étude des interactions au sein de l’holobionte car ils hébergent un microbiote riche et diversifié, dont la composition est très variable, sous la dépendance de l’environnement et des traits d’histoire de vie de l’hôte. Certains de leurs endosymbiotes tels que la bactérie féminisante Wolbachia et leurs conséquences sur la trajectoire évolutive des hôtes ont été bien caractérisés. Une perspective plus globale des interactions au sein de l’holobionte et leurs impacts sur la valeur adaptative de l’hôte n’a été que peu envisagée. Dans ce cadre, nous avons utilisé une combinaison d’approches expérimentales, de métagénomique, de transcriptomique et d’analyse de l’expression de gènes, afin de mieux comprendre les mécanismes et les conséquences de ces interactions sur la valeur adaptative de l’hôte. Dans un premier temps, cette thèse explore les interactions hôtes-microbiotes au travers du processus de dégradation de la lignocellulose, essentiel dans la nutrition des isopodes. Le répertoire enzymatique lié à la dégradation de la lignocellulose de l’hôte et du microbiote du cloporte Armadillidium vulgare ont été identifiés. La comparaison de ces deux répertoires enzymatiques a permis de mettre en évidence leur complémentarité, suggérant ainsi une étroite collaboration entre l’hôte et son microbiote pour la dégradation de la lignocellulose. La contribution de l’hôte et de son microbiote dans ce processus a ensuite été quantifiée en fonction de plusieurs régimes alimentaires avec des approches de métabarcoding et d’expression de gènes de CAZymes, enzymes spécialisées dans la dégradation de la lignocellulose. Dans un second temps, l’identification du répertoire de CAZymes dans 64 transcriptomes d’isopodes aquatiques et terrestres a permis d’apporter de nouveaux éléments sur les processus évolutifs qui ont favorisé la conquête des écosystèmes terrestres par les isopodes. Ces travaux ont été approfondis par l’obtention des métagénomes de cinq espèces d’isopodes permettant de caractériser les stratégies de déconstruction de la lignocellulose dans l’holobionte. La reconstruction des génomes bactériens à partir des métagénomes a permis d’identifier d’autres symbiotes chez les isopodes. Nous avons parallèlement caractérisé un premier virome des isopodes, qui montre que les phages constituent une part importante du microbiote. Ils pourraient jouer un rôle crucial comme régulateurs des communautés bactériennes au sein de l’holobionte. L’ensemble de ces travaux illustre la richesse des interactions entre le microbiote et l’hôte chez les isopodes pour la dégradation de la lignocellulose, et ouvre la voie à de nouvelles implications du microbiote au sein de l’holobionte des isopodes.

Isopods are good models to study interactions within the holobiont because they host a rich and diversified microbiota, whose composition is highly variable, depending on the environment and the host's life history traits. Some of their endosymbionts such as the feminizing bacteria Wolbachia, and their consequences on the evolutionary trajectory of hosts have been well characterised. A more global perspective of interactions within the holobiont and their impacts on the host’s fitness has been little considered. In this context, we used a combination of metagenomics, transcriptomics and gene expression analysis approaches to better understand the mechanisms and consequences of these interactions on the host's fitness. First, this thesis explores host-microbial interactions through the lignocellulose degradation process, which is essential for isopods’ nutrition. The host and microbiota’s enzymatic repertoires related to the degradation of lignocellulose have been identified in the woodlouse Armadillidium vulgare. The comparison of these two enzyme repertoires revealed their complementarity, suggesting a close collaboration between the host and its microbiota for lignocellulose degradation. The contribution of the host and its microbiota to this process was then quantified according to several diets with gene expression of CAZymes (enzymes specialized in lignocellulose degradation) and metabarcoding approaches. Secondly, the identification of the CAZymes repertoire in 64 transcriptomes of aquatic and terrestrial isopods provided new information on the evolutionary processes that have favoured the conquest of lands by isopods. This work was further developed by obtaining metagenomes of five isopod species to characterise lignocellulose deconstruction strategies in the holobiont. The reconstruction of bacterial genomes from metagenomes enabled us to identify other symbionts in isopods. We also have characterised a first virome of isopods, which shows that phages constitute an important part of the microbiota. They could play a crucial role as regulators of bacterial communities within the holobiont. All these studies illustrate the richness of interactions between the microbiota and the host in isopods for lignocellulose degradation, and open the way to new implications of the microbiota within the isopods’ holobiont.; Les isopodes représentent un modèle de choix pour l’étude des interactions au sein de l’holobionte car ils hébergent un microbiote riche et diversifié, dont la composition est très variable, sous la dépendance de l’environnement et des traits d’histoire de vie de l’hôte. Certains de leurs endosymbiotes tels que la bactérie féminisante Wolbachia et leurs conséquences sur la trajectoire évolutive des hôtes ont été bien caractérisés. Une perspective plus globale des interactions au sein de l’holobionte et leurs impacts sur la valeur adaptative de l’hôte n’a été que peu envisagée. Dans ce cadre, nous avons utilisé une combinaison d’approches expérimentales, de métagénomique, de transcriptomique et d’analyse de l’expression de gènes, afin de mieux comprendre les mécanismes et les conséquences de ces interactions sur la valeur adaptative de l’hôte. Dans un premier temps, cette thèse explore les interactions hôtes-microbiotes au travers du processus de dégradation de la lignocellulose, essentiel dans la nutrition des isopodes. Le répertoire enzymatique lié à la dégradation de la lignocellulose de l’hôte et du microbiote du cloporte Armadillidium vulgare ont été identifiés. La comparaison de ces deux répertoires enzymatiques a permis de mettre en évidence leur complémentarité, suggérant ainsi une étroite collaboration entre l’hôte et son microbiote pour la dégradation de la lignocellulose. La contribution de l’hôte et de son microbiote dans ce processus a ensuite été quantifiée en fonction de plusieurs régimes alimentaires avec des approches de métabarcoding et d’expression de gènes de CAZymes, enzymes spécialisées dans la dégradation de la lignocellulose. Dans un second temps, l’identification du répertoire de CAZymes dans 64 transcriptomes d’isopodes aquatiques et terrestres a permis d’apporter de nouveaux éléments sur les processus évolutifs qui ont favorisé la conquête des écosystèmes terrestres par les isopodes. Ces travaux ont été approfondis par l’obtention des métagénomes de cinq espèces d’isopodes permettant de caractériser les stratégies de déconstruction de la lignocellulose dans l’holobionte. La reconstruction des génomes bactériens à partir des métagénomes a permis d’identifier d’autres symbiotes chez les isopodes. Nous avons parallèlement caractérisé un premier virome des isopodes, qui montre que les phages constituent une part importante du microbiote. Ils pourraient jouer un rôle crucial comme régulateurs des communautés bactériennes au sein de l’holobionte. L’ensemble de ces travaux illustre la richesse des interactions entre le microbiote et l’hôte chez les isopodes pour la dégradation de la lignocellulose, et ouvre la voie à de nouvelles implications du microbiote au sein de l’holobionte des isopodes.

Antibiotics disrupt the gut microbiota, and are considered a risk factor of colonization by multidrug-resistant bacteria. In a murine model, we studied the impact of digestive colonization with carbapenemase-producing Enterobacteriaceae (CPE) on the severity of Pseudomonas aeruginosa pneumonia. Mice colonized by CPE presented a more severe pneumonia (clinical score and alveolocapillary permeability) and a higher mortality compared to controls or mice that received only clindamycin. Fecal microbiota transplant was associated with better outcomes. After infection by P. aeruginosa, lung dendritic cells and CD4 T lymphocytes were decreased in mice colonized by CPE. Gut microbiota was specifically altered in mice colonized by CPE: Muribaculaceae relative abundance was greatly reduced, associated with an expansion of the Hungatella genus. Tryptophan metabolites were modified by CPE colonization. Asymptomatic digestive colonization with CPE had a detrimental effect on the host response to P. aeruginosa pneumonia., L’altération du microbiote digestif provoquée par une antibiothérapie augmente le risque de colonisation par des bactéries multirésistantes. Dans un modèle murin, nous avons étudié l’impact d’une colonisation digestive par entérobactéries productrices de carbapénémase (EPC) sur la sévérité d’une pneumopathie à Pseudomonas aeruginosa. Les souris colonisées par EPC présentaient une pneumopathie plus sévère (score clinique et perméabilité alvéolo-capillaire), ainsi qu’une mortalité plus élevée par rapport aux groupes contrôles ou ayant simplement reçu une injection de clindamycine. Une transplantation de microbiote fécal restaurait le pronostic. Les cellules dendritiques et les lymphocytes T CD4 étaient diminués au niveau pulmonaire dans le groupe colonisé par EPC. Au niveau du microbiote digestif, on observait une quasi-extinction des Muribaculaceae associée à une expansion du genre Hungatella chez les souris colonisées par EPC. Certains métabolites du tryptophane potentiellement impliqués dans la réponse immunitaire étaient modifiés dans le groupe colonisé par EPC. Une colonisation digestive asymptomatique peut ainsi entraîner des effets délétères sur la réponse de l’hôte.

Bacteria of the Gallionellaceae family (β-proteobacteria) oxidise dissolved iron at circumneutral pH to fuel their energy metabolism. These bacteria are endemic of microaerobic habitats, where they can outcompete the rapid abiotic oxidation of iron with oxygen. They are thus generally found in the interface areas between the atmosphere and an anoxic iron-rich compartment, such as a resurgence of groundwater. However, in the last five years, several studies have shown the presence of Gallionellaceae at depth in some subsurface environments, at depths where they are generally anoxic. In several of these environments, such as some aquifers in the Armorican basement (Brittany, France), Gallionellaceae even seem to dominate the microbial communities. This suggests (i) that there are deep interface zones in these aquifers between an oxygen-containing compartment and an anoxic iron-rich compartment, and (II) that these interface zones can have a major role in maintaining microbial populations at depth. The objective of this thesis was to explore the diversity and the ecology of Gallionellaceae bacteria in these subsurface environments, for uncover their overall biogeochemical functioning. A multidisciplinary approach, involving metagenomic and hydrogeochemical analyses, was used to achieve this objective.; Les bactéries de la famille des Gallionellaceae (β-proteobacteria) oxydent le fer dissous à pH neutre pour alimenter leur métabolisme énergétique. Ces bactéries sont endémiques des habitats microaérobies, où elles peuvent rivaliser avec l'oxydation abiotique rapide du fer par l'oxygène. Elles sont ainsi retrouvées généralement dans les zones d’interfaces entre l’atmosphère et un compartiment anoxique riche en fer, tel qu’une résurgence d’eau souterraine. Pourtant ces cinq dernières années, de plus en plus d’études attestent de la présence des Gallionellaceae en profondeur dans certains milieux souterrains, à des profondeurs où ils sont généralement considérés comme anoxiques. Dans plusieurs de ces milieux, comme par exemple certains aquifères du massif armoricain (Bretagne, France), les Gallionellaceae semblent même dominer les communautés microbiennes présentes. Cela suggère que non seulement il existe des zones d’interface en profondeur dans ces aquifères entre un compartiment contenant de l’oxygène et un compartiment anoxique riche en fer, mais aussi que ces zones d’interfaces peuvent avoir un rôle prépondérant dans le maintien des populations microbiennes en profondeur. L’objectif de cette thèse était ainsi d’explorer la diversité et l’écologie des Gallionellaceae au sein des milieux souterrains, afin de mieux comprendre le fonctionnement biogéochimique global de ces milieux. Une approche pluridisciplinaire, faisant intervenir des analyses métagénomiques et hydrogéochimiques, a été privilégiée pour répondre à cet objectif.

Geminiviruses have emerged to become one of the largest and most economically important groups of plant-infecting viruses, and geminivirus-induced diseases are a major threat to worldwide vegetable production, particularly in tropical and subtropical regions of the world. Importantly, the accumulated body of work on some of the most important geminiviral associated diseases clearly demonstrate the role of geminiviruses associated with wild plants on the emergence of disease on imported crops. Moreover, recent metagenomic data suggested that the vast majority of viruses characterized from crops represent only a small fraction of the phytoviruses in general. It is therefore of prime interest to obtain a better knowledge of viral diversity infecting crops and wild plants, the main epidemiological parameters involved in their emergence and their dynamic at the scale of agro-ecological systems. In this work, a survey of solanaceous crop fields and their surrounding uncultivated plants from 48 localities in Burkina Faso and Ivory Coast was performed. The sample analysis using classical molecular biology tools both confirm the incompleteness of our knowledge of the geminivial diversity and the existence of numerous alternative wild host plants. At least five species of begomovirus and mastrevirus were found in association with the ToLCD-TYLCD. A North to South increasing gradient of complexity of viruses populations was uncover with PepYVMLV being the most prevalent on cultivated solanaceous plants. The discovery of the association of a newly described DNA-B component with the PepYVMLV also lead to the study of the epidemiological parameters of this co-infection. Despite this association being relaxed, it was demonstrated that the virulence of the disease, the viral accumulation and the transmission by Bemisia tabaci were increased with the presence of the co-infection with the DNA-B component. All these factors are probably associated with the success of this association on the field. Because of the extreme severity of the resulting disease, the diffusion of this new DNA-B component at a larger scale would represent a major threat to tomato culture in Burkina Faso, Africa and the world in general. The use of a metagenomic approach, allow the generalization of our findings to full agro-ecological settings. Besides confirming previous species discovery, species yet undescribed in Burkina Faso along with completely new begomovirus species were described. The inspection of the virus-plant and virus-virus associations networks allow to uncover strong links existing between the viral corteges associated to groups of cultivated and uncultivated plants. These findings emphasized the necessity to consider full agro-ecological settings plant diversity rather than only crops in order to understand and prevent geminiviruses associated diseases. Globally, our results highlight the necessity to carry on the ongoing plant disease monitoring work and the inventory of viral populations associated with cultivated and uncultivated plants in order to understand the functioning of natural geminiviral community and the impact of human practices on the emergence of viral disease., Les épidémies virales constituent une menace majeure pour les cultures dans de nombreuses régions tropicales et subtropicales du monde. En Afrique de l'Ouest et Centrale, malgré la caractérisation d'une multitude de nouvelles espèces de géminivirus, les connaissances sur l'épidémiologie des maladies virales émergentes restent incomplètes, notamment concernant la diversité et l'identification précise des espèces virales incriminées. Paradoxalement, si l'on considère que la plupart des maladies émergentes causées par les géminivirus sont liées à des virus infectant naturellement les plantes sauvages, et qui se seraient adaptés aux plantes cultivées introduites, la diversité des populations virales dans leurs écosystèmes naturels reste très largement méconnue. De plus, le caractère non pérenne de la majorité des plantes maraîchères suggère l'existence de plantes hôtes alternatives ou réservoirs, qui permettent aux populations virales de se maintenir lors des périodes d'intercultures. Par conséquent, pour lutter contre ces nouvelles maladies virales dévastatrices, il est primordial d'acquérir de meilleures connaissances de la diversité des populations virales des plantes cultivées et sauvages, de leurs répartitions géographiques, de leurs liens phylogénétiques, de leurs pathogénicités et des principaux facteurs épidémiologiques à ''échelle des agro-écosystèmes. Ainsi, les travaux entrepris dans cette thèse ont porté sur l'analyse d’échantillons de plantes maraichères et non cultivées provenant de 48 localités réparties sur le territoire du Burkina Faso et de Côte d'Ivoire. Nos principaux résultats confirment à la fois la non-exhaustivité de notre connaissance de la diversité des géminivirus présent sur les cultures maraîchères, avec l'existence d’au moins cinq espèces de géminivirus impliqués dans la maladie du ToLCD-TYLCD, d'un gradient Nord-Sud de complexité des espèces de géminivirus au Burkina Faso, la prédominance du PepYVMLV sur les solanées cultivées et la présence de nombreuses plantes alternatives ou réservoirs. Au regard de la découverte d'un nouveau composant d'ADN-B en association avec le PepYVMLV, les principaux paramètres du pouvoir pathogène du PepYVMLV en infection simple ou mixte avec le composant d'ADN-B ont été évalués en conditions contrôlées. Nos résultats démontrent que même si le PepYVMLV n'est pas un bégomovirus bipartite strict, l'ADN-B représente à la fois un activateur fort de la virulence, de l'accumulation du virus dans la plante et de la transmission par son insecte vecteur Bemisia tabaci, qui semblent concourir à sa prédominance sur le terrain. Une diffusion plus large de ce composant d'ADN-B représenterait une menace majeure pour la culture de la tomate au Burkina Faso, en Afrique et plus largement dans le monde. L'élargissement des analyses par l'utilisation d'une approche métagénomique à non seulement permis de confirmer la présence d'une majorité des virus décrits préalablement avec les approches classiques, mais également la caractérisation de nouvelles espèces virales. L'analyse des réseaux d'associations virus-plantes hôtes et virus-virus ont montré des liens forts entre les populations virales associés à des groupes de genres de plantes cultivées et non cultivées soulignant la nécessité de considérer les agro-écosystèmes dans leur totalité pour lutter contre les maladies à géminivirus. L'ensemble de nos résultats soulignent l'importance des travaux d'épidémiosurveillance et d'inventaire des populations virales sur les plantes cultivées et sauvages afin de comprendre le fonctionnement des communautés virales à l'échelle des agroécosystèmes et l'impact des perturbations anthropiques sur les processus d’émergence de nouvelles maladies.

Geminiviruses have emerged to become one of the largest and most economically important groups of plant-infecting viruses, and geminivirus-induced diseases are a major threat to worldwide vegetable production, particularly in tropical and subtropical regions of the world. Importantly, the accumulated body of work on some of the most important geminiviral associated diseases clearly demonstrate the role of geminiviruses associated with wild plants on the emergence of disease on imported crops. Moreover, recent metagenomic data suggested that the vast majority of viruses characterized from crops represent only a small fraction of the phytoviruses in general. It is therefore of prime interest to obtain a better knowledge of viral diversity infecting crops and wild plants, the main epidemiological parameters involved in their emergence and their dynamic at the scale of agro-ecological systems. In this work, a survey of solanaceous crop fields and their surrounding uncultivated plants from 48 localities in Burkina Faso and Ivory Coast was performed. The sample analysis using classical molecular biology tools both confirm the incompleteness of our knowledge of the geminivial diversity and the existence of numerous alternative wild host plants. At least five species of begomovirus and mastrevirus were found in association with the ToLCD-TYLCD. A North to South increasing gradient of complexity of viruses populations was uncover with PepYVMLV being the most prevalent on cultivated solanaceous plants. The discovery of the association of a newly described DNA-B component with the PepYVMLV also lead to the study of the epidemiological parameters of this co-infection. Despite this association being relaxed, it was demonstrated that the virulence of the disease, the viral accumulation and the transmission by Bemisia tabaci were increased with the presence of the co-infection with the DNA-B component. All these factors are probably associated with the success of this association on the field. Because of the extreme severity of the resulting disease, the diffusion of this new DNA-B component at a larger scale would represent a major threat to tomato culture in Burkina Faso, Africa and the world in general. The use of a metagenomic approach, allow the generalization of our findings to full agro-ecological settings. Besides confirming previous species discovery, species yet undescribed in Burkina Faso along with completely new begomovirus species were described. The inspection of the virus-plant and virus-virus associations networks allow to uncover strong links existing between the viral corteges associated to groups of cultivated and uncultivated plants. These findings emphasized the necessity to consider full agro-ecological settings plant diversity rather than only crops in order to understand and prevent geminiviruses associated diseases. Globally, our results highlight the necessity to carry on the ongoing plant disease monitoring work and the inventory of viral populations associated with cultivated and uncultivated plants in order to understand the functioning of natural geminiviral community and the impact of human practices on the emergence of viral disease.; Les épidémies virales constituent une menace majeure pour les cultures dans de nombreuses régions tropicales et subtropicales du monde. En Afrique de l'Ouest et Centrale, malgré la caractérisation d'une multitude de nouvelles espèces de géminivirus, les connaissances sur l'épidémiologie des maladies virales émergentes restent incomplètes, notamment concernant la diversité et l'identification précise des espèces virales incriminées. Paradoxalement, si l'on considère que la plupart des maladies émergentes causées par les géminivirus sont liées à des virus infectant naturellement les plantes sauvages, et qui se seraient adaptés aux plantes cultivées introduites, la diversité des populations virales dans leurs écosystèmes naturels reste très largement méconnue. De plus, le caractère non pérenne de la majorité des plantes maraîchères suggère l'existence de plantes hôtes alternatives ou réservoirs, qui permettent aux populations virales de se maintenir lors des périodes d'intercultures. Par conséquent, pour lutter contre ces nouvelles maladies virales dévastatrices, il est primordial d'acquérir de meilleures connaissances de la diversité des populations virales des plantes cultivées et sauvages, de leurs répartitions géographiques, de leurs liens phylogénétiques, de leurs pathogénicités et des principaux facteurs épidémiologiques à ''échelle des agro-écosystèmes. Ainsi, les travaux entrepris dans cette thèse ont porté sur l'analyse d’échantillons de plantes maraichères et non cultivées provenant de 48 localités réparties sur le territoire du Burkina Faso et de Côte d'Ivoire. Nos principaux résultats confirment à la fois la non-exhaustivité de notre connaissance de la diversité des géminivirus présent sur les cultures maraîchères, avec l'existence d’au moins cinq espèces de géminivirus impliqués dans la maladie du ToLCD-TYLCD, d'un gradient Nord-Sud de complexité des espèces de géminivirus au Burkina Faso, la prédominance du PepYVMLV sur les solanées cultivées et la présence de nombreuses plantes alternatives ou réservoirs. Au regard de la découverte d'un nouveau composant d'ADN-B en association avec le PepYVMLV, les principaux paramètres du pouvoir pathogène du PepYVMLV en infection simple ou mixte avec le composant d'ADN-B ont été évalués en conditions contrôlées. Nos résultats démontrent que même si le PepYVMLV n'est pas un bégomovirus bipartite strict, l'ADN-B représente à la fois un activateur fort de la virulence, de l'accumulation du virus dans la plante et de la transmission par son insecte vecteur Bemisia tabaci, qui semblent concourir à sa prédominance sur le terrain. Une diffusion plus large de ce composant d'ADN-B représenterait une menace majeure pour la culture de la tomate au Burkina Faso, en Afrique et plus largement dans le monde. L'élargissement des analyses par l'utilisation d'une approche métagénomique à non seulement permis de confirmer la présence d'une majorité des virus décrits préalablement avec les approches classiques, mais également la caractérisation de nouvelles espèces virales. L'analyse des réseaux d'associations virus-plantes hôtes et virus-virus ont montré des liens forts entre les populations virales associés à des groupes de genres de plantes cultivées et non cultivées soulignant la nécessité de considérer les agro-écosystèmes dans leur totalité pour lutter contre les maladies à géminivirus. L'ensemble de nos résultats soulignent l'importance des travaux d'épidémiosurveillance et d'inventaire des populations virales sur les plantes cultivées et sauvages afin de comprendre le fonctionnement des communautés virales à l'échelle des agroécosystèmes et l'impact des perturbations anthropiques sur les processus d’émergence de nouvelles maladies.

National audience; The human intestinal microbiota is composed of approximately 100,000 billion microorganisms with the average total number of different commensal bacterial species estimated at over 500 per individual. The human intestinal microbiota can be considered as an organ within another, which co-evolved with its host to achieve a symbiotic relationship leading to physiological homeostasis. The host provides an environment enriched in nutrients and the microbiota provides essential functions. Dysbiosis of the intestinal microbiota (changes in bacterial composition) has been associated with local dysfunctions of the gastrointestinal tract, such as inflammatory bowel disease or irritable bowel syndrome but also with obesity and metabolic diseases. However, a better understanding of the human intestinal ecosystem is still needed to understand the exact role of the microbiota in health and disease. Most intestinal bacteria are anaerobic and therefore, for the large majority, impossible to culture at present. Consequently, their function cannot be inferred from data on their composition. Today, with the help of a metagenomic approach, the bacterial genomic content of an ecosystem and the associated functions can be directly accessed from the environment without culture.; Le microbiote intestinal humain est composé d’environ 100 000 milliards de microorganismes, avec un nombre total moyen d’espèces bactériennes commensales différentes estimé à plus de 500 par individu. Le microbiote intestinal humain peut être considéré comme un organe au sein d’un organe ayant co-évolué avec son hôte pour parvenir à une relation symbiotique menant à l’homéostasie physiologique. L’hôte fournit un environnement riche en nutriments et le microbiote offre quant à lui des fonctions indispensables. Une dysbiose du microbiote intestinal (modifications dans la composition bactérienne) a été associée à des dysfonctionnements de l’appareil digestif, tels que les maladies inflammatoires chroniques de l’intestin ou le syndrome du côlon irritable, mais également plus à distance dans l’obésité et les maladies métaboliques. Cependant, une meilleure connaissance de l’écosystème intestinal humain reste nécessaire pour comprendre le rôle exact du microbiote dans la santé et le développement de pathologies. La plupart des bactéries intestinales étant anaérobies et donc non cultivables à l’heure actuelle pour une grande majorité, leurs fonctions ne peuvent pas être déduites de données sur la composition. Aujourd’hui, par l’intermédiaire de l’approche métagénomique, le contenu génomique bactérien d’un écosystème et les fonctions associées peuvent être directement accessibles à partir de l’environnement, sans étape de culture.

The purpose of this work of thesis is to model the capacity of degradation of non-digestible polysaccharides by the human intestinal microbiote. To this end we exploit metagenomic data. We use abundances of nucleotide sequences in 1408 samples whose metabolic function are assigned by annotation against a database. The sequences are annotated with functional markers. Upon manual selection of 86 functional markers relevant to the activity of metabolisation of polysaccharides, we their abundances variation among the metagenomic samples are studied.We propose an ecological approach in modeling the human intestinal microbiote. We consider the intense functional selection of this ecosystem and assume that identical cluster of metabolic functions can be found in different proportions in every human gut microbiota. We propose the term of functional assembly as to account for spacial and temporal co-occurence of functional cluster. In practice, theses assemblies are determined by their composition and can be interpreted as combinations of functional traits aggregated at the levels of the cluster of microorganisms composing each assembly. Functional assemblies are inferred by the means of Non-Negative Matrix Factorization (NMF). This method allows to determine the composition of functional assemblies and their abundance in each of the 1408 metagenomic sample.Furthermore, we exploit metabolic information from bibliographic resources and 190 microbial genomes in order to specify the composition of these functional assemblies. This information is translated in the form of a constraint.We find 4 assemblies by considering a consensus between various criteria. The use of metabolic information allow to interpret theses assemblies biologically. By exploiting the metadata of the 1408 samples, we observe a different behaviour for the samples coming from individuals suffering from Crohn disease. We validate this observation on external data.We proposed a reductionistic approach allowing to represent an important metabolic process at the level of the microbiota. We find a small number of 4 functional assemblies which are biologically likely and approach well the 1408 metagenomic samples.; Ce travail de thèse a pour but de modéliser la capacité de dégradation des polysaccharides non digestibles par le microbiote intestinal humain. Nous exploitons pour cela des données métagénomiques. Il s'agit de données d'abondances de séquences de nucléotides dans 1408 échantillons dont les fonctions métaboliques sont assignées par annotation contre une base de données. Les séquences sont annotées par des marqueurs fonctionnels. Après une étape de sélection manuelle de 86 marqueurs fonctionnels pertinents à l'activité de métabolisation des polysaccharides, nous étudions leurs variations d'abondances parmi les échantillons métagénomiques.Nous proposons une approche de modélisation écologique du microbiote intestinal humain et considérons principalement la sélection fonctionnelle intense de cet écosystème pour faire l'hypothèse que des regroupements identiques de fonctions métaboliques sont présents en proportions différentes dans tous les microbiotes intestinaux humains. Nous proposons le terme d'assemblage fonctionnel qui rend compte de la co-occurrence spatiale et temporelle d'un groupement de fonctions. Ces assemblages sont en pratiques déterminés par leur composition en marqueurs fonctionnels, et peuvent s'interpréter comme une combinaison de traits fonctionnels agrégés au niveau des microorganismes composant l'assemblage.Les assemblages fonctionnels sont inférés par le biais d'une factorisation en matrice positive aussi nommée NMF de l'anglais Non-Negative Matrix Factorisation. Cette méthode permet de déterminer les assemblages fonctionnels, à la fois concernant leur composition et à la fois concernant leur abondance dans chacun des 1408 échantillons. Nous exploitons par ailleurs une information métabolique provenant de 190 génomes microbiens et de la bibliographie qui permet de préciser la composition de ces assemblages fonctionnels. Cette information se traduit sous forme d'une contrainte.Nous trouvons 4 assemblages en considérant un consensus entre différents critères. L'utilisation de l'information métabolique nous permet d'interpréter biologiquement ces assemblages. Les métadonnées associées aux 1408 échantillons nous permettent d'observer un comportement différent pour les échantillons provenant d'individus atteints de la maladie de Crohn. Nous validons cette observation sur des données extérieures.Nous avons proposé une approche réductionniste permettant de représenter un processus métabolique important à l'échelle du microbiote. Nous trouvons un nombre réduit de 4 assemblages fonctionnels qui sont biologiquement vraisemblables et permettent de bien approcher les 1408 échantillons métagénomiques.

Soil bacteria and fungi play different functions in terrestrial ecosystems. They are implicated in soil formations, aggregate stability, and plant succession. New Caledonia is a subtropical archipelago, classified as a biodiverse hotspot and a third of its surface is covered by ultramafic soils. These soils are characterised by low concentrations of nutrients (N, K, P) and high concentrations of heavy metals (Ni, Co, Cr, Mn). Ecosystems present in these soils are origina and diversified but strongly threatened by mining activity. It is a necessity to restore these ecosystems after ore exploitation. However, to correctly restorethese environments and relaunch plant dynamics, it is important to identify the microbial communities associated with these ecosystems as well as the structuring factors.This research enabled us to improve our knowledge of microbial communities from different ecosystems on New Caledonian ultramafic substrates, as well as the interactions which exist between these microorganisms and biotic and abiotic factors. Results obtained showed that each plant formation and each site possessed its own microbial community,hence the interest in conserving and protecting New Caledonian ecosystems. Moreover, these works also showed the capacity of bacterial and fungal communities to be used as bioindicators, and more particularly fungal communities which are more sensitive to disturbance and plant cover variations. It has also been demonstrated that in monospecific maquis and rainforests, ectomycorrhizal communities have similar functions in the production of degradative enzymes of organic matter. This research improved understanding of microbial communities associated with plant formations on ultramafic substrates as well as structuring factors. This should improve the implementation of future restoration projectson these ecosystems.; Les bactéries et champignons des sols sont impliqués dans différentes fonctions des écosystèmes terrestres. Ils sont notamment investis dans la formation des sols, la stabilité des agrégats et les successions végétales. La Nouvelle- Calédonie est un archipel subtropical, classé comme hotspot de biodiversité et dont un tiers de la surface est recouvert par les substrats ultramafiques. Ces milieux sont caractérisés par de faibles concentrations en nutriments (N, K, P) et de fortes concentrations en métaux lourds (Ni, Co, Cr, Mn). Les écosystèmes présents sur ces substrats sont originaux et diversifiés. Ils sont aussi fortement menacés par l’activité minière. Cependant, pour pouvoir correctement restaurer ces milieux et relancer les dynamiques végétales, il est important de connaître les communautés microbiennes associées à ces écosystèmes ainsi que les facteurs les structurant. Ce travail de recherche a permis d’améliorer nos connaissances sur les communautés microbiennes issues de différents écosystèmes des sols ultramafiques néo-calédoniens, ainsi que sur les interactions existantes entre ces microorganismes et les facteurs biotiques et abiotiques. Les résultats obtenus ont montré que chaque formation végétale et chaque site possèdent une communauté microbienne qui lui est propre, d’où l’intérêt de conserver et protéger les écosystèmes calédoniens. De plus, ces travaux ont aussi montré la capacité des communautés bactériennes et fongiques de servir de bio-indicateurs, et plus particulièrement les communautés fongiques qui sont plus sensibles aux perturbations et variations de la couverture végétale. Il a aussi été démontré qu’en maquis ou forêts monospécifiques, les communautés ectomycorhiziennes possèdent des fonctions similaires dans la production d’enzymes de dégradation de la matière organique. Ces travaux ont permis une meilleure connaissance des communautés microbiennes associées aux formations végétales des substrats ultramalfiques ainsi que des facteurs les structurant. Cela devrait améliorer la mise en place des futurs chantiers de restauration de ces écosystèmes.

Soil bacteria and fungi play different functions in terrestrial ecosystems. They are implicated in soil formations, aggregate stability, and plant succession. New Caledonia is a subtropical archipelago, classified as a biodiverse hotspot and a third of its surface is covered by ultramafic soils. These soils are characterised by low concentrations of nutrients (N, K, P) and high concentrations of heavy metals (Ni, Co, Cr, Mn). Ecosystems present in these soils are origina and diversified but strongly threatened by mining activity. It is a necessity to restore these ecosystems after ore exploitation. However, to correctly restorethese environments and relaunch plant dynamics, it is important to identify the microbial communities associated with these ecosystems as well as the structuring factors.This research enabled us to improve our knowledge of microbial communities from different ecosystems on New Caledonian ultramafic substrates, as well as the interactions which exist between these microorganisms and biotic and abiotic factors. Results obtained showed that each plant formation and each site possessed its own microbial community,hence the interest in conserving and protecting New Caledonian ecosystems. Moreover, these works also showed the capacity of bacterial and fungal communities to be used as bioindicators, and more particularly fungal communities which are more sensitive to disturbance and plant cover variations. It has also been demonstrated that in monospecific maquis and rainforests, ectomycorrhizal communities have similar functions in the production of degradative enzymes of organic matter. This research improved understanding of microbial communities associated with plant formations on ultramafic substrates as well as structuring factors. This should improve the implementation of future restoration projectson these ecosystems., Les bactéries et champignons des sols sont impliqués dans différentes fonctions des écosystèmes terrestres. Ils sont notamment investis dans la formation des sols, la stabilité des agrégats et les successions végétales. La Nouvelle- Calédonie est un archipel subtropical, classé comme hotspot de biodiversité et dont un tiers de la surface est recouvert par les substrats ultramafiques. Ces milieux sont caractérisés par de faibles concentrations en nutriments (N, K, P) et de fortes concentrations en métaux lourds (Ni, Co, Cr, Mn). Les écosystèmes présents sur ces substrats sont originaux et diversifiés. Ils sont aussi fortement menacés par l’activité minière. Cependant, pour pouvoir correctement restaurer ces milieux et relancer les dynamiques végétales, il est important de connaître les communautés microbiennes associées à ces écosystèmes ainsi que les facteurs les structurant. Ce travail de recherche a permis d’améliorer nos connaissances sur les communautés microbiennes issues de différents écosystèmes des sols ultramafiques néo-calédoniens, ainsi que sur les interactions existantes entre ces microorganismes et les facteurs biotiques et abiotiques. Les résultats obtenus ont montré que chaque formation végétale et chaque site possèdent une communauté microbienne qui lui est propre, d’où l’intérêt de conserver et protéger les écosystèmes calédoniens. De plus, ces travaux ont aussi montré la capacité des communautés bactériennes et fongiques de servir de bio-indicateurs, et plus particulièrement les communautés fongiques qui sont plus sensibles aux perturbations et variations de la couverture végétale. Il a aussi été démontré qu’en maquis ou forêts monospécifiques, les communautés ectomycorhiziennes possèdent des fonctions similaires dans la production d’enzymes de dégradation de la matière organique. Ces travaux ont permis une meilleure connaissance des communautés microbiennes associées aux formations végétales des substrats ultramalfiques ainsi que des facteurs les structurant. Cela devrait améliorer la mise en place des futurs chantiers de restauration de ces écosystèmes.

In recent years, numerous studies have examined the relationship between the gut microbiota and obesity. Bacterial groups have been incriminated but the mechanisms linking microbiota and obesity remain largely unknown. Intestinal microbiota consists of several hundred species and is specific for each individual. Recently, it was revealed that the potential contribution of microbiota in the development of obesity. In a previous study, our team has shown that mice without germs (called "germ-free") are resistant to obesity and metabolic disorders induced by a high calorie diet (Roy et al. 2012). Furthermore, we observed that certain conventional mice subjected to such a plan develop an important obesity and insulin resistance (responder phenotype) while others remain thin and glucose tolerant (non responder phenotype) regardless of the amount of food consumed. The mechanisms explaining this phenotype heterogeneity are currently poorly known. This PhD project aims to elucidate the mechanisms linking the intestinal microbiota in the development of obesity and disorders associated with the assumption that heterogeneity (in terms of composition and functions) of the intestinal microbiota, specific for each individual ( both in humans than in rodents), plays a role in these different responses to the same high-fat diet. To do this, conventional mice received control diet or a high fat diet for 12 weeks. At the end of this diet, mice were selected as a responder or non-responder A metagenomics approach from fecal samples taken before and after high fat diet and from responder and non-responder mice were analyzed. Microbiota profiles before and after fat diet were compared to determine the effects of this diet on the intestinal microbiota. In addition, the profile of the microbiota of responder mice was compared to that of non-responder mice in order to detect bacterial species, genes or pathways under- or over-represented in both phenotypes. Furthermore, samples of feces, urine and plasma collected before and after fat diet were analyzed by metabolomics and we have analyzed the metabolic changes induced by the effect of diet. All of this work has been aimed to identify if there is a predisposition microbiota to the development or the resistance of induced obesity. In this PhD project we used the metagenomic approach from fecal sample to identify the profiles of the intestinal microbiota in mice NR and R mice before and after fat diet in order to measure the impact of this type of diet on the microbiota, and especially to detect bacterial species, genes or metabolic pathways potentially under- or over-represented in both phenotypes. On the other hand, the approach of metabolomics has been used on samples of urine, feces and plasma before and after diet in order to visualize the metabolic changes induced by the effect of diet on the one hand and to identify metabolites (biomarkers) associated with each other hand phenotypes.; Au cours des dernières années, de nombreuses études ont porté sur les relations entre le microbiote intestinal et l'obésité. Des groupes bactériens ont été incriminés et des hypothèses proposées mais les mécanismes liant microbiote et obésité restent en grande partie inconnus. Le microbiote intestinal est constitué de plusieurs centaines d’espèces et est spécifique de chaque individu. Récemment, il a été révélé l’implication potentielle de ce microbiote dans le développement de l’obésité. Lors d’une étude précédente, notre équipe a ainsi montré que les souris sans germes (dites « axéniques ») sont résistantes à l’obésité et aux désordres métaboliques induits par un régime hypercalorique (Roy et al. 2012). Par ailleurs, nous avons observé que certaines souris conventionnelles soumises à un tel régime développent une obésité et une insulinorésistance importantes (phénotype dit répondeur) tandis que d'autres restent minces et tolérantes au glucose (phénotype dit non répondeur) indépendamment de la quantité de nourriture consommée. Les mécanismes expliquant cette hétérogénéité de phénotype sont actuellement peu connus. Ce projet de thèse vise donc à élucider les mécanismes liant le microbiote intestinal au développement de l'obésité et des désordres associés en partant du principe que l'hétérogénéité (en termes de composition et de fonctions) du microbiote intestinal, spécifique de chaque individu (aussi bien chez l'homme que chez le rongeur), joue un rôle dans ces réponses différentes à un même régime hypercalorique. Pour ce faire, des souris conventionnelles ont reçu un régime contrôle ou un régime hyperlipidique pendant 12 semaines. A l’issu de ce régime, des souris ont été sélectionnées en tant que répondeuses ou non-répondeuses Une approche par métagénomique à partir d’échantillons fécaux prélevés avant et après régime hyperlipidique et issus des souris répondeuses et non-répondeuses ont été analysés. Les profils de microbiotes avant et après régime hyperlipidique ont été comparés afin de déterminer les effets de ce régime sur le microbiote intestinal. De plus, le profil du microbiote des souris répondeuses a été comparé à celui des souris non-répondeuses afin de détecter des espèces bactériennes, des gènes ou des voies métaboliques sous- ou sur-représentés dans les deux phénotypes. Par ailleurs, des échantillons de fèces, d’urine et de plasma prélevés avant et après le régime hyperlipidique ont été analysés par métabolomique et nous avons ainsi analysé les fluctuations métaboliques induites par l’effet du régime. L’ensemble de ces travaux a eu pour but d’identifier s’il existe un microbiote de prédisposition au développement ou à la résistance du développement d’une obésité induite. Au cours de ce projet de thèse nous avons utilisé l’approche de métagénomique à partir d’échantillon fécaux afin d’identifier les profils du microbiote intestinal des souris NR et des souris R avant et après régime hyperlipidique en vue de mesurer l’impact de ce type de régime sur le microbiote, et surtout de détecter les espèces bactériennes, les gènes ou les voies métaboliques potentiellement sous- ou sur-représentés dans les deux phénotypes. D’autre part, l’approche de métabolomique a été utilisée sur des échantillons d’urine, de fèces et de plasma avant et après régime afin de visualiser les fluctuations métaboliques induites par l’effet du régime d’une part et d’identifier les métabolites (biomarqueurs) associés à chacun des phénotypes d’autre part.

In recent years, numerous studies have examined the relationship between the gut microbiota and obesity. Bacterial groups have been incriminated but the mechanisms linking microbiota and obesity remain largely unknown. Intestinal microbiota consists of several hundred species and is specific for each individual. Recently, it was revealed that the potential contribution of microbiota in the development of obesity. In a previous study, our team has shown that mice without germs (called "germ-free") are resistant to obesity and metabolic disorders induced by a high calorie diet (Roy et al. 2012). Furthermore, we observed that certain conventional mice subjected to such a plan develop an important obesity and insulin resistance (responder phenotype) while others remain thin and glucose tolerant (non responder phenotype) regardless of the amount of food consumed. The mechanisms explaining this phenotype heterogeneity are currently poorly known. This PhD project aims to elucidate the mechanisms linking the intestinal microbiota in the development of obesity and disorders associated with the assumption that heterogeneity (in terms of composition and functions) of the intestinal microbiota, specific for each individual ( both in humans than in rodents), plays a role in these different responses to the same high-fat diet. To do this, conventional mice received control diet or a high fat diet for 12 weeks. At the end of this diet, mice were selected as a responder or non-responder A metagenomics approach from fecal samples taken before and after high fat diet and from responder and non-responder mice were analyzed. Microbiota profiles before and after fat diet were compared to determine the effects of this diet on the intestinal microbiota. In addition, the profile of the microbiota of responder mice was compared to that of non-responder mice in order to detect bacterial species, genes or pathways under- or over-represented in both phenotypes. Furthermore, samples of feces, urine and plasma collected before and after fat diet were analyzed by metabolomics and we have analyzed the metabolic changes induced by the effect of diet. All of this work has been aimed to identify if there is a predisposition microbiota to the development or the resistance of induced obesity. In this PhD project we used the metagenomic approach from fecal sample to identify the profiles of the intestinal microbiota in mice NR and R mice before and after fat diet in order to measure the impact of this type of diet on the microbiota, and especially to detect bacterial species, genes or metabolic pathways potentially under- or over-represented in both phenotypes. On the other hand, the approach of metabolomics has been used on samples of urine, feces and plasma before and after diet in order to visualize the metabolic changes induced by the effect of diet on the one hand and to identify metabolites (biomarkers) associated with each other hand phenotypes., Au cours des dernières années, de nombreuses études ont porté sur les relations entre le microbiote intestinal et l'obésité. Des groupes bactériens ont été incriminés et des hypothèses proposées mais les mécanismes liant microbiote et obésité restent en grande partie inconnus. Le microbiote intestinal est constitué de plusieurs centaines d’espèces et est spécifique de chaque individu. Récemment, il a été révélé l’implication potentielle de ce microbiote dans le développement de l’obésité. Lors d’une étude précédente, notre équipe a ainsi montré que les souris sans germes (dites « axéniques ») sont résistantes à l’obésité et aux désordres métaboliques induits par un régime hypercalorique (Roy et al. 2012). Par ailleurs, nous avons observé que certaines souris conventionnelles soumises à un tel régime développent une obésité et une insulinorésistance importantes (phénotype dit répondeur) tandis que d'autres restent minces et tolérantes au glucose (phénotype dit non répondeur) indépendamment de la quantité de nourriture consommée. Les mécanismes expliquant cette hétérogénéité de phénotype sont actuellement peu connus. Ce projet de thèse vise donc à élucider les mécanismes liant le microbiote intestinal au développement de l'obésité et des désordres associés en partant du principe que l'hétérogénéité (en termes de composition et de fonctions) du microbiote intestinal, spécifique de chaque individu (aussi bien chez l'homme que chez le rongeur), joue un rôle dans ces réponses différentes à un même régime hypercalorique. Pour ce faire, des souris conventionnelles ont reçu un régime contrôle ou un régime hyperlipidique pendant 12 semaines. A l’issu de ce régime, des souris ont été sélectionnées en tant que répondeuses ou non-répondeuses Une approche par métagénomique à partir d’échantillons fécaux prélevés avant et après régime hyperlipidique et issus des souris répondeuses et non-répondeuses ont été analysés. Les profils de microbiotes avant et après régime hyperlipidique ont été comparés afin de déterminer les effets de ce régime sur le microbiote intestinal. De plus, le profil du microbiote des souris répondeuses a été comparé à celui des souris non-répondeuses afin de détecter des espèces bactériennes, des gènes ou des voies métaboliques sous- ou sur-représentés dans les deux phénotypes. Par ailleurs, des échantillons de fèces, d’urine et de plasma prélevés avant et après le régime hyperlipidique ont été analysés par métabolomique et nous avons ainsi analysé les fluctuations métaboliques induites par l’effet du régime. L’ensemble de ces travaux a eu pour but d’identifier s’il existe un microbiote de prédisposition au développement ou à la résistance du développement d’une obésité induite. Au cours de ce projet de thèse nous avons utilisé l’approche de métagénomique à partir d’échantillon fécaux afin d’identifier les profils du microbiote intestinal des souris NR et des souris R avant et après régime hyperlipidique en vue de mesurer l’impact de ce type de régime sur le microbiote, et surtout de détecter les espèces bactériennes, les gènes ou les voies métaboliques potentiellement sous- ou sur-représentés dans les deux phénotypes. D’autre part, l’approche de métabolomique a été utilisée sur des échantillons d’urine, de fèces et de plasma avant et après régime afin de visualiser les fluctuations métaboliques induites par l’effet du régime d’une part et d’identifier les métabolites (biomarqueurs) associés à chacun des phénotypes d’autre part.

International audience; The human virome is the collection of viruses found in human, including viruses that infect eucaryotic cells, bacteriophages and virus-derived genetic elements in host chromosomes that can influence host-genes expression. Most of the recent knowledges regarding the human virome were driven by advances in high-throughput, deep sequencing approaches. Thanks to these new technologies, many new human viruses were described with, furthermore, the evidence of the presence of a resident viral community in most human tissus. This new concept will have profound implications for understanding the biological role of viruses in the human body.; Le virome humain est une représentation exhaustive des virus capables d’infecter l’homme. Cette dénomination regroupe bien sûr les virus eucaryotes responsables d’infections aiguës, d’infections chroniques et d’infections latentes, qu’elles soient symptomatiques ou non, mais également les virus procaryotes en raison de leurs rôles sur les communautés bactériennes hébergées dans les flores humaines. Certains auteurs incluent également les séquences virales endogènes conservées dans le génome humain au cours de l’évolution. Les techniques récentes de séquençage profond à haut débit ont permis de mieux caractériser le virome humain. Ces approches ont permis la description de nombreux nouveaux virus et également confirmé que les différents tissus humains arborent de manière asymptomatique une diversité virale importante qui peut être assimilée à une « flore virale ». Cette nouvelle vision des virus nécessite de reconsidérer le rôle biologique des virus dans l’organisme.

The hydrothermal shrimp Rimicaris exoculata is an endemic species of the Mid-Atlantic Ridge (MAR).This species lives in dense aggregates on the walls of active chimneys and dominates the megafauna of most of these sites. This shrimp has two distinct microbial communities whose roles remain almost unknown. One of these communities is associated with the cephalothorax and hypertrophied mouthparts.These are covered by a dense community of bacteria affiliated to chemoautotrophic epibionts associated with mineral deposits. To deepen our knowledge on the symbiotic community in the context of the thesis, a metagenomic approach was undertaken. This helped highlighting the microbial diversity present with a dominant phylum, the Proteobacteria. Two classes are dominant, Gamma-and Epsilonproteobacteria, other classes are also present. A new class of Proteobacteria, the Zetaproteobacteria very recently described as free living in hydrothermal environments, was identified. Bacterial metabolic types have also been studied in more detail via the metagenome to advance further in the understanding of the symbiosis. It has been possible to reconstruct metabolic pathways for each main epibiont (i.e. Epsilon- and Gammaproteobacteria), and to study genes in response to environmental fluctuations, in cell communication and quorum-sensing. The Zetaproteobacteria group has also been studied, first in the context of metagenomic analysis, but also using molecular approaches on several specimens from the MAR hydrothermal sites, to better define the possible association between R. exoculata and iron-oxidizing bacteria. The second community associated with R. exoculata is located in the digestive tract. Additional analyzes to previous studies have been conducted in this thesis including a metagenomic approach and cultures., La crevette hydrothermale Rimicaris exoculata est une espèce endémique des sites hydrothermaux de la ride médio-atlantique (MAR). Cette espèce vit en agrégats denses sur les parois des cheminées hydrothermales actives et domine la mégafaune de la plupart de ces sites. Cette crevette abrite deux communautés microbiennes distinctes dont les rôles demeurent partiellement élucidés. Une de ces communautés est associée à la cavité céphalothoracique et aux pièces buccales hypertrophiées. Celles-ci sont recouvertes par une importante communauté épibionte correspondant à des bactéries chimioautotrophes associées à des dépôts minéraux. Afin d’approfondir notre connaissance de cette communauté symbiotique et dans le cadre de la thèse, une approche de métagénomique a été entreprise.Celle-ci a permis de mettre en évidence la diversité microbienne présente, avec un phylum dominant, celui des Protéobactéries. Au sein de ce phylum, deux classes sont dominantes, les Gamma- et les Epsilonproteobacteria, d’autres classes sont également présentes, les Alpha-, Delta- et Beta-proteobacteria.Une nouvelle classe de Protéobactéries, les Zetaproteobacteria, très récemment décrite comme bactéries libres dans l'environnement hydrothermal, a été mise en évidence. Les types métaboliques bactériens ont également pu être étudiés de façon plus approfondie permettant d’avancer encore davantage dans la compréhension de la symbiose entre la crevette et les microorganismes s’y développant. Il a notamment été possible de reconstituer des voies métaboliques entières pour chaque épibionte principal (à savoir Epsilon-et Gammaproteobacteria) ainsi que d'étudier des gènes impliqués notamment dans la réponse aux fluctuations environnementales, dans la communication cellulaire et le quorum-sensing. Le groupe des Zetaproteobacteria a également été étudié, tout d'abord dans le cadre de l'analyse métagénomique, mais également par des approches moléculaires sur des spécimens provenant de plusieurs sites hydrothermaux de la MAR, et ce, afin de mieux définir l'association possible entre ces bactéries ferro-oxydantes et R. exoculata. La seconde communauté associée à R. exoculata réside dans le tractus digestif. Des analyses complémentaires aux précédentes études ont été menées lors de ce travail de thèse combinant notamment approche métagénomique et culturale.

The hydrothermal shrimp Rimicaris exoculata is an endemic species of the Mid-Atlantic Ridge (MAR).This species lives in dense aggregates on the walls of active chimneys and dominates the megafauna of most of these sites. This shrimp has two distinct microbial communities whose roles remain almost unknown. One of these communities is associated with the cephalothorax and hypertrophied mouthparts.These are covered by a dense community of bacteria affiliated to chemoautotrophic epibionts associated with mineral deposits. To deepen our knowledge on the symbiotic community in the context of the thesis, a metagenomic approach was undertaken. This helped highlighting the microbial diversity present with a dominant phylum, the Proteobacteria. Two classes are dominant, Gamma-and Epsilonproteobacteria, other classes are also present. A new class of Proteobacteria, the Zetaproteobacteria very recently described as free living in hydrothermal environments, was identified. Bacterial metabolic types have also been studied in more detail via the metagenome to advance further in the understanding of the symbiosis. It has been possible to reconstruct metabolic pathways for each main epibiont (i.e. Epsilon- and Gammaproteobacteria), and to study genes in response to environmental fluctuations, in cell communication and quorum-sensing. The Zetaproteobacteria group has also been studied, first in the context of metagenomic analysis, but also using molecular approaches on several specimens from the MAR hydrothermal sites, to better define the possible association between R. exoculata and iron-oxidizing bacteria. The second community associated with R. exoculata is located in the digestive tract. Additional analyzes to previous studies have been conducted in this thesis including a metagenomic approach and cultures.; La crevette hydrothermale Rimicaris exoculata est une espèce endémique des sites hydrothermaux de la ride médio-atlantique (MAR). Cette espèce vit en agrégats denses sur les parois des cheminées hydrothermales actives et domine la mégafaune de la plupart de ces sites. Cette crevette abrite deux communautés microbiennes distinctes dont les rôles demeurent partiellement élucidés. Une de ces communautés est associée à la cavité céphalothoracique et aux pièces buccales hypertrophiées. Celles-ci sont recouvertes par une importante communauté épibionte correspondant à des bactéries chimioautotrophes associées à des dépôts minéraux. Afin d’approfondir notre connaissance de cette communauté symbiotique et dans le cadre de la thèse, une approche de métagénomique a été entreprise.Celle-ci a permis de mettre en évidence la diversité microbienne présente, avec un phylum dominant, celui des Protéobactéries. Au sein de ce phylum, deux classes sont dominantes, les Gamma- et les Epsilonproteobacteria, d’autres classes sont également présentes, les Alpha-, Delta- et Beta-proteobacteria.Une nouvelle classe de Protéobactéries, les Zetaproteobacteria, très récemment décrite comme bactéries libres dans l'environnement hydrothermal, a été mise en évidence. Les types métaboliques bactériens ont également pu être étudiés de façon plus approfondie permettant d’avancer encore davantage dans la compréhension de la symbiose entre la crevette et les microorganismes s’y développant. Il a notamment été possible de reconstituer des voies métaboliques entières pour chaque épibionte principal (à savoir Epsilon-et Gammaproteobacteria) ainsi que d'étudier des gènes impliqués notamment dans la réponse aux fluctuations environnementales, dans la communication cellulaire et le quorum-sensing. Le groupe des Zetaproteobacteria a également été étudié, tout d'abord dans le cadre de l'analyse métagénomique, mais également par des approches moléculaires sur des spécimens provenant de plusieurs sites hydrothermaux de la MAR, et ce, afin de mieux définir l'association possible entre ces bactéries ferro-oxydantes et R. exoculata. La seconde communauté associée à R. exoculata réside dans le tractus digestif. Des analyses complémentaires aux précédentes études ont été menées lors de ce travail de thèse combinant notamment approche métagénomique et culturale.

Fungi are known as terrestrial microorganisms which have diversified in land. From molecular clock estimates we hypothesized their diversification in oceans. A current theory of emergence of life on Earth suggests that the deep marine hydrothermal environment might be the Cradle of Life. Thus, we have tested and analyzed the diversity of fungi in this particular ecosystem, in the aim to detect fungi displaying ancestral traits within the fungal Kingdom. Diversity analyses (established after the creation of a personal dedicated molecular database), were performed from ciPCR (amplification of a fragment of the gene encoding 18SrRNA), allowed to highlight the presence of a new branch forming one of the most ancient evolutionary lineage of fungi (phylum Chytridiomycota), in agreement with our working hypothesis, along with a large fungal diversity (phyla Chytridiomycota, Basidiomycota, and Ascomycota). Fungal strains isolated in lab from these environments allowed us to detect new fungal species (phylum Ascomycota). Both strategies revealed an unsuspected fungal diversity. Evolutionary hypotheses about fungal diversification in marine ecosystems have been proposed. The second purpose of this work was to understand the ecological functions of these fungi in these ecosystems. In this aim, we chose an original metagenomic approach: one particular sample, selected on the basis of both fungal diversity and 18SrRNA gene frequency (qPCR assays), was pyrosequenced (GS FLX, 454 Life Sciences, ROCHE). Sample we analysed contained one phylotype forming an old fungal lineage (phylum Chytridiomycota). Six ng of DNA were pyrosequenced in 3 independent runs : 168.909 contigs (length mean : 352 bp) were assembled from 1.441.839 individual reads. Two different strategies were chosen to analyze the metagenome. The first one was to analyze contigs in depth, to extract and annotate fungal genes in the aim to reconstruct the hypothetical fungal metabolism. Genes functions predictions relied on homologies searches in public database (BLASTX, ORF finder, KOG...). The second strategy focused on unassembled reads, to reconstruct the different metabolisms of the metagenome (BLASTX, mgRAST server, and ASGARD software), and to better understand the taxonomic composition of our sample (using MEGAN). The results from these analyses, shown in this thesis, have allowed us to suggest hypotheses about fungal lifestyle in its environment, and allowed to successfully reconstruct dominant bacterial metabolisms in the ecosystem. Limits of this analysis, as well as the numerous perspectives of this work were also developed.; 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.

National audience; Microorganisms represent the largest component of biodiversity in our biosphere. Traditional methods of bacterial identification depend on their culture on laboratory media and the comparison of their phenotypic characteristics. They include cellular morphology, motility, staining reactions of cell walls, ability to grow on different media and biochemical tests. These methods have many limitations and only a very small fraction of microorganisms have been cultivated. To date, molecular methods based on 16S rRNA sequences and their phylogenetic analysis are widely used for reliable identification, particularly for hard-to-culture microbial pathogens. These so-called << molecular methods >> do not require laboratory culture of isolated organisms, and many novel non-described phyla have been detected, improving our view of bacterial diversity. Novel strategies for culturing the << uncultivated >> are now under development, which are leading to the complete characterization of these new bacteria. More recently, meta- or ecogenomics, based on the complete sequencing of clones containing cosmids or bacterial artificial chromosomes with inserts, addresses the genetic potential of a sample irrespective of whether the microorganisms can be cultured or not. This has considerably extended our view of microbial diversity at the genomic level and the probability of finding new genes and their products suitable for the biotechnological and pharmaceutical industry.; Les méthodes traditionnelles d’identification bactérienne par la détermination de quelques caractéristiques phénotypiques et l’appréciation de quelques propriétés physiologiques ont montré leurs limites, en particulier pour la détection des micro-organismes non ou difficilement cultivables. Elles ont conduit à la description d’une très faible partie de la diversité bactérienne existante et à la sous-estimation même de la richesse du monde vivant qui nous entoure. En médecine, plusieurs maladies - à l’évidence infectieuses - sont restées sans étiologie jusqu’à l’avènement des méthodes moléculaires fondées sur l’analyse phylogénétique des séquences d’ARNr 16S ou de gènes de protéines. Ces méthodes permettent, aujourd’hui, une détection et une reconnaissance fiable des pathogènes difficilement cultivables et la mise en œuvre de traitements appropriés. Le suivi des maladies infectieuses (légionelloses, choléra) dont les agents sont en état de « non-cultivabilité » dans l’environnement est également facilité. Au-delà des pathogènes, notre environnement contient des milliers de bactéries non ou difficilement cultivables, qui ont suscité le développement de nouvelles stratégies de culture et, plus récemment, de techniques dites de « méta- ou écogénomique ». Un aperçu de la diversité métabolique et du potentiel génétique tout à fait insoupçonnés de ces bactéries nous est promis dans les années à venir.