Les associations symbiotiques entre microorganismes et eucaryotes sont omniprésentes dans le monde vivant. Ces microorganismes peuvent jouer un rôle crucial dans l’évolution et l’écologie de leurs ...porteurs en modifiant leur phénotype. Ces symbiotes étant le plus souvent héritables, les phénotypes étendus résultant de ces associations symbiotiques peuvent se transmettre aux générations suivantes. Certains microorganismes vont permettre l’accès à une ressource alimentaire, d’autres conférer une protection contre un ennemi. Une telle protection symbiotique est rencontrée chez le puceron du pois (Acyrthosiphon pisum) en interaction avec la bactérie Hamiltonella defensa. Cette symbiose confère au puceron une résistance face à l’attaque de son principal ennemi : le parasitoïde Aphidius ervi. Les populations de ce ravageur des Légumineuses sont structurées en biotypes (populations spécialisées sur des plantes hôtes). La distribution du symbiote protecteur au sein des populations de pucerons est singulière. De nombreux individus vivant sur la luzerne, la bugrane ou les genêts abritent ce symbiote alors qu’il est peu fréquent dans les populations d’autres biotypes d’A. pisum comme le pois ou le trèfle. Nous avons cherché à comprendre pourquoi H. defensa n’était pas retrouvé chez tous les biotypes du puceron du pois. Afin de prédire la dynamique de la symbiose protectrice et le potentiel de résistance dans les populations aphidiennes naturelles, nous nous sommes intéressés à plusieurs processus écologiques et évolutifs. L’incidence de la pression des parasitoïdes sur la composition des populations symbiotiques a été mesurée chez trois biotypes (luzerne, pois et trèfle) à travers une approche terrain. La distribution du symbiote H. defensa dans les populations est directement dépendante de la variabilité du phénotype associé exprimé dans les différentes populations, j’ai identifié les phénotypes associés au symbiote pour des pucerons issus de différents biotypes ainsi que l’influence du contexte local sur ces phénotypes. L’absence d’H. defensa chez certains individus peut s’expliquer par la redondance d’une fonction protectrice en place chez ces biotypes comme un alternative symbiotique autre que H. defensa ou encore une immunité forte. Enfin, nous avons testé si le cumule des protections symbiotiques conférées par deux bactéries du cortège du puceron du pois pouvaient se cumuler créant ainsi des super-organismes. Mon travail met en évidence l’implication de nombreux facteurs dans la prédiction des fréquences symbiotiques d’une bactérie facultative dans les populations d’hôte.
Symbiotic associations between microorganisms and eukaryotes are ubiquitous in the living world. These microorganisms can play a crucial role in the evolution and ecology of their hosts by altering their phenotypes. Since these symbionts are usually heritable, extended phenotypes resulting from these symbiotic associations may be transmitted to subsequent generations. Some microorganisms will allow access to a food source; others will provide protection against natural enemies. Such symbiotic protection is found in the pea aphid (Acyrthosiphon pisum) in its interaction with the bacteria Hamiltonella defensa. This symbiosis provides the aphid with a resistance against the attack of its main parasitoid enemy: Aphidius ervi. The populations of the pea aphid, a legume pest insect, are structured in different biotypes (specialized populations on host plants). The distribution of this protective symbiont within pea aphid populations is singular: many individuals living on Medicago sativa (alfalfa), Ononis spinosa or Genista sagittalis and G. tinctoria host plant with H. defensa while it is rarely found in other populations of A. pisum biotypes such as Pisum sativum (pea) or Trifolium sp. (clover). We sought to understand why H. defensa was not found in every pea aphid biotype. In order to predict the dynamics of the protective symbiosis and the resistance potential in natural aphid populations, we focused on several ecological and evolutionary processes. We measured the consequence of parasitoid stress in the composition of symbiotic populations in three different biotypes (alfalfa, clover and pea) using a field approach. The distribution of H. defensa symbiont in populations dependent directly on the variability of the associated phenotype expressed in different populations. We identified the phenotypes associated with this symbiont in aphids from different biotypes, and the influence of the local context on these phenotypes. The lack of H. defensa in some individuals can be explained by the redundancy of a protective function already in place in these biotypes, such as an alternative symbiotic species or a strong immunity. Finally, we tested whether the symbiotic protections provided by two different bacteria in the pea aphid could be cumulated, thus creating super-organisms. My work highlights the many factors involved in predicting the frequencies of facultative symbiotic bacteria in host populations.
Les béta-rhizobia sont des symbiotes de légumineuses retrouvées principalement associés au genre Mimosa. Les études des symbiotes de Mimosa pudica révèlent différents profils de diversité au sein des ...alpha (Rhizobium spp) et béta-rhizobia (Burkholderia, Cupriavidus) le long de la ceinture tropicale, les béta-rhizobia étaient toujours majoritaires dans les nodosités de cette plante hôte. Dans ce travail de thèse, nous avons étudié cette spécificité d'association béta-rhizobia/Mimosa pudica, par une approche couplant l'étude des traits symbiotiques bactériens à l'analyse des profils d'expression de leurs génomes dans les premières étapes de la symbiose, et en comparaison avec les alpha-rhizobia. Nous avons analysé les traits symbiotiques (compétitivité pour la nodulation, efficience symbiotique) au niveau intra et interspécifique de 4 espèces de béta-rhizobia et 4 d'alpha-rhizobia. Si l'efficience symbiotique est similaire parmi toutes les souches testées, différents niveaux de compétitivité ont été trouvés selon l'espèce, B. phymatum et B. tuberum étant les plus compétitives. Les tests effectués sur différentes variétés de M. pudica montrent un effet variétal sur la compétitivité de C. taiwanensis. Les traits symbiotiques mesurés expliquent en partie les profils de diversité des symbiotes de M. pudica dans les zones d'origine (Amérique du Sud) ou en zone introduite (Taiwan). Les transcriptomes de trois bactéries ayant des traits symbiotiques différents (B. phymatum STM815, C. taiwanensis LMG19424 et R. mesoamericanum STM3625) ont été comparés (par RNAseq), pour relier les différentes réponses induites par les exsudats racinaires aux traits symbiotiques de chaque rhizobium. Chaque bactérie développe une stratégie spécifique liée à ses traits symbiotiques et à l'origine de la symbiose dans son groupe bactérien.
Beta-rhizobia are legume symbionts mainly found associated to the Mimosa genus. Diversity studies of Mimosa pudica symbionts in native and introduced areas reveal different diversity patterns of alpha (Rhizobium spp) and beta-rhizobia (Burkholderia, Cupriavidus), with beta-rhizobia being always the main symbionts in the nodules of this legumes species. In this thesis we have studied the symbiotic specificity between beta-rhizobia and M. pudica (and the comparison with alpha-rhizobia) by a dual approach combining the study of bacterial symbiotic traits and the analysis of their transcriptomes in the first steps of symbiosis. We analysed symbiotic traits (nodulation competitiveness, symbiotic efficiency) at intra and interspecific levels on four species of beta-rhizobia and four of alpha-rhizobia. If symbiotic efficiency is similar among all strains, different levels of competitiveness were measured with a strong strain effect largely explained by the species affiliation, B. phymatum and B. tuberum being the most competitive species. Tests on different M. pudica varieties showed an impact on the competitiveness of C. taiwanensis. Symbiotic traits explained in part the symbiont patterns observed in diversity studies in French Guiana (M. pudica native area) and Taiwan (introduced). Root-exudates induced transcriptomes of three bacteria (two beta--rhizobia: B. phymatum STM815, C. taiwanensis LMG19424 and one alpha, R. mesoamericanum STM3625) with contrasted symbiotic traits were compared (by RNAseq). Each bacterium develops a specific strategy linked to its symbiotic traits and the origin of symbiosis in its bacterial group.
La zone latérale des filaments branchiaux des bivalves Codakia orbiculata et Lucina pensylvanica est le lieu d'une symbiose chimioautotrophe avec des bactéries sulfo-oxydantes hébergées dans des ...cellules spécialisées, appelées bactériocytes. Dans cette étude, nous nous sommes proposés de déterminer les mécanismes qui sous-tendent la plasticité cellulaire et tissulaire observée au cours des processus de décolonisation et de recolonisation bactérienne. Pour ce faire, des individus collectés dans leur milieu naturel, ont été maintenus au laboratoire dans des bacs d'eau de mer filtrée en absence de nourriture et de soufre réduit, afin de provoquer la décolonisation bactérienne des filaments branchiaux. Lorsque la branchie apparaissait purgée de ses symbiotes, les individus ont été remis dans leur habitat naturel afin de provoquer sa recolonisation. L'analyse des branchies au cours de ces processus a fait appel à des techniques variées (histologie, immunohistochimie, hybridation in situ, cytométrie en flux, dosage des protéines et spectrométrie de fluorescence X). Les résultats obtenus ont permis de montrer que l'acquisition environnementale mise en évidence chez les juvéniles des Codakia se poursuivait tout au long de la vie des adultes. Cette étude a également permis une meilleure compréhension des mécanismes tissulaires sous-jacents à la plasticité du filament branchial en mettant en évidence les processus d'apoptose et de prolifération cellulaire qui ont lieu au cours des processus de décolonisation et de recolonisation. Ces processus s'accompagnent d'une variation de la teneur en soufre élémentaire, ainsi que de la taille relative et du contenu génomique des symbiotes
The lateral zone of gills filaments of coastal bivalves Codakia orbiculata and Lucina pensylvanica is the site of chemoautotrophic symbiosis with sulfur-oxidizing bacteria, housed in specialized cells called bacteriocytes. The objective of this thesis is to determine the mechanisms underlying cel1 plasticity and tissue plasticity observed in the lateral zone of gills filaments during the processes of bacterial decolonization and recolonization. In order to do this, the individuals collected in their natural habitat were maintained at the laboratory in seawater filtered tanks, without food and reduced sulfur, to cause bacterial decolonization. When the gills seemed to be purged, the individuals were returned to their natural habitat in order to cause the bacterial recolonization of gills filaments. The analysis of the gills during these processes involves several techniques (histology, immunohistochemistry, molecular hybridization, flow cytometry, total protein assays, protein sulfur assays, X-ray fluorescence spectrometry).This study shows that symbiont acquisition can occur during the entire life of Codakia bivalves. It also allows a better understanding of gills filaments plasticity by highlighting apoptosis and cell proliferation during decolonization and recolonization processes.Theses processes are accompanied with of elemental sufur, relative size and genomic content of symbiontes.
Les Nématodes Entomopathogènes (NEP) de la famille des Steinernematidae et Heterorhabditidae sont des parasites pour les insectes. Ils hébergent dans leur intestin un symbiote bactérien (genres ...Xenorhabdus et Photorhabdus) essentiel au succès parasitaire. Les NEP sont présents dans les sols des cinq continents de la planète. Leur diversité génétique et leurs propriétés biologiques constituent une intéressante ressource biologique. Grâce à leur entomotoxicité, les NEP sont de bons outils de lutte biologique en agriculture et en culture ornementale un peu partout dans le monde. La diversité et la biogéographie des NEP dans les cinq continents de la Terre (à l'exception de l'Antarctique) ont été étudiées partout dans le monde mais le Liban est parmi les rares pays du moyen orient où aucune prospection de ces nématodes n'a été réalisée alors que des NEP en Turquie, Syrie, Jordanie, Palestine et Egypte ont déjà été trouvés et caractérisés. L'objet de la thèse est de procéder à une étude biogéographique dans le but de connaître la diversité des NEP au Liban. L'enjeu scientifique est donc de combler un « vide » dans la connaissance de la répartition et de la biodiversité mondiale des NEP. Pour cela, un échantillonnage à l'échelle des étages de végétation est mené au Liban. Des échantillons de sol sont ainsi prélevés, mis en contact avec des larves de Galleria mellonella pour isoler les nématodes entomopathogènes et leurs symbiotes. Les nématodes et leurs symbiotes sont par la suite identifiés morphologiquement et moléculairement. Par la suite, une approche à l'échelle de l'habitat fait l'objet de cette thèse également pour étudier les interactions biotiques et abiotiques influençant la présence des nématodes entomopathogènes dans le sol. Les enjeux technologiques, exposés au second volet de la thèse, sont liés aux propriétés biologiques des nématodes et de leurs symbiotes afin de valoriser leur entomotoxicité en lutte biologique. Dans ce cadre, la sensibilité des Cephalcia tannourinensis, ravageur des cédraies au Liban, par rapport aux nématodes entomopathogènes est exploitée in vitro ; différentes espèces de nématodes entomopathogènes sont testées pour suivre leur cycle à l'intérieur des Cephalcia.
Entomopathogenic nematodes (EPNs) are parasites of soil-dwelling insects that occur in natural and agricultural soils around the world. Thanks to their entomotoxicity, EPNs are good tools for biological control in agriculture almost everywhere in the world. They are ubiquitous, having been isolated from every inhabited continent (except Antartica) from a wide range of ecologically diverse soil habitats including cultivated fields, forests, grasslands, deserts, and even ocean beaches. Biogeographic assessments of EPNs in the Eastern Mediterranean basin have been conducted in several countries such as Turkey, Syria, Jordan, Israel, Palestine and Egypt. Lebanon is among the few countries of the Middle East for which no survey of EPNs has been done. The scientific stake is thus to fill a gap in our knowledge of EPNs distribution in the Mediterranean basin. Survey of EPNs was conducted in this framework to cover the different vegetation levels defined in Lebanon. Soil samples were removed placed in contact with Galleria mellonella to isolate entomopathogenic nematode and their symbiotic bacteria. EPNs and their bacteria were then identified morphologically and molecularly. On the other hand, despite the different national surveys conducted on EPNs distribution around the world, habitat preferences remain inadequately known for entomopathogenic nematodes. Therefore, a comprehensive understanding of their distribution and the various biotic and abiotic factors influencing their presence is also a second object of our work. Beside a technological approach related to the biological properties of the nematodes and their symbiotics: valorisation of the entomotoxicity in biological control will be part of the third shutter of the thesis. In this framework, the sensibility of cedar pests, Cephalcia tannourinensis against entomopathogenic nematodes is exploited in vitro; different EPNs species were tested to study their life cycle inside Cephalcia larvae.
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