L’archipel isolé des Kerguelen en région subantarctique est caractérisé par un climat rigoureux et une forte vulnérabilité au changement climatique et aux invasions biologiques. Alors que les microorganismes sont au cœur de la réponse des écosystèmes au changement climatique, la diversité et la réponse microbienne des Kerguelen reste encore largement inexplorée. En combinant observations et échantillonnages de terrain, études biogéographiques et expériences en conditions contrôlées, cette thèse propose une analyse multi-échelle de l’assemblage des communautés bactériennes et fongiques des sols et des plantes de cet écosystème subantarctique. Nous montrons que les microbiomes du sol et des plantes sont façonnés par des introductions historiques, un filtrage environnemental et l’identité de l’hôte. La majorité des taxons sont cosmopolites, avec des indices de potentielles introductions d’origine humaine et de dispersion longue distance. Les caractéristiques édaphiques et climatiques influencent l’assemblage et la diversité microbienne le long du continuum sol-plante. Une expérimentation en conditions contrôlées montre que le microbiome du sol est garant de l’établissement et de la bonne croissance des plantules, et que la Poacée introduite Poa annua «surperforme» par rapport aux espèces endémiques grâce à une plasticité accrue et une forte proportion de micro-organismes transmis depuis les graines. Cette thèse souligne ainsi la vulnérabilité des plantes holobiontes des fellfields aux Kerguelen face à la double pression du changement climatique et des invasions biologiques.

Les espèces sont adaptées à des conditions environnementales spécifiques (concept de niche écologique) qui sont reflétées dans leur distribution spatiale. Alors que les aires de répartition géographiques sont relativement stables à grande échelle, des changements importants, tels que des expansions, sont parfois observés. Cette thèse vise à étudier l’expansion d’aire de répartition de l’araignée Zodarion rubidum Simon, 1914, à travers l’Europe. La première étude s’intéresse à l’historique de l’expansion et à l’aire favorable potentielle de l’espèce. La seconde étude adresse l’hypothèse d’un changement de régime alimentaire à travers l’espace. Enfin, les troisième et quatrième études évaluent différents processus éco-évolutifs pour comprendre comment Z. rubidum s’est répandue aussi rapidement à travers l’Europe, i.e. testant le rôle potentiel d’endosymbiontes et de l’émergence de phénotypes hautement dispersifs, et comment l’espèce a pu établir des populations viables sur une telle étendue spatiale, i.e. cherchant des différences phénotypiques dans l’espace liées à la niche thermique et alimentaire. Les résultats montrent que Z. rubidum a commencé son expansion dans les années 1970 en Europe centrale, et que ce phénomène ne semble pas être lié à la prévalence d’endosymbiontes ou aux effets d’un tri spatial, mais sans doute à des transports humains. De plus, l’expansion de Z. rubidum ne coïncide pas avec un changement de régime alimentaire ou de niche fondamentale thermique ou alimentaire. Plutôt, il semble que cette expansion d’aire de répartition soit un exemple de remplissage de niche, caractérisé par une colonisation de zones favorables mais jusqu’ici inaccessibles.

Les landes et les prairies sont des habitats agropastoraux particulièrement touchés par les changements d’usages des terres en Europe. Cette thèse analyse l’évolution des communautés végétales des landes et des prairies du Massif Armoricain (nord-ouest de la France). Cette étude est basée sur le rééchantillonnage de plus de 700 relevés floristiques historiques géolocalisés (1947-1998). Près de 30 % des landes et prairies historiquement échantillonnées ont disparu en raison de la déprise agricole, de la conversion en terres arables ou urbanisées. L’analyse diachronique des relevés floristiques met en évidence un déclin important de la diversité et de l’état de conservation des communautés végétales entre les périodes historique et contemporaine. Une proportion plus élevée d'espèces perdantes a été trouvée, principalement des taxons rares et typiques de l'habitat, tandis que les espèces gagnantes étaient principalement tolérantes aux perturbations et communes. Les résultats obtenus ont permis de fournir un diagnostic sur l’ampleur des changements de biodiversité à large échelle spatio-temporelle et de proposer une meilleure prise en compte de la biodiversité à l’échelle régionale aux différents acteurs du territoire.

Les microtubules (MTs) sont des polymères essentiels du cytosquelette formés d’hétérodimères d’αβ-tubuline, dont l’instabilité dynamique sous-tend des processus cellulaires majeurs. Cette thèse a développé un workflow multi-échelle en cryo-EM, complété par de nouvelles approches computationnelles, afin de cartographier l’hétérogénéité du réseau à l’échelle d’un MT unique et de la relier directement à l’état d’assemblage. Grâce à cette approche, nous avons d’abord démontré que le nombre et la position des jointures peuvent varier au sein d’un même MT, générant des discontinuités locales le long du filament. Nous avons ensuite identifié deux types d’interactions latérales jusque-là non décrits, appelés Type C et D, qui créent des réseaux avec rupture de symétrie hélicoïdale. Ces géométries non canoniques impliquent un décalage axial d’environ 21 Å et une rotation vers l’intérieur des protofilaments, et ont été résolues à 2,9 Å et 3,1 Å respectivement, révélant de nouveaux contacts latéraux à haut rayon. En parallèle, nous avons obtenu les structures des réseaux de type A et B à la plus haute résolution à ce jour, soit 2,5 Å et 2,7 Å respectivement. Des expériences cinétiques ont montré que ces Type C et D sont enrichis lors de la phase de croissance rapide, établissant qu’il s’agit d’intermédiaires cinétiques favorisés. Des analyses complémentaires ont par ailleurs suggéré qu’End Binding protein 1 agit comme un régulateur supprimant à la fois la variabilité du nombre de protofilaments et la formation de géométries non canoniques, maintenant ainsi la fidélité du réseau. Dans l’ensemble, ce travail a mis en évidence de nouvelles formes d’hétérogénéité des MTs, souligné leurs relations structurales et leurs origines cinétiques, et les a reliées à une régulation par l’environnement autour du MT, forçant à reconsidérer les modèles actuels de l’instabilité dynamique et des processus biologiques associés.

Au cours des dernières décennies, le chien (Canis lupus familiaris) est devenu un modèle de choix pour l'étude des maladies génétiques complexes, grâce à sa diversité phénotypique, fruit d'une domestication ancienne et d'une sélection artificielle intense conduisant à la formation de plus de 400 races modernes, véritables isolats génétiques. Cette thèse porte sur la dysplasie coxo-fémorale (DCF), une affection multifactorielle débilitante du développement articulaire et homologue à la dysplasie développementale de la hanche (DDH) chez l'humain. Plus de 700 chiens ont été séquencés à faible couverture puis imputés afin d'identifier, par analyse d'association pangénomique (GWAS), des loci associés à la DCF. Deux outils bio-informatiques ont été développés : la librairie R Pedixplorer pour le traitement des pedigrees complexes et le pipeline nf-core/phaseimpute consacré à l'imputation de génotypes. La combinaison de GWAS intra- et inter-races avec des annotations fonctionnelles et une comparaison à la littérature sur la DDH humaine nous a permis de mettre en évidence une vingtaine de loci candidats. Ce travail, mené en partenariat avec l'ACGAO et la Fondation VISIO, ouvre la voie à un futur test génétique de risque dont le développement se poursuivra dans une thèse ultérieure.

Le muscle squelettique assure des fonctions vitales telles que le mouvement, le maintien de la posture et la régulation du métabolisme. Sa forte sollicitation au cours de la vie adulte en fait un tissu particulièrement vulnérable, dont le maintien repose sur une remarquable capacité de régénération. Ce processus dépend d’une synchronisation précise entre plusieurs types cellulaires. Si la fonction de ces différentes cellules a été largement étudiée, les mécanismes de communication qui les coordonnent restent encore à élucider. Au cours de ma thèse, j’ai caractérisé les mécanismes cellulaires et moléculaires qui régissent la réponse précoce des muscles aux dommages, en utilisant les muscles du vol de la drosophile comme modèle. Mes travaux ont révélé que cette réponse repose sur une communication intercellulaire active. Plus particulièrement, j’ai montré que les plasmatocytes, équivalents fonctionnels des macrophages, sont recrutées rapidement au niveau des fibres endommagées et jouent un rôle central et polyvalent dans l’adaptation des muscles aux dommages. D’une part, elles déposent sur la fibre lésée le chemoattractant FGF/Bnl, permettant de recruter les branches trachéales (système respiratoire) spécifiquement vers le site de dommage et d’assurer ainsi un apport optimal en oxygène. D’autre part, elles produisent et sécrètent des composants de la matrice extracellulaire, tels que le collagène de type IV et la glycoprotéine SPARC, qui participent à la fois au soutien structurel et à l’organisation du microenvironnement musculaire. Mes travaux révèlent que la réponse musculaire aux dommages repose sur une coopération étroite entre cellules immunitaires, système respiratoire et fibres musculaires et ouvrent de nouvelles perspectives pour identifier d’autres signaux coordonnant ce processus.

Le changement climatique intensifie les sécheresses agricoles, pouvant quadrupler leur fréquence et doubler leur intensité d’ici à la fin du siècle, entraînant des pertes économiques majeures. La pomme de terre (S. tuberosum), particulièrement sensible, subit des pertes de rendement pouvant excéder 60% les années les plus sèches. Cette thèse s’appuie sur les résultats des essais variétaux suisse depuis 1990, complétés par des essais en serre et au champ, pour analyser la variabilité des réponses aux stress environnementaux. Un modèle de prédiction du rendement, réalisé avec des outils de machine learning et les scénarios climatiques du GIEC, a estimé des pertes allant de 3% (scénario optimiste) à plus de 50% (scénario réaliste), entre 2035 et 2085. Les essais menés en serre et au champ ont permis d’identifier deux paramètres clés : l’indice de récolte et la biomasse aérienne. Ces paramètres se sont révélés essentiels pour estimer le rendement en pomme de terre, indépendamment des conditions environnementales. De plus, des mesures d’échanges gazeux ont montré que l’augmentation de l’activité photosynthétique permettait d’améliorer le rendement en condition de sécheresse. Enfin, des techniques d’imageries et des analyses moléculaire, ont fourni des pistes pour expliquer la variabilité de la tolérance des pommes de terre aux stress environnementaux. Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives pour améliorer la durabilité de la culture de pomme de terre.

La forme des cellules épithéliales et leur adhésion sont des processus étroitement coordonnés, essentiels à la morphogenèse tissulaire et au bon fonctionnement des tissus. La forme cellulaire est déterminée à la fois par des facteurs intrinsèques, tels que l'organisation du cytosquelette, et par des propriétés extrinsèques dues aux interactions physiques avec les cellules voisines, en particulier au niveau des jonctions adhérentes (AJs). La myosine non musculaire de type II (MyoII) joue un rôle central dans la mise en forme des cellules, son activité étant finement régulée dans l’espace et dans le temps. L’activation de MyoII est induite par les GTPases Rho, qui sont elles-mêmes activées par des facteurs d’échange de nucléotides guanine (GEFs) et inhibées par des protéines activatrices de GTPase (GAPs). Dans cette étude, un criblage basé sur l’interférence par ARN (RNAi) des GAPs et GEFs a permis d’identifier des régulateurs de la dynamique de MyoII et de la forme cellulaire dont deux candidats, PlexA et Cyst, ont été caractérisés plus en détail. Dans l’ensemble, ce travail fournit une ressource importante quant au rôle des GEFs et des GAPs dans la morphogenèse et l’homéostasie de l’épithélium du thorax dorsal chez la Drosophile. Cela offre aussi de nouvelles perspectives sur la manière dont la contractilité de l’actomyosine est intégrée à la forme cellulaire et à la dynamique des jonctions.

L’organisation du réseau de microtubules est essentielle pour de nombreuses fonctions cellulaires, telles que le transport intracellulaire et la polarisation de la cellule. La Kinésine-1 (Khc) est un moteur moléculaire qui joue un rôle clé dans ces processus, et des mutations de Khc sont associées à plusieurs pathologies humaines. Récemment, Ensconsine/MAP7, a été identifiée comme un activateur de Khc. Au cours de cette étude, j’ai exploré les fonctions du complexe Khc/Ensconsine dans le remodelage des réseaux de microtubules. En combinant des analyses génétiques et microscopiques pour étudier l’organisation des microtubules dans l’ovocyte de Drosophila melanogaster, j’ai disséqué deux mécanismes clés : l’enrichissement spatial d’Ensconsine et la levée de l’auto-inhibition de la Khc. L’ensemble des données montre qu’Ensconsine, est transportée sur les microtubules, des cellules nourricières vers l’ovocyte par la Dynéine et maintenue au cortex de l'ovocyte par la Nineine. Cet enrichissement local d’Ensconsine permet de lever l’auto-inhibition de la Khc dans l'ovocyte. Le complexe Khc/Ensconsine régule ensuite le recrutement des complexes d’ancrage des microtubules, les ncMTOCs, au cortex de l’ovocyte. Enfin, nos données montrent que cet ancrage des microtubules est un prérequis pour la mise en place d’un réseau de microtubules fonctionnel. Cette étude illustre comment le transport et le maintien d’activateurs clés, comme Ensconsine, peuvent induire efficacement l’activation spatiale de la Khc, pour remodeler le cytosquelette de microtubules.

Pseudomonas aeruginosa est une bactérie pathogène opportuniste impliquée dans de nombreuses infections nosocomiales et dont la résistance aux antibiotiques est de plus en plus préoccupante. Cette thèse explore la trans-traduction, un mécanisme de contrôle de la qualité de la traduction permettant de libérer les ribosomes bloqués sur des ARNm tronqués. Ce processus repose sur l'action de la protéine SmpB et de l'ARNtm, qui assurent le recyclage canonique des complexes de traduction. L'inactivation de la trans-traduction réduit la croissance et la virulence de P. aeruginosa. Un système de criblage in vivo a été développé pour identifier des inhibiteurs de la trans-traduction. Il est composé de deux souches biosenseurs et repose sur la fluorescence rouge de la protoporphyrine IX. Cette étude met en avant la trans-traduction comme une cible thérapeutique potentielle contre P. aeruginosa, ouvrant la voie à de nouvelles stratégies antimicrobiennes.