Le réchauffement climatique affecte les écosystèmes. Les écosystèmes urbains sont particulièrement vulnérables au réchauffement, de par leur exposition aux îlots de chaleur urbains (ICU). Cette thèse aborde les relations entre différents groupes d’arthropodes (principalement araignées) et les variations spatiales de température mesurées sur la ville de Rennes et ses alentours. En particulier, l’effet du réchauffement sur les arthropodes est comparé entre diverses échelles spatiales, s’étendant du micro¬-habitat au paysage. La diversité taxonomique est négativement reliée à l’intensité de l’ICU. Cette réduction du nombre d’espèces en ville correspond notamment à une exclusion des espèces les plus sensibles à la chaleur. En plus de leurs affinités thermiques, les espèces sont filtrées selon leurs caractéristiques morphologiques. La taille corporelle moyenne au sein des communautés diminue avec une intensité d’ICU croissante. Les espèces de taille relativement importante sont effectivement les plus sensibles aux réchauffements, possiblement en raison de leur cycle de vie plus long, ou encore de leur capacité limitée à disperser par voie aérienne (ballooning). Cependant, la qualité structurelle et thermique du micro-habitat peut atténuer ces effets négatifs en favorisant la diversité fonctionnelle et l’abondance. Les micro-habitats prairiaux, bien qu’exposés à des conditions thermiques diurnes extrêmes en ville, peuvent atténuer, voire compenser le réchauffement nocturne induit par l’ICU atmosphérique à l’échelle des arthropodes. Bien que le réchauffement atmosphérique à l’échelle du paysage urbain constitue un filtre environnemental fort sur les espèces, des mesures de gestion locales visant à optimiser la qualité thermique des micro-habitats peuvent constituer un levier efficace pour la conservation de la biodiversité urbaine.

La prolifération et la différenciation cellulaires sont des processus essentiels qui sous-tendent le développement des organismes multicellulaires. L'arrêt de la prolifération cellulaire précède généralement la différenciation terminale, suggérant que ces deux processus pourraient être coordonnés. Nous avons utilisé le développement très stéréotypé de l'intestin de C. elegans pour déterminer si les contrôles des programmes de prolifération et de différenciation sont systématiquement couplés. Nous montrons qu'un retard dans l'arrêt du cycle cellulaire entraîne un retard dans le recrutement de certains composants seulement de la bordure en brosse. Réciproquement, nous constatons que l'arrêt du cycle cellulaire repose sur les facteurs de différenciation ELT-2 et ELT-7 uniquement dans les cellules intestinales postérieures. L'apparition de divisions surnuméraires en l'absence d'ELT-2 et d'ELT-7 est associée à des changements dans le profil d'expression des régulateurs du cycle cellulaire CKI-1 et cycline B1. Notre travail démontre donc l'existence d'interactions réciproques entre la prolifération et la différenciation cellulaire. Il montre cependant aussi que ces deux processus ne sont que partiellement couplés, suggérant l'existence de mécanismes supplémentaires assurant leur contrôle temporel.

La caractérisation des mécanismes qui sous-tendent l'isolement reproductif entre des lignées divergentes est essentielle pour comprendre le processus de spéciation. Au cours de leur évolution, les populations développent progressivement un isolement reproductif (IR) en passant par des étapes intermédiaires, souvent appelées "zone grise de la spéciation". L'établissement de l'IR se manifeste par l'apparition de régions génomiques qui agissent comme des barrières réduisant le flux de gènes local par rapport au reste du génome. Les approches de génomique des populations impliquent donc l'identification de locus avec des signatures spécifiques, différentes du reste du génome. Cependant, d'autres processus peuvent créer des signatures similaires, ce qui fait de la détection des barrières une tâche difficile. Dans ma thèse, j'ai développé un nouvel outil, RIDGE - Reproductive Isolation Detection using Genomic Polymorphisms – un nouvel outil libre et portable adapté en particulier aux approches comparatives. RIDGE utilise une approche ABC (Approximate Bayesian Computation) et de “model averaging” basée sur des “random forest” pour prendre en compte divers scénarios de divergence entre lignées. Il prend en compte l'hétérogénéité du taux de migration, de la sélection en liaison et de la recombinaison le long du génome, estimant la proportion de barrières et effectuant des tests par locus pour détecter les barrières au flux génique. Des simulations et des analyses de jeux de données publiés sur des paires d'espèces de corbeaux indiquent que RIDGE est efficace pour détecter la migration en cours et identifier les locus barrières, même pour des temps de divergence récents. De plus, la contribution des statistiques résumées varie en fonction du jeux de données, ce qui met en évidence la complexité des signaux génomiques des barrières et l’intérêt de combiner plusieurs statistiques résumées. Par la suite, j'ai appliqué RIDGE à des paires de populations sauvages/domestiques : le maïs (allogame) et le millet (autogame), les deux ayant été domestiquées il y a environ 9 000 ans. Des flux de gènes entre les formes ont été documentés dans ces deux systèmes. Les modèles avec migration continue au cours du temps et hétérogène le long du génome sont clairement ressortis comme dominants. RIDGE a également démontré sa capacité à distinguer les locus barrière des locus de domestication (qui ont subi des balayages sélectifs au sein des formes domestiques). Les perspectives de ce travail comprennent l'application de RIDGE à de multiples paires population/espèce englobant un large spectre de divergence afin de déterminer les bases génomiques de l’IR au cours de la spéciation, de tester la théorie de «l’effet boule de neige” formulée par Orr en 1995 ou de déterminer la nature des gènes de spéciation.

Dans une période de changements climatiques et de destructions des zones humides, l'étude des tourbières apparaît cruciale du fait de la riche biodiversité qu’elles hébergent et des archives sédimentaires et biologiques qu’elles constituent. La dynamique des tourbières peut s'étudier à travers plusieurs disciplines et sur des échelles de temps variées. Afin de traiter cette complexité, les qualités bioindicatrices de la végétation et des arthropodes ont été comparées. En néoécologie, nous avons étudié les effets paysagers en appliquant une approche multimétrique sur les araignées et les plantes. Nous avons observé, à travers la diversité taxonomique et fonctionnelle, alpha et bêta ainsi que les ordres de diversité de Hill, les reponses de la diversité des tourbières. Une grande complémentarité des taxons et des métriques a été mise en évidence. En paléoécologie, le potentiel des Acariens Oribatides comme indicateurs de reconstruction climatique a été étudié. Cela a été réalisé en croisant les assemblages actuels d'oribates avec le climat actuel afin d’évaluer les erreurs de reconstruction. Cela a permit de souligner le manque de données disponibles sur les oribates pour ce genre de methode. Enfin, nous avons étudié la dynamique des habitats et du climat au cours des deux derniers millénaires à travers l’analyse paléoécologique d’une tourbière de Saint-Pierre en croisant les oribates, les macrofossiles végétaux et le pollen. Une dynamique de variation hydrologique et climatique conformes aux spécificités régionales a été observée. Cette approche pluridisciplinaire a permis d'accroître les connaissances sur la dynamique des tourbières et d’évaluer et renforcer les indicateurs utilisés, métriques comme taxons, en fonction des hypothèses testées.

Les recherches présentées ici ont été motivées par la nécessité de mieux comprendre le concept d’holobionte appliqué aux plantes et, dans ce cadre, d’examiner l’interaction entre les plantes et leur microbiote. Notre objectif principal était de comprendre les processus par lesquels le microbiote influence les phénotypes des plantes. Ce travail de recherche a révélé plusieurs résultats clés. Premièrement, nous avons démontré un recrutement sélectif de communautés rhizosphériques microbiennes à partir du compartiment microbien du sol, composées majoritairement de Bacteroidetes et de Proteobacteria. Ce résultat souligne le rôle essentiel des processus opérant au niveau de la rhizosphère dans la formation des communautés microbiennes associées aux plantes. Deuxièmement, les plantes cultivées en monoculture pendant plusieurs années présentent de la fusariose. Cette sensibilité aux pathogènes peut s'expliquer par une plus forte diversité bactérienne et une diminution de la diversité fongique dans la rhizosphère, soulignant l'importance de l'équilibre microbien pour la santé des plantes. Troisièmement, le greffage de plants de pastèque conduit à une modification des effets de rétroaction plante-sol.Les plantes greffées présentent une meilleure croissance lorsqu’elles sont cultivées dans un sol conditionné par des cultures conspécifiques, contrairement aux plantes non greffées présentant une meilleure performance sur des sols issus de culture hétérospécifique. Il est démontré que cette différence est liée à des modifications de la composition microbienne du sol et des voies métaboliques qui y sont associées. Quatrièmement, le microbiote de l’endosphère racinaire des plantes greffées a été analysé pour tester la validité des concepts d’holobionte/hologénome. L'étude fournit une validation expérimentale formelle de ces concepts. Ainsi, l’assemblage non aléatoire observé de communautés bactériennes suggère la nécessité de considérer la plante avec son microbiote comme un niveau d’organisation biologique. En conclusion, ces résultats mettent en lumière les interactions complexes et nuancées entre les plantes et leur microbiote. Ils fournissent ainsi un aperçu des mécanismes à l’origine de ces relations. Ces travaux offrent de nouvelles perspectives pour le développement de pratiques agricoles plus résilientes pour la santé des plantes.

Le signal RMN de relaxation transversale de la feuille de colza permet de révéler la mise en place des changements structuraux et de distribution de l’eau dans le mésophylle au cours du développement foliaire. A la transition puits-sources, ces modifications sont susceptibles d’altérer la réponse adaptative au stress hydrique. L’objectif de la thèse était d’interpréter les variations du signal RMN et de comprendre l’effet de ces changements sur la régulation des flux d'eau en réponse à la sécheresse. En combinant des approches de relaxométrie RMN, diffusiométrie, IRM, physiologie, microscopie et multi-omiques, il a été possible de caractériser les structures cellulaires, les solutés impliqués dans l’ajustement osmotique, les relations hydriques à l’échelle des tissus ou de l’ensemble du limbe sur des plantes de colza en conditions hydrique optimales, stressées ou réhydratées. Les résultats obtenus ont montré le rôle de la plasticité structurelle et métabolique dans la réponse adaptative des feuilles. L’imagerie IRM a révélé l’hétérogénéité des structures et de l’état hydrique à l’échelle du limbe, tandis que les résultats de la mesure du coefficient d’autodiffusion vacuolaire soutiennent un accroissement de la teneur en eau dans les vacuoles des cellules du parenchyme palissadique à la transition puits-source et sa diminution en réponse au stress hydrique. Ces résultats pourront alimenter les modèles existants sur le fonctionnement hydraulique foliaire.

L’importante croissance démographique humaine à l’échelle mondiale s’accompagne d’une expansion des terres agricoles qui empiètent de plus en plus sur les habitats des animaux sauvages. La flexibilité comportementale des animaux est essentielle pour s’adapter rapidement à ces modifications de l’environnement. Pour de nombreuses espèces, cela implique notamment d’inclure des aliments cultivés dans leurs régimes. En raison des dommages que cela entraîne pour les agriculteurs, des conflits émergent entre humains et faune sauvage, entraînant parfois de graves répercussions pour les populations d’espèces menacées. Le magot (Macaca sylvanus) est un macaque en danger d’extinction dont les habitats sont de plus en plus affectés par des mutations agricoles et dont la persistance est menacée par les conflits avec les agriculteurs, qu’il est urgent de mitiger. Il est aussi essentiel, pour répondre aux menaces pesant sur l’espèce, de comprendre comment la démographie des populations est affectée par les variations de l’environnement, et d’avoir accès à des paramètres démographiques fiables pouvant être utilisés dans des programmes de conservation. Le premier objectif de cette thèse est donc de comprendre pourquoi et comment les magots adaptent leurs comportements en réponse à la présence de cultures dans leurs habitats, et face aux conflits avec les humains. Comprendre cela est essentiel pour développer des méthodes efficaces de mitigation des conflits. Cette thèse vise aussi à estimer des paramètres démographiques fiables de populations de magots, et à comprendre comment ils sont affectés par des variations naturelles de l’environnement. Ces paramètres sont ensuite utilisés pour construire un modèle de viabilité destiné à estimer les risques d’extinction d’une population à réintroduire dans une zone d’où l’espèce a disparu, dans le but d’en renforcer les effectifs globaux. Mes résultats, basés sur des observations d’une population vivant dans une zone agricole et de deux populations vivant dans des habitats préservés, montrent que les magots font preuve d’une remarquable flexibilité comportementale pour s’adapter à différents types de milieux. Dans la zone agricole, leur importante consommation d’aliments cultivés semble due à un manque de ressources naturelles lié à la forte dégradation de la forêt. L’emploi de gardes pour surveiller les cultures est efficace pour dissuader les magots d’y pénétrer. Dans les habitats préservés, la survie infantile, contrairement à la survie adulte, est fortement affectée par les variations environnementales, face auxquelles les populations font preuve de résilience démographique. L’analyse de viabilité offre des perspectives très encourageantes pour le succès de la réintroduction d’une population de magots. Ce type de réintroduction peut permettre de renforcer rapidement les effectifs de magots. Cependant, il est essentiel, en parallèle, de s’appliquer à protéger et restaurer les habitats actuels de l’espèce, et leurs connectivités. Pour que les méthodes de dissuasion d’exploitation des cultures soient efficaces, il est important de les combiner à une revalorisation de la productivité des habitats forestiers. Dans le contexte actuel d’expansion des zones anthropiques, la coexistence entre humains et faune sauvage s’impose comme une nécessité.

Les conversations forment la niche principale à l’intérieur duquel le langage se déploie et prend son sens. Les conversations se caractérisent par un tour de parole qui peut être défini par une alternance de tours entre plusieurs interlocuteurs qui évitent les chevauchements et minimisent les silences. Ce pattern universel semble avoir des bases biologiques profondes : il est présent très précocement chez les nourrissons préverbaux, et dans les échanges vocaux produits dans de nombreuses espèces de primates non-humains. Ici, nous avons voulu étudier l’évolution de ces proto-conversations présentes chez des êtres non-parlants grâce à une approche comparative entre les nourrissons humains et les mangabeys à collier (Cercocebus torquatus). Pour ces deux modèles biologiques, nous avons étudié d’une part leur production de vocalisations selon un pattern de tour rôle, et d’autre part comment ils percevaient ce pattern, s’il s’agissait d’une règle. Ainsi, nous avons pu montrer que les nourrissons préverbaux sont sensibles à différents patterns conversationnels, et que cette sensibilité est modulée par des facteurs socio-démographiques. Nous avons aussi mis en évidence qu’ils interagissaient selon un tour de rôle avec leurs parents, mais que ces interactions dépendaient du sexe des nourrissons et des parents. Chez les mangabeys, nous avons pu confirmer qu’ils produisaient des échanges vocaux selon un pattern de tour de rôle, et que ces derniers dépendaient du statut social des individus et de la nature des liens avec leurs congénères. Si notre expérience de repasse ne nous a pas permis de déterminer si le tour de rôle était une règle pour cette espèce, elle a montré qu’avec l’âge les individus se désintéressaient des situations les moins pertinentes socialement. Nous avons donc pu mettre en évidence l’importance d’un tour de rôle modulé par des facteurs sociaux chez deux modèles non-verbaux. Ces résultats nous invitent à repenser l’évolution du langage au cœur de capacités interactionnelles, soulignant l’importance de l’approche comparative pour éclairer les bases biologiques de nos comportements communicatifs.

Le séquençage du génome entier d'une seule cellule (scWGS) pour étudier les bactéries s'est développé ces dernières années. Les microbiologistes sont particulièrement intéressés par cette approche pour accéder à l'échelle de la population de l'organisation des bactéries et évaluer le potentiel d'évolution et d'interaction de ces structures bactériennes. Le scWGS devrait également accélérer la découverte de bactéries inconnues et fournir un contenu génomique plus précis que la métagénomique traditionnellement utilisée, qui n'est pas adaptée à la description des communautés bactériennes à des échelles organisationnelles fines. Dans la pratique, les scWGS sont peu utilisés en raison de leurs limites en termes de coût, d'équipement nécessaire, de temps de manipulation long et de génomes récupérés partiels et contaminés. J’ai développé une préparation de librairies génomique unicellulaire afin de proposer une approche facile à utiliser avec un coût limité et discute ses possibles améliorations futures. Pour compenser le manque de procédures de décontamination universelles pour de tels jeux de données, un pipeline de décontamination automatisé a été développé et permet l'unification du traitement des données unicellulaires. Je démontre, sur des souches bactériennes pures et environnementales, la nécessité d'une procédure de décontamination systématique et souligne les avantages du scWGS par rapport à la métagénomique. Enfin, je discute des perspectives techniques et écologiques que cette approche a à offrir à la microbiologie.

La régulation du volume des cellules est un aspect crucial de la biologie des organismes vivants. Ainsi, la taille des cellules a un impact sur leur biochimie et leur organisation interne, et joue un rôle clé dans leur interaction avec l'environnement. De manière surprenante, alors que divers mécanismes contribuant à la régulation du volume cellulaire à court terme ont été décrits, le rôle de ce paramètre morphologique dans l'adaptation sur le long terme reste inconnu. Pour étudier cette question, nous avons optimisé de nouvelles méthodologies pour la mesure directe du volume cellulaire et l'évolution automatisée de la levure. Nous avons ensuite tiré parti de ces technologies pour réaliser des expériences d'évolution en laboratoire en soumettant des cellules de levure de fission à différentes conditions adverses. La plupart des populations évoluées que nous avons ainsi obtenues présentent des changements remarquables de volume cellulaire, changements qui sont associés à leur adaptation. Le séquençage du génome de l'une de ces populations, qui a évolué en présence de phénylalanine comme unique source suboptimale d'azote, a révélé des altérations génétiques adaptatives dans le facteur de transcription Toe2, le facteur de Nonsense Mediated Decay (NMD) Upf1, ainsi qu’une amplification génétique d’un gène codant pour un transporteur de spermidine, SPBC36.01c, dont l’expression est régulée par Toe2. Nous avons alors montré que la mutation de Toe2 et l'augmentation du nombre de copies de SPBC36.01c ont un effet synergique sur l’adaptation de cette population. Bien qu’un lien de causalité entre altération du volume cellulaire et évolution n'ait pas été observé, notre étude a mis en évidence un nouveau motif d’adaptation qui combine modulation transcriptionnelle et variation ciblée du nombre de copies d’un gène cible. Ce module pourrait être conservé et contribuer à l’évolution des cellules eucaryotes dans des environnements délétères variés.