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Les moustiques, constituant la famille des Culicidae, sont présents partout dans le monde. Parmi leurs 3500 espèces, on compte une centaine de vecteurs d’agents pathogènes pour l’homme. Ils hébergent des communautés microbiennes qui influencent notamment leur propension à transmettre ces pathogènes par inhibition directe ou en affectant l’immunité et la physiologie de leur hôte. Ces communautés microbiennes colonisent divers tissus, notamment l’appareil digestif, et varient en fonction du sexe, du stade de développement et de facteurs écologiques. Dans cette revue, nous décrivons la diversité du microbiote, incluant des bactéries, des champignons, des parasites et des virus, ainsi que ses modes d’acquisition. Nous faisons état des connaissances sur les interactions microbiennes chez le moustique, qui affectent notamment la compétence vectorielle, et sur l’effet du microbiote sur le moustique. Enfin, nous nous intéressons aux opportunités d’utilisation de microbes ou de dérivés microbiens pour lutter contre la transmission vectorielle.

Une énorme partie du phosphore (P) soluble ajouté sous forme d’engrais chimiques et de fumiers précipite dans le sol et devient non disponible aux plantes. Par ailleurs, l’utilisation excessive des engrais chimiques n’est pas compatible avec l’agriculture moderne qui se veut durable, ni avec l’agriculture biologique. De plus, ces pratiques ont été effectuées sans tenir compte de la microflore présente au niveau de la mycorhizosphère ce qui conduit à des applications pouvant être onéreuses et néfastes. En effet, les microorganismes bénéfiques du sol, notamment les bactéries solubilisant les phosphates (BSP) et les champignons mycorhiziens arbusculaires (CMA), ont une influence importante sur la fertilité des sols et la productivité végétale. Une nouvelle approche basée sur le piégeage des BSP au niveau de l’hyphosphère du CMA Rhizophagus irregularis (Ri) DAOM 197198, préalablement inoculé avec des suspensions de microorganismes telluriques, a permis d’isoler des BSP compétentes capables de dissoudre efficacement le phosphate de roche (PR) d’origine ignée en milieu liquide. Les travaux ont ensuite permis de prouver l’importance du synergisme entre les hyphobactéries (Burkholderia anthina Ba8 et Rhizobium miluonense Rm3) et le mycélium extraracinaire des CMA Ri dans l’amélioration de la solubilisation des phosphates in vitro. L’étude approfondie des mécanismes qui pourraient être impliquées dans cette interaction montre que les hyphobactéries, principalement la souche B. anthina Ba8, adhèrent fortement à la surface des hyphes et aussi à celle du PR. Il est fortement probable que les interactions décrites ainsi que les caractéristiques bénéfiques aux plantes exprimées par les BSP sont responsables de l’amélioration de la croissance, de la nutrition phosphatée et du rendement en matière fraîche et sèche chez le maïs cultivé en serre, coinoculé avec les BSP et les CMA Ri et fertilisé avec le superphosphate ou le PR du Québec.
Soluble phosphorus (P) fertilizers added to soil rapidly precipitate, forming sparingly soluble phosphates, not available to plants. Furthermore, the excessive use of chemical fertilizers to compensate soil P deficiency is not considered sustainable and it leads to costly and potentially harmful applications. Many reports confirmed that beneficial soil microorganisms, including phosphate-solubilizing bacteria (PSB), have a significant influence on soil fertility and crop productivity. Indeed, PSB can also improve phosphate rock (PR) efficiency when directly applied to soil. However, most published works on PSB overlooked the possible interaction between PSB and arbuscular mycorrhizal fungi (AMF), which are ubiquitous in cultivated plants. A new approach based on the trapping of PSB strongly attached to the hyphosphere of AMF Rhizophagus irregularis (Ri) DAOM 197198, previously inoculated with microbial soil suspensions was developed to isolate relevant PSB able to mobilize P from a low reactive igneous PR more efficiently than those directly isolated from the same rhizosphere soil samples. An in vitro study demonstrated that the synergism between hyphobacteria (Burkholderia anthina Ba8 and Rhizobium miluonense Rm3) and Ri hyphae highly improved the solubilisation of PR. Our results go beyond the existing studies and showed specific mechanisms involved on PSB-AMF interactions. Indeed, hyphobacteria, mainly B. anthina Ba8, strongly adhere to Ri hyphal surfaces and PR particles forming a structured biofilm. Under greenhouse conditions, the direct application of PSB and AMF Ri as biostimulants for sustainable corn production showed that these beneficial microorganisms improve growth and P uptake of corn fertilized with superphosphate or Quebec PR.

La dissipation des Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP), polluants persistants majoritaires des sols de friches industrielles, implique l'action de microorganismes bactériens et fongiques. Cependant, leur contribution relative à la dissipation in situ, en fonction des interactions entre ces microorganismes ou avec les plantes et les polluants, est mal connue et les communautés fongiques ont été très peu étudiées dans de tels environnements. L'objectif de cette thèse était de préciser l'écodynamique des HAP dans la rhizosphère sous l'effet des microorganismes et de leurs interactions et d'évaluer la diversité fongique dans des sols contaminés. La dynamique des communautés fongiques a été étudiée in situ pendant 5 années, par PCR en temps réel et Temporal Temperature Gradient Electrophoresis (TTGE), dans un sol historiquement contaminé en présence ou non de plantes et dans le même sol ayant subi un traitement de remédiation par désorption thermique. Les plantes avaient un effet positif sur l'abondance et la diversité des champignons et étaient le facteur déterminant la structure des communautés fongiques, dominées par les Ascomycètes. D'autre part, des souches bactériennes et fongiques ont été isolées de ce sol et testées pour leur capacité à dégrader les HAP in vitro. Parmi celles-ci, la bactérie Arthrobacter oxydans Pyr2MsHM11 et le champignon Fusarium solani MM1 ont été choisies comme souches modèles pour étudier leur action individuelle ou conjointe sur la dissipation de trois HAP, dans différentes conditions, des plus simples (cultures liquides) aux plus complexes (microcosmes de sol planté en présence d'une microflore). Les résultats ont montré l'importance fondamentale des interactions entre microorganismes, notamment des phénomènes de compétition, pour la croissance des souches modèles et pour l'expression de leurs potentiels de dissipation des HAP
The dissipation of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs), very common and persistant pollutants in soils from industrial wastelands, involve the action of bacterial and fungal microorganisms. However their respective contribution, and the influence of the microbial and plant-microbe interactions on in situ PAH dissipation, are poorly known and fungal communities were scarcely studied in such environments. This work aimed to study the fate of PAHs in rhizosphere under the influence of microorganisms and their interactions and to estimate the fungal diversity in contaminated soils. The dynamic of fungal communities was monitored in situ for 5 years, by real-time PCR and Temporal Temperature Gradient Electrophoresis (TTGE) in an aged PAH-polluted soil and in the same soil treated by thermal desorption. The results showed that plants had a positive effect on fungal abundance and diversity and were the main driver of fungal community structure, dominated by Ascomycetes. Besides, bacterial and fungal strains were isolated from this soil and screened for their ability to dissipate PAHs in vitro. Among them, the bacteria Arthrobacter oxydans Pyr2MsHM11 and the fungus Fusarium solani MM1 were chosen as model strains to study their individual and simultaneous effect on PAH dissipation in different experimental conditions, from liquid cultures to planted soil microcosms with a complex microflora. It was found that interactions between microorganisms, notably competition, had a crucial influence on their growth and on the expression of their PAH dissipation potential

Les bactéries du sol sont adaptées pour survivre dans ce milieu et pour faire face à divers organismes y vivant, comme d'autres bactéries, champignons, plantes et insectes. Pour mieux connaitre ces adaptations et comprendre si ces adaptations se chevauchent ou sont spécifiques à chacun de ces modes de vie, j'ai utilisé l'approche dites « Transposon sequencing » (Tn-seq) pour identifier les gènes essentiels et conditionnellement essentiels dans deux bactéries du sol bien connues, Caballeronia insecticola et Sinorhizobium meliloti. J'ai utilisé des cribles Tn-seq réalisés dans les milieux naturels des microbes (in situ), combinés à des expériences in vitro. La sélection des conditions in vitro a été guidée par des analyses transcriptomiques, des études physiologiques, la génétique, la génomique et des analyses biochimiques, ainsi que par les expériences Tn-seq in situ. Ces conditions in vitro consistent en plusieurs facteurs de stress (comme des peptides antimicrobiens ou AMP) ou de conditions nutritionnelles (panel de sources de carbone, d'azote et de soufre) et physiologiques (motilité et chimiotaxie) que les microbes rencontrent dans leurs milieux naturels. Ces conditions in vitro simplifiées décomposent les conditions naturelles en composants uniques et facilitent ainsi l'interprétation des cribles Tn-seq in situ. C. insecticola est une bactérie polyvalente qui établit des interactions spécifiques avec des insectes, des plantes, des champignons et d'autres bactéries. J'ai analysé quatre modes de vie différents de C. insecticola avec l'approche Tn-seq : le sol, la rhizosphère des plants de soja, l'organe symbiotique intestinal de l'insecte Riptortus pedestris et la surface des hyphes des champignons Cunninghamella. Pour les interactions bactéries-bactéries, je me suis concentré sur la compétition entre la souche de rhizobium S. meliloti et la souche productrice de toxines Rhizobium sp. Pop5, car cette interaction est bien caractérisée et repose sur la production du AMP phazolicine par la souche Pop5.Au total, 34 cribles chez C. insecticola et 4 cribles chez S. meliloti ont été réalisés et analysés, ce qui a permis de découvrir des phénotypes pour 1 162 gènes de C. insecticola et 264 gènes de S. meliloti. Chez C. insecticola, le génome essentiel, c'est-à-dire l'ensemble des gènes qui ne peuvent être supprimés et qui sont donc indispensables à la vie bactérienne, a été défini. Il est constitué de 498 gènes, avec des gènes codant des fonctions cellulaires attendues, comme la transcription, la traduction, la production d'énergie, la biosynthèse de l'enveloppe cellulaire et le cycle cellulaire, ou des gènes moins attendus comme ceux impliqués dans la modification spécifique de la partie lipidique A du lipopolysaccharide avec des groupes 4-amino-4-désoxy-L arabinose. Les résultats des différents cribles ont été vérifiés en utilisant des mutants d'insertion ou de délétion de C. insecticola et S. meliloti et en caractérisant leur phénotype dans les conditions in situ et in vitro appropriées. Au total, 23 mutants de C. insecticola et 8 mutants de S. meliloti ont été phénotypés. Dans chaque cas, le phénotypage de ces mutants a confirmé les données Tn-seq, illustrant la robustesse et le potentiel de la méthode.Parmi les fonctions bactériennes cruciales dans tous les milieux naturels, tant chez C. insecticola que chez S. meliloti, figure l'enveloppe bactérienne, ce qui suggère qu'elle constitue un bouclier contre les agressions environnementales, comme les AMPs fréquemment produits par d'autres organismes. La motilité bactérienne et la chimiotaxie chez C. insecticola sont cruciales dans l'interaction avec les insectes et dans le sol, lorsque les bactéries circulent sur les hyphes fongiques. Enfin, chaque milieu impose des contraintes métaboliques spécifiques aux bactéries. Ces travaux ont mis en évidence des adaptations à la fois généralistes et spécifiques à l'environnement chez les bactéries du sol
Soil bacteria are adapted to survive in their abiotic soil environment as well as to cope with different organisms, including other bacteria, fungi, plants and insects with which they share that environment. With the objective to contribute to the understanding of these adaptations and to answer the question if adaptations are overlapping or unique for each of these lifestyles, I used the transposon-sequencing (Tn-seq) approach to identify essential and conditionally fitness genes in two well-studied soil bacteria, Caballeronia insecticola and Sinorhizobium meliloti. The experimental strategy consisted in the use of Tn-seq screens performed in the natural, in situ environments of the microbes combined with multiple in vitro experiments in synthetic environments. The selection of these in vitro conditions was informed by available transcriptome analyses, physiological studies, genetics, genomics and biochemical analyses as well as the in situ Tn-seq experiments themselves. The selected in vitro conditions were a variety of stressors (e.g. antimicrobial peptides or AMPs) or nutritional (e.g. a panel of carbon, nitrogen and sulphur sources) and physiological (e.g. motility and chemotaxis) conditions that the microbes encounter in their natural environments. These simplified synthetic conditions decompose the complexity of natural conditions in single components and facilitate thereby the interpretation of the in situ Tn-seq screens.C. insecticola is a versatile bacterium establishing specific interactions with insects, plants, fungi and other bacteria. I analyzed four different lifestyles of C. insecticola with the Tn-seq approach: soil, the rhizosphere of soybean plants, the gut symbiotic organ of the insect Riptortus pedestris and the surface of the hyphae of Cunninghamella fungi. For bacteria-bacteria interactions, I focused on the competition of the rhizobium strain S. meliloti with the toxin producing strain Rhizobium sp. Pop5 because this interaction is well characterized and based on the production of the AMP phazolicin by the strain Pop5.In total, 34 screens in C. insecticola and 4 screens in S. meliloti were performed and analysed, resulting in the discovery of phenotypes for 1162 C. insecticola genes and 264 S. meliloti genes. In C. insecticola, the essential genome, i.e. the set of genes that cannot be removed and that are therefore indispensable to support bacterial life, was precisely defined. I found that it is constituted of 498 genes, including the genes encoding the expected cellular functions, like transcription, translation, energy production, cell envelope biosynthesis and cell cycle, but also less expected genes like those involved in the specific modification of the lipid A moiety of lipopolysaccharide with 4-amino-4-deoxy-L arabinose groups. Results of the different Tn-seq screens were verified by independent experiments, using insertion or deletion mutants of C. insecticola and S. meliloti in selected genes and characterization of the phenotype of these mutants in the relevant environmental and in vitro conditions. In total, 23 mutants in C. insecticola and 8 mutants in S. meliloti were phenotyped. In each case, the phenotyping of these mutants confirmed the Tn-seq data, illustrating the robustness and potential of the method.Among the crucial bacterial functions in all natural environments, in both C. insecticola and S. meliloti, is the bacterial envelope, suggesting that it constitutes a shield, fending of environmental stresses, in particular AMPs frequently produced by other organisms. Bacterial motility and chemotaxis in C. insecticola are particularly important in the interaction with insects but also in the soil, when bacteria hitchhike on fungal hyphae. Finally, each environment imposes specific metabolic constraints on the bacteria. Together, this work highlighted both generalist and environment-specific adaptations in soil bacteria

Les macroalgues hébergent de nombreux micro-organismes, collectivement désignés sous le terme de microbiote algal, qui ont un rôle essentiel dans le développement et l’état de santé de leur hôte. Dans ce travail, nous avons exploré le microbiote fongique et bactérien d’algues brunes, ainsi que l’impact des interactions bactérie-champignon sur la médiation chimique et, en particulier, sur le quorum sensing bactérien. Par des approches de metabarcoding ciblant l’ADNr 16S et l’ITS2, nous avons montré que les communautés fongiques et bactériennes associées à la macroalgue brune Saccharina latissima étaient très riches, principalement composées de quelques OTUs dominants, et d’une grande abondance d’OTUs « rares ». De manière intéressante, les communautés fongiques comme bactériennes différaient de celles de l’eau de mer environnante et paraissaient spécifiques des tissus algaux. Cependant, de grandes variations intra et interindividuelles de composition ont été observées au sein des échantillons de tissus d’algue. Ainsi, ce qui définit la spécificité des communautés microbiennes reste à préciser. En parallèle, nous avons exploré la médiation chimique au sein de l’endomicrobiote de quatre algues brunes : Saccharina latissima, Laminaria digitata, Pelvetia canaliculata et Ascophylum nodosum, et révélé que de nombreux endophytes fongiques et bactériens isolés synthétisaient des métabolites interférant avec les systèmes de quorum sensing bactériens, en les induisant ou les inhibant. De plus, les bioessais basés sur les biosenseurs, couplés à une approche métabolomique, effectués sur les co-cultures, ont mis en évidence en quoi les interactions bactéries-champignons au sein de l’endomicrobiote d’algues brunes pouvaient affecter la production de médiateurs chimiques, et notamment de molécules interférant avec le quorum sensing bactérien. Ensemble, ces résultats suggèrent que le quorum sensing pourrait jouer un rôle clé dans le réseau complexe d’interactions au sein du microbiote algal, et ainsi dans l’équilibre hôte-microbiote
Macroalgae host various microorganisms, collectively referred as the algal microbiota, which play an essential role in the development and health status of their host. In this work, we explored the bacterial and fungal microbiota of brown algae, as well as the impact of bacterial fungal interactions on the chemical mediation and, in particular, on the bacterial quorum sensing. Using 16S rDNA-based and ITS2-based metabarcoding approaches we showed that the fungal and bacterial communities associated with the brown macroalgae Saccharina latissima were very rich, mainly composed of few dominant OTUs, and a large abundance of “rare” OTUs. Interestingly, both fungal and bacterial communities differed from the ones of the surrounding seawater and appeared specific to the algal tissues. However, high intra and interindividual variations of composition were observed among the algal tissue samples. Thus what define the specificity of the microbial communities remains to be clarified. In parallel, we explored the chemical mediation within the cultivable endomicrobiota of four brown algae: Saccharina latissima, Laminaria digitata, Pelvetia canaliculata and Ascophylum nodosum, and pointed out that many of the isolated bacterial and fungal endophytes could synthetize metabolites interfering with bacterial quorum sensing systems, either inducing or inhibiting them. Additionally, biosensor-based bioassays coupled with metabolomics approaches performed on co-culture experiments, highlighted how bacterial-fungal interactions within the endomicrobiota of brown algae could affect the production of chemical mediators, including those interfering with bacterial quorum sensing. Altogether, the results suggest that the quorum sensing could play a key role in the complex network of interactions within the algal microbiota, and thus in the host-microbiota equilibrium

Le moustique tigre Aedes albopictus représente un enjeu majeur de santé publique de par sa capacité à transmettre divers pathogènes, associée à son caractère expansionniste. Outre sa forte plasticité écologique, son pouvoir invasif a été largement favorisé par les changements globaux. Ces dernières années, l’essor des recherches sur le microbiote a permis de démontrer son rôle dans des fonctions clés de la biologie des moustiques. L’amélioration des connaissances sur les liens qui unissent le moustique à son microbiote offre ainsi de nouvelles pistes dans la compréhension du fonctionnement de l’holobionte moustique. C’est dans ce contexte que se sont inscrits mes travaux de thèse qui visaient à évaluer la réponse du microbiote face à des perturbations abiotiques ainsi que son rôle dans le métabolisme du fructose, un constituant majeur de l’alimentation des moustiques. Les résultats ont permis de montrer des impacts différentiels des antibiotiques et de la diminution de température sur la composition et la structure du microbiote bactérien et d’identifier plusieurs genres bactériens et fongiques capables de métaboliser le fructose, parallèlement à la caractérisation des voies métaboliques actives. Ces données ouvrent de nouvelles perspectives de recherche ciblées sur l’impact des perturbations anthropiques sur le microbiote fonctionnel du moustique et ses conséquences à la fois sur la transmission des pathogènes et les interactions trophiques au sein de l’holobionte moustique
The Asian tiger mosquito Aedes albopictus is a major public health concern due to its ability to transmit various pathogens, linked to its invasive capacity. In addition to its strong ecological plasticity, its global expansion has been largely favored by global changes. In recent years, increasing researches on microbiota have demonstrated the importance of this component in key functions of mosquito biology. Improved knowledge on the relationships between the mosquito and its microbiota offers new insights into the understanding of the functioning of the mosquito holobiont. In this context, the main purpose of this PhD was to evaluate the microbiota response to abiotic disturbances and its role in the fructose metabolism, a major component of mosquito nutrition. The results showed differential impacts of antibiotics and temperature decrease on the composition and structure of the bacterial microbiota and several bacterial and fungal genera able to metabolize fructose were highlighted, along with the characterization of active metabolic pathways. These data open up new research avenues focused on the impact of anthropic disturbances on the mosquito functional microbiota as well as their consequences on both the transmission of pathogens and trophic interactions within the mosquito holobiont

Dans les écosystèmes forestiers, la décomposition du bois est un processus majeur, notamment impliqué dans le cycle du carbone et des nutriments. Les champignons basidiomycètes saprotrophes, incluant les pourritures blanches, sont les principaux agents de cette décomposition dans les forêts tempérées. Bien que peu étudiées, des communautés bactériennes sont également présentes dans le bois en décomposition et cohabitent avec ces communautés fongiques. L'impact des interactions bactéries-champignons sur le fonctionnement d'une niche écologique a été décrit dans de nombreux environnements. Cependant, leur rôle dans le processus de décomposition du bois n'a été que très peu investigué. A partir d'expériences en microcosme et en utilisant une approche non cultivable, il a été démontré que la présence du champignon Phanerochaete chrysosporium influençait significativement la structure et la diversité des communautés bactériennes associées au processus de décomposition du hêtre (Fagus sylvatica). Par une approche cultivable, cet effet mycosphère a été confirmé, se traduisant par une augmentation de la densité des communautés bactériennes en présence du champignon ainsi que par une modification de la diversité fonctionnelle de ces communautés. Enfin, une approche polyphasique a été développée, combinant l'analyse des propriétés physico-chimiques du bois et des activités enzymatiques extracellulaires. Les résultats de cette expérience ont révélé que l'association de P. chrysosporium avec une communauté bactérienne issue de la mycosphère de ce dernier aboutissait à une dégradation plus importante du matériau bois par rapport à la dégradation par le champignon seul, démontrant pour la première fois des interactions bactéries-champignons synergiques dans le bois en décomposition
Wood decomposition is an important process in forest ecosystems in terms of their carbon and nutrient cycles. In temperate forests, saprotrophic basidiomycetes such as white-rot fungi are the main wood decomposers. While they have been less studied, bacterial communities also colonise decaying wood and coexist with these fungal communities. Although the impact of bacterial-fungal interactions on niche functioning has been highlighted in a wide range of environments, little is known about their role in wood decay. Based on microcosm experiments and using a culture-independent approach, we showed that the presence of the white-rot fungus Phanerochaete chrysosporium significantly modified the structure and diversity of the bacterial communities associated with the degradation of beech wood (Fagus sylvatica). Using a culture-dependent approach, it was confirmed that in the presence of the fungus the mycosphere effect resulted in increased bacterial abundance and modified the functional diversity of the fungal-associated bacterial communities. Lastly, a polyphasic approach simultaneously analysing wood physicochemical properties and extracellular enzyme activities was developed. This approach revealed that P. chrysosporium associated with a bacterial community isolated from its mycosphere was more efficient in degrading wood compared to the fungus on its own, highlighting for the first time synergistic bacterial-fungal interactions in decaying wood