Les transformations microbiennes de l’azote dans les grandes rivières

Les rivières reçoivent de l'azote de leurs bassins versants et elles constituent les derniers sites de transformations des nutriments avant leur livraison aux zones côtières. Les transformations de l’azote inorganique dissous en azote gazeux sont très variables et peuvent avoir un impact à la fois sur l’eutrophisation des côtes et les émissions de gaz à effet de serre à l’échelle globale. Avec l’augmentation de la charge en azote d’origine anthropique vers les écosystèmes aquatiques, les modèles d’émissions de gaz à effet de serre prédisent une augmentation des émissions d’oxyde nitreux (N2O) dans les rivières. Les mesures directes de N2O dans le Lac Saint-Pierre (LSP), un élargissement du Fleuve Saint-Laurent (SLR) indiquent que bien qu’étant une source nette de N2O vers l'atmosphère, les flux de N2O dans LSP sont faibles comparés à ceux des autres grandes rivières et fleuves du monde. Les émissions varient saisonnièrement et inter-annuellement à cause des changements hydrologiques. Les ratios d’émissions N2O: N2 sont également influencés par l’hydrologie et de faibles ratios sont observés dans des conditions de débit d'eau plus élevée et de charge en N élevé. Dans une analyse effectuée sur plusieurs grandes rivières, la charge hydraulique des systèmes semble moduler la relation entre les flux de N2O annuels et les concentrations de nitrate dans les rivières. Dans SLR, des tapis de cyanobactéries colonisant les zones à faible concentration de nitrate sont une source nette d’azote grâce à leur capacité de fixer l’azote atmosphérique (N2). Étant donné que la fixation a lieu pendant le jour alors que les concentrations d'oxygène dans la colonne d'eau sont sursaturées, nous supposons que la fixation de l’azote est effectuée dans des micro-zones d’anoxie et/ou possiblement par des diazotrophes hétérotrophes. La fixation de N dans les tapis explique le remplacement de près de 33 % de la perte de N par dénitrification dans tout l'écosystème au cours de la période d'étude. Dans la portion du fleuve Hudson soumis à la marée, la dénitrification et la production de N2 est très variable selon le type de végétation. La dénitrification est associée à la dynamique en oxygène dissous particulière à chaque espèce durant la marée descendante. La production de N2 est extrêmement élevée dans les zones occupées par les plantes envahissantes à feuilles flottantes (Trapa natans) mais elle est négligeable dans la végétation indigène submergée. Une estimation de la production de N2 dans les lits de Trapa durant l’été, suggère que ces lits représentent une zone très active d’élimination de l’azote. En effet, les grands lits de Trapa ne représentent que 2,7% de la superficie totale de la portion de fleuve étudiée, mais ils éliminent entre 70 et 100% de l'azote total retenu dans cette section pendant les mois d'été et contribuent à près de 25% de l’élimination annuelle d’azote.

Geochemical characteristics of surficial sediments in a tropical estuary, southwest India

Geochemical characteristics of surficial sediments in the Panangad region of Cochin estuary, the largest brackish-water humid ecosystem in the south-west coast of India, were analysed. Temporal variations in nutrient stoichiometry, seasonal characteristics of redox elements Fe and S, and the phosphorus geochemistry were employed for the purpose. The stoichiometric analysis pointed towards autochthonous origin of organic matter, possibility of nitrogen limitation, and allochthonous modification of redox conditions. Seasonal variations were not statistically significant for all the geochemical parameters, whereas significant spatial variations were observed with lower values at sandy stations, suggesting that the texture of the sediments is the main factor influencing the sediment geochemistry. Significant inter-relations between the geochemical parameters also suggest a common control mechanism. Based on these geochemical characteristics, the study region can be effectively categorized into two distinct zones, viz. (1) erosion and transportation and (2) deposition zones

Free atmospheric CO2 enrichment increased above ground biomass but did not affect symbiotic N2-fixation and soil carbon dynamics in a mixed deciduous stand in Wales

Through increases in net primary production (NPP), elevated CO2 is hypothesizes to increase the amount of plant litter entering the soil. The fate of this extra carbon on the forest floor or in mineral soil is currently not clear. Moreover, increased rates of NPP can be maintained only if forests can escape nitrogen limitation. In a Free atmospheric CO2 Enrichment (FACE) experiment near Bangor, Wales, 4 ambient CO2 and 4 FACE plots were planted with patches of Betula pendula, Alnus glutinosa and Fagus sylvatica on a former arable field. Four years after establishment, only a shallow L forest floor litter layer had formed due to intensive bioturbation. Total soil C and N contents increased irrespective of treatment and species as a result of afforestation. We could not detect an additional C sink in the soil, nor were soil C stabilization processes affected by FACE. We observed a decrease of leaf N content in Betula and Alnus under FACE, while the soil C/N ratio decreased regardless of CO2 treatment. The ratio of N taken up from the soil and by N2-fixation in Alnus was not affected by FACE. We infer that increased nitrogen use efficiency is the mechanism by which increased NPP is sustained under elevated CO2 at this site.

JULES-crop: a parametrisation of crops in the Joint UK Land Environment Simulator

Studies of climate change impacts on the terrestrial biosphere have been completed without recognition of the integrated nature of the biosphere. Improved assessment of the impacts of climate change on food and water security requires the development and use of models not only representing each component but also their interactions. To meet this requirement the Joint UK Land Environment Simulator (JULES) land surface model has been modified to include a generic parametrisation of annual crops. The new model, JULES-crop, is described and evaluation at global and site levels for the four globally important crops; wheat, soybean, maize and rice. JULES-crop demonstrates skill in simulating the inter-annual variations of yield for maize and soybean at the global and country levels, and for wheat for major spring wheat producing countries. The impact of the new parametrisation, compared to the standard configuration, on the simulation of surface heat fluxes is largely an alteration of the partitioning between latent and sensible heat fluxes during the later part of the growing season. Further evaluation at the site level shows the model captures the seasonality of leaf area index, gross primary production and canopy height better than in the standard JULES. However, this does not lead to an improvement in the simulation of sensible and latent heat fluxes. The performance of JULES-crop from both an Earth system and crop yield model perspective is encouraging. However, more effort is needed to develop the parametrisation of the model for specific applications. Key future model developments identified include the introduction of processes such as irrigation and nitrogen limitation which will enable better representation of the spatial variability in yield.

Influência do estresse nutricional programado na composição da microalga isochrysis galbana

Global warming due to Greenhouse Gases (GHG) emissions, especially CO2, has been identified as one of the major problems of the twenty-first century, considering the consequences that could represent to planet. Currently, biological processes have been mentioned as a possible solution, especially CO2 biofixation due to association microalgae growth. This strategy has been emphasized as in addition to CO2 mitigation, occurs the production of biomass rich in compounds of high added value. The Microalgae show high photosynthetic capacity and growth rate higher than the superior plants, doubling its biomass in one day. Its culture does not show seasons, they grow in salt water and do not require irrigation, herbicides or pesticides. The lipid content of these microorganisms, depending on the species, may range from 10 to 70% of its dry weight, reaching 90% under certain culture conditions. Studies indicate that the most effective method to promote increased production of lipids in microalgae is to induce stress by limiting nitrogen content in the culture medium. These evidences justify research continuing the production of biofuels from microalgae. In this paper, it was studied the strategy of increasing the production of lipids in microalgae I. galbana with programmed nutritional stress, due to nitrogen limitation. The physiological responses of microalgae, grown in f / 2 with different concentrations of nitrogen (N: P 15,0-control, N: 5,0 P and N: P 2,5) were monitored. During exponential phase, results showed invariability in the studied conditions. However the cultures subjected to stress in stationary phase, showed lower biomass yields. There was an increase of 32,5% in carbohydrate content and 87.68% in lipids content at N: P ratio of 5,0 and an average decrease of 65% in protein content at N: P ratios of 5, 0 and 2.5. There were no significant variations in ash content, independently of cultivation and growth phase. Despite the limitation of biomass production in cultures with N: P smaller ratios, the increase of lipid accumulation highest lipids yields were observed as compared to the control culture. Given the increased concentration of lipids associated to stress, this study suggests the use of microalgae Isochrysis galbana as an alternative raw material for biofuel production

Proteína e qualidade de sementes de feijão (Phaseolus vulgaris L.) em função da adubação nitrogenada em plantio direto

Nitrogen limitation in the common bean (Phaseolus vulgaris L.) produces reduced productivity and seeds with low protein content and physiological quality. We assessed the effects of nitrogen fertilizer side dressing on the protein content and physiological quality of the seeds of P. vulgaris L. cultivars (cv.) IPR Juriti and Pérola grown in plots (soil type = Dystrophic Red Latosol) using a no-tillage system under a thick mulch of millet residues at the Experimental Station of UNESP-Ilha Solteira campus, located in Selvíria, MS (Köppen climate type = Aw) during autumn (March/June) and winter (June/September) 2005. For each cultivar, a randomized block experimental design was used with four replicates and factorially arranged treatments equivalent to 0, 30, 60, 90 and 120 kg.ha-1 added nitrogen (as urea, containing 45% of N) applied as a side dressing during the V4-3 and V4-6 phenological stage corresponding to the 3rd and 6th completely opened trifoliolate leaf on the main stem. Supplementation with up to 120 kg.ha-1 nitrogen promoted a greater increase in crude protein at V4-3 (unsupplemented = 17.6% and 16.3%; 120 kg.ha-1 N = 24.1% and 22.3% for cv. IPR Juriti and Pérola, respectively) than at V4-6 (unsupplemented = 19.2% and 18.3%; 120 kg.ha-1 N = 21.3% and 20.3% for cv. IPR Juriti and Pérola, respectively). About 90% of the crude protein from cv. IPR Juriti was composed of soluble protein compared to 72% for the cv. Pérola. Albumins and globulins represented about 80% of the soluble protein and prolamins were lower at 0.6%. In conclusion, nitrogen fertilization up to 120 kg.ha-1 applied as a side dressing at the V4-3 phenological stage in no-tillage under a thick mulch of millet promoted a greater increase of crude protein in common bean seeds than at the V4-6 stage. The highest accumulation of soluble protein occurred at 90 kg.ha-1 applied nitrogen without having a significant influence on the physiological quality of the seeds.

Plankton biomass, POC and PON concentrations, and sinking velocities during the 2008 spring diatom bloom in Disko Bay

Phytoplankton and copepod succession was investigated in Disko Bay, western Greenland from February to July 2008. The spring phytoplankton bloom developed immediately after the breakup of sea ice and reached a peak concentration of 24 mg chl a/m**3 2 wk later. The bloom was analyzed during 3 phases: the developing, the decaying, and the post-bloom phases. Grazing impact by the copepod community was assessed by 4 methods; gut fluorescence, in situ faecal pellet production, and egg and faecal pellet production from bottle incubations. Calanus spp. dominated the mesozooplankton community. They were present from the initiation of the bloom but only had a small grazing impact on the phytoplankton. Consequently, there was a close coupling between the spring phytoplankton bloom and sedimentation of particulate organic carbon (POC). Out of 1836 ±180 mg C/m**2/d leaving the upper 50 m, 60 % was phytoplankton based carbon (PPC). The composition and quality of the sedimenting material changed throughout the bloom succession from PPC dominance in the initial phase with a POC/PON ratio close to 6.6 to a dominance of amorphous detritus with a higher POC/PON ratio (>10) in the post-bloom phase. The succession and fate of the phytoplankton spring bloom was controlled by nitrogen limitation and subsequent sedimentation, while grazing-mediated flux by the Calanus-dominated copepod community played a minor role in the termination of the spring bloom of Disko Bay.

Seawater carbonate chemistry and processes during experiments with Emiliania huxleyi (TW1), 2003

Precipitation of calcium carbonate by phytoplankton in the photic oceanic layer is an important process regulating the carbon cycling and the exchange of CO2 at the ocean-atmosphere interface. Previous experiments have demonstrated that, under nutrient-sufficient conditions, doubling the partial pressure of CO2 (pCO2) in seawater-a likely scenario for the end of the century-can significantly decrease both the rate of calcification by coccolithophorids and the ratio of inorganic to organic carbon production. The present work investigates the effects of high pCO2 on calcification by the coccolithophore Emiliania huxleyi (Strain TW1) grown under nitrogen-limiting conditions, a situation that can also prevail in the ocean. Nitrogen limitation was achieved in NO3-limited continuous cultures renewed at the rate of 0.5 d-1 and exposed to a saturating light level. pCO2 was increased from 400 to 700 ppm and controlled by bubbling CO2-rich or CO2-free air into the cultures. The pCO2 shift has a rapid effect on cell physiology that occurs within 2 cell divisions subsequent to the perturbation. Net calcification rate (C) decreased by 25% and, in contrast to previous studies with N-replete cultures, gross community production (GCP) and dark community respiration (DCR) also decreased. These results suggest that increasing pCO2 has no noticeable effect on the calcification/photosynthesis ratio (C/P) when cells of E. huxleyi are NO3-limited.

Expression of the Anabaena hetR gene from a copper-regulated promoter leads to heterocyst differentiation under repressing conditions

Heterocyst differentiation in the filamentous cyanobacterium Anabaena PCC 7120 requires a functional hetR gene. Increased expression of the hetR gene is seen in developing and mature heterocysts in response to fixed nitrogen limitation. We mapped four likely transcriptional start sites for hetR and identified a specific transcript that is positively autoregulated. By using the copper-responsive petE promoter from Anabaena PCC 7120 to drive hetR expression, we show that ectopic expression of hetR increases heterocyst frequency and induces heterocyst differentiation under fully repressing conditions. Coexpression of a reporter gene shows that expression from the petE promoter is smoothly induced depending on the amount of copper supplied. In the heterocyst pattern mutant PatA, where terminally positioned heterocysts are formed almost exclusively, expression of the petE∷hetR fusion does not result in the formation of intercalary heterocysts. These results suggest that although the intracellular concentration of HetR has to be elevated for the differentiation decision, PatA plays a role as well. This role may be in the form of posttranslational modification of HetR, because PatA is a member of the response regulator family of proteins.

Muc1, a mucin-like protein that is regulated by Mss10, is critical for pseudohyphal differentiation in yeast.

Pseudohyphal differentiation in Saccharomyces cerevisiae was first described as a response of diploid cells to nitrogen limitation. Here we report that haploid and diploid starch-degrading S. cerevisiae strains were able to switch from a yeast form to a filamentous pseudohyphal form in response to carbon limitation in the presence of an ample supply of nitrogen. Two genes, MSS10 and MUC1, were cloned and shown to be involved in pseudohyphal differentiation and invasive growth. The deletion of MSS10 resulted in extremely reduced amounts of pseudohyphal differentiation and invasive growth, whereas the deletion of MUC1 abolished pseudohyphal differentiation and invasive growth completely. Mss10 appears to be a transcriptional activator that responds to nutrient limitation and coregulates the expression of MUC1 and the STA1-3 glucoamylase genes, which are involved in starch degradation. MUC1 encodes a 1367-amino acid protein, containing several serine/threonine-rich repeats. Muc1 is a putative integral membrane-bound protein, similar to mammalian mucin-like membrane proteins that have been implicated to play a role in the ability of cancer cells to invade other tissues.

Data compilation on the biological response to ocean acidification: environmental and experimental context of data sets and related literature

The exponential growth of studies on the biological response to ocean acidification over the last few decades has generated a large amount of data. To facilitate data comparison, a data compilation hosted at the data publisher PANGAEA was initiated in 2008 and is updated on a regular basis (doi:10.1594/PANGAEA.149999). By January 2015, a total of 581 data sets (over 4 000 000 data points) from 539 papers had been archived. Here we present the developments of this data compilation five years since its first description by Nisumaa et al. (2010). Most of study sites from which data archived are still in the Northern Hemisphere and the number of archived data from studies from the Southern Hemisphere and polar oceans are still relatively low. Data from 60 studies that investigated the response of a mix of organisms or natural communities were all added after 2010, indicating a welcomed shift from the study of individual organisms to communities and ecosystems. The initial imbalance of considerably more data archived on calcification and primary production than on other processes has improved. There is also a clear tendency towards more data archived from multifactorial studies after 2010. For easier and more effective access to ocean acidification data, the ocean acidification community is strongly encouraged to contribute to the data archiving effort, and help develop standard vocabularies describing the variables and define best practices for archiving ocean acidification data.

Nitrate metabolism in the dinoflagellate Lingulodinium polyedrum

Les dinoflagellés sont des eucaryotes unicellulaires retrouvés dans la plupart des écosystèmes aquatiques du globe. Ces organismes amènent une contribution substantielle à la production primaire des océans, soit en tant que membre du phytoplancton, soit en tant que symbiontes des anthozoaires formant les récifs coralliens. Malheureusement, ce rôle écologique majeur est souvent négligé face à la capacité de certaines espèces de dinoflagellés à former des fleurs d'eau, parfois d'étendue et de durée spectaculaires. Ces floraisons d'algues, communément appelées "marées rouges", peuvent avoir de graves conséquences sur les écosystèmes côtiers, sur les industries de la pêche et du tourisme, ainsi que sur la santé humaine. Un des facteurs souvent corrélé avec la formation des fleurs d'eau est une augmentation dans la concentration de nutriments, notamment l’azote et le phosphore. Le nitrate est un des composants principaux retrouvés dans les eaux de ruissellement agricoles, mais également la forme d'azote bioaccessible la plus abondante dans les écosystèmes marins. Ainsi, l'agriculture humaine a contribué à magnifier significativement les problèmes associés aux marées rouges au niveau mondial. Cependant, la pollution ne peut pas expliquer à elle seule la formation et la persistance des fleurs d'eau, qui impliquent plusieurs facteurs biotiques et abiotiques. Il est particulièrement difficile d'évaluer l'importance relative qu'ont les ajouts de nitrate par rapport à ces autres facteurs, parce que le métabolisme du nitrate chez les dinoflagellés est largement méconnu. Le but principal de cette thèse vise à remédier à cette lacune. J'ai choisi Lingulodinium polyedrum comme modèle pour l'étude du métabolisme du nitrate, parce que ce dinoflagellé est facilement cultivable en laboratoire et qu'une étude transcriptomique a récemment fourni une liste de gènes pratiquement complète pour cette espèce. Il est également intéressant que certaines composantes moléculaires de la voie du nitrate chez cet organisme soient sous contrôle circadien. Ainsi, dans ce projet, j'ai utilisé des analyses physiologiques, biochimiques, transcriptomiques et bioinformatiques pour enrichir nos connaissances sur le métabolisme du nitrate des dinoflagellés et nous permettre de mieux apprécier le rôle de l'horloge circadienne dans la régulation de cette importante voie métabolique primaire. Je me suis tout d'abord penché sur les cas particuliers où des floraisons de dinoflagellés sont observées dans des conditions de carence en azote. Cette idée peut sembler contreintuitive, parce que l'ajout de nitrate plutôt que son épuisement dans le milieu est généralement associé aux floraisons d'algues. Cependant, j’ai découvert que lorsque du nitrate était ajouté à des cultures initialement carencées ou enrichies en azote, celles qui s'étaient acclimatées au stress d'azote arrivaient à survivre près de deux mois à haute densité cellulaire, alors que les cellules qui n'étaient pas acclimatées mourraient après deux semaines. En condition de carence d'azote sévère, les cellules arrivaient à survivre un peu plus de deux semaines et ce, en arrêtant leur cycle cellulaire et en diminuant leur activité photosynthétique. L’incapacité pour ces cellules carencées à synthétiser de nouveaux acides aminés dans un contexte où la photosynthèse était toujours active a mené à l’accumulation de carbone réduit sous forme de granules d’amidon et corps lipidiques. Curieusement, ces deux réserves de carbone se trouvaient à des pôles opposés de la cellule, suggérant un rôle fonctionnel à cette polarisation. La deuxième contribution de ma thèse fut d’identifier et de caractériser les premiers transporteurs de nitrate chez les dinoflagellés. J'ai découvert que Lingulodinium ne possédait que très peu de transporteurs comparativement à ce qui est observé chez les plantes et j'ai suggéré que seuls les membres de la famille des transporteurs de nitrate de haute affinité 2 (NRT2) étaient réellement impliqués dans le transport du nitrate. Le principal transporteur chez Lingulodinium était exprimé constitutivement, suggérant que l’acquisition du nitrate chez ce dinoflagellé se fondait majoritairement sur un système constitutif plutôt qu’inductible. Enfin, j'ai démontré que l'acquisition du nitrate chez Lingulodinium était régulée par la lumière et non par l'horloge circadienne, tel qu'il avait été proposé dans une étude antérieure. Finalement, j’ai utilisé une approche RNA-seq pour vérifier si certains transcrits de composantes impliquées dans le métabolisme du nitrate de Lingulodinium étaient sous contrôle circadien. Non seulement ai-je découvert qu’il n’y avait aucune variation journalière dans les niveaux des transcrits impliqués dans le métabolisme du nitrate, j’ai aussi constaté qu’il n’y avait aucune variation journalière pour n’importe quel ARN du transcriptome de Lingulodinium. Cette découverte a démontré que l’horloge de ce dinoflagellé n'avait pas besoin de transcription rythmique pour générer des rythmes physiologiques comme observé chez les autres eukaryotes.

Cultivo de microalgas para produção de biossurfactantes

Há uma crescente procura por alimentos mais saudáveis e seguros para atender uma população cada vez maior e mais exigente. Nos últimos anos o interesse por surfactantes de origem microbiana tem aumentado significativamente em decorrência de serem naturalmente biodegradáveis diminuindo assim o impacto ambiental. Uma grande variedade de microorganismos produz biossurfactantes, sendo que o tipo, a quantidade e a qualidade do biossurfactante são influenciados pelos constituintes do meio, tais como, fontes de carbono, nitrogênio e sais inorgânicos, além das condições de cultivo, como pH, temperatura, agitação e disponibilidade de oxigênio. Os biossurfactantes são metabólitos microbianos de superfície ativa que apresentam uma vasta aplicação no setor industrial. Os objetivos deste trabalho foram selecionar microalgas com potencial para produzir biossurfactantes e estudar a produção por microalgas em diferentes fotobiorreatores e condições nutricionais. O trabalho foi dividido em quatro etapas: 1) cultivo autotrófico e mixotrófico de microalgas para produção de biossurfactantes; 2) Seleção de microalgas para produção de biossurfactantes; 3) Produção de biossurfactantes por microalgas em diferentes fotobiorreatores e 4) Cultivo outdoor da microalga marinha Tetraselmis suecica OR para produção de biossurfactantes. Na primeira etapa Spirulina sp. LEB-18, Synechococcus nidulans LEB-25, Chlorella vulgaris LEB-106, Chlorella minutissima LEB-108 e Chlorella homosphaera foram cultivadas com glicose (cultivo mixotrófico). Spirulina sp. LEB-18 apresentou concentrações máximas de biomassa (2,55 g.L-1 ) quando foi utilizada 5 g.L-1 de glicose no meio de cultivo. A tensão superficial dos meios das microalgas foi reduzida de 70 para 43 mN.m-1 para as microalgas estudadas utilizando glicose como fonte de carbono. Resultados da segunda etapa mostraram que a microalga Scenedesmus sp. 3PAV3 apresentou valor de atividade emulsificante óleo em água (AE o/a) superior (339,8 UE.g-1 ) ao encontrado para as demais microalgas. Os menores valores de tensões superficiais variaram de 27,4 a 31,2 mN.m-1 . Na terceira etapa verificou-se que a microalga Chlorella sp. PROD1 apresentou valor de AE o/a semelhante (258,2 UE g -1 ) ao encontrado para o emulsificante comercial lecitina de soja (257,0 UE g -1 ) e ambas as microalgas estudadas alcançaram valores de tensões superficiais abaixo de 30 mN.m -1 . Na última etapa, Tetraselmis suecica OR cultivada em fotobiorreator do tipo Green Wall Panel apresentou menores valores de tensões superficiais para cultura com limitação de nitrogênio. Os resultados demonstraram a potencialidade das microalgas estudadas na produção de biossurfactantes, tanto pela redução da tensão superficial e interfacial, como pelo aumento da atividade emulsificante, confirmando uma possível aplicação como emulsificante, detergente, lubrificante, estabilizante, entre outras.

Nitrate metabolism in the dinoflagellate Lingulodinium polyedrum

Les dinoflagellés sont des eucaryotes unicellulaires retrouvés dans la plupart des écosystèmes aquatiques du globe. Ces organismes amènent une contribution substantielle à la production primaire des océans, soit en tant que membre du phytoplancton, soit en tant que symbiontes des anthozoaires formant les récifs coralliens. Malheureusement, ce rôle écologique majeur est souvent négligé face à la capacité de certaines espèces de dinoflagellés à former des fleurs d'eau, parfois d'étendue et de durée spectaculaires. Ces floraisons d'algues, communément appelées "marées rouges", peuvent avoir de graves conséquences sur les écosystèmes côtiers, sur les industries de la pêche et du tourisme, ainsi que sur la santé humaine. Un des facteurs souvent corrélé avec la formation des fleurs d'eau est une augmentation dans la concentration de nutriments, notamment l’azote et le phosphore. Le nitrate est un des composants principaux retrouvés dans les eaux de ruissellement agricoles, mais également la forme d'azote bioaccessible la plus abondante dans les écosystèmes marins. Ainsi, l'agriculture humaine a contribué à magnifier significativement les problèmes associés aux marées rouges au niveau mondial. Cependant, la pollution ne peut pas expliquer à elle seule la formation et la persistance des fleurs d'eau, qui impliquent plusieurs facteurs biotiques et abiotiques. Il est particulièrement difficile d'évaluer l'importance relative qu'ont les ajouts de nitrate par rapport à ces autres facteurs, parce que le métabolisme du nitrate chez les dinoflagellés est largement méconnu. Le but principal de cette thèse vise à remédier à cette lacune. J'ai choisi Lingulodinium polyedrum comme modèle pour l'étude du métabolisme du nitrate, parce que ce dinoflagellé est facilement cultivable en laboratoire et qu'une étude transcriptomique a récemment fourni une liste de gènes pratiquement complète pour cette espèce. Il est également intéressant que certaines composantes moléculaires de la voie du nitrate chez cet organisme soient sous contrôle circadien. Ainsi, dans ce projet, j'ai utilisé des analyses physiologiques, biochimiques, transcriptomiques et bioinformatiques pour enrichir nos connaissances sur le métabolisme du nitrate des dinoflagellés et nous permettre de mieux apprécier le rôle de l'horloge circadienne dans la régulation de cette importante voie métabolique primaire. Je me suis tout d'abord penché sur les cas particuliers où des floraisons de dinoflagellés sont observées dans des conditions de carence en azote. Cette idée peut sembler contreintuitive, parce que l'ajout de nitrate plutôt que son épuisement dans le milieu est généralement associé aux floraisons d'algues. Cependant, j’ai découvert que lorsque du nitrate était ajouté à des cultures initialement carencées ou enrichies en azote, celles qui s'étaient acclimatées au stress d'azote arrivaient à survivre près de deux mois à haute densité cellulaire, alors que les cellules qui n'étaient pas acclimatées mourraient après deux semaines. En condition de carence d'azote sévère, les cellules arrivaient à survivre un peu plus de deux semaines et ce, en arrêtant leur cycle cellulaire et en diminuant leur activité photosynthétique. L’incapacité pour ces cellules carencées à synthétiser de nouveaux acides aminés dans un contexte où la photosynthèse était toujours active a mené à l’accumulation de carbone réduit sous forme de granules d’amidon et corps lipidiques. Curieusement, ces deux réserves de carbone se trouvaient à des pôles opposés de la cellule, suggérant un rôle fonctionnel à cette polarisation. La deuxième contribution de ma thèse fut d’identifier et de caractériser les premiers transporteurs de nitrate chez les dinoflagellés. J'ai découvert que Lingulodinium ne possédait que très peu de transporteurs comparativement à ce qui est observé chez les plantes et j'ai suggéré que seuls les membres de la famille des transporteurs de nitrate de haute affinité 2 (NRT2) étaient réellement impliqués dans le transport du nitrate. Le principal transporteur chez Lingulodinium était exprimé constitutivement, suggérant que l’acquisition du nitrate chez ce dinoflagellé se fondait majoritairement sur un système constitutif plutôt qu’inductible. Enfin, j'ai démontré que l'acquisition du nitrate chez Lingulodinium était régulée par la lumière et non par l'horloge circadienne, tel qu'il avait été proposé dans une étude antérieure. Finalement, j’ai utilisé une approche RNA-seq pour vérifier si certains transcrits de composantes impliquées dans le métabolisme du nitrate de Lingulodinium étaient sous contrôle circadien. Non seulement ai-je découvert qu’il n’y avait aucune variation journalière dans les niveaux des transcrits impliqués dans le métabolisme du nitrate, j’ai aussi constaté qu’il n’y avait aucune variation journalière pour n’importe quel ARN du transcriptome de Lingulodinium. Cette découverte a démontré que l’horloge de ce dinoflagellé n'avait pas besoin de transcription rythmique pour générer des rythmes physiologiques comme observé chez les autres eukaryotes.

Allocation du carbone et métabolisme azoté chez l'haptophyte Tisochrysis lutea

The aim of this thesis is to improve knowledge on mechanisms involved in the response to nitrogen limitation and in lipid accumulation in the microalgae haptophyte Tisochrysis lutea. The wild type strain and a lipid accumulating mutant strain were grown under different nitrogen limitation and starvation and analyzed by functional genomics. Four genes of high-affinity nitrate/nitrite transporter (Nrt2) were identified and characterized to reveal the mechanisms involved in mineral absorption in this species. Transcriptomes of both strains were sequenced and proteins affected by nitrogen starvation and differentially expressed between the two strains were identified. We so identified the functions regulated by nitrogen deficiency and potentially involved in the accumulation of storage lipids. The responses of both strains to thin variations of nitrogen limitation were studied. The results of high-throughput proteomic analyzes suggest that the lipid-accumulation in the mutant strain is the result of carbon metabolism impacted overall, this spurred on signaling mechanisms. Two proteins have been studied since probably involved in carbon and nitrogen remobilization from amino acids catabolism during nitrogen limitation. This work increases knowledge on haptophytes, and brings assumptions on metabolic key involved in nitrogen limitation and carbon allocation in microalgae.