Tehokalastuksen vaikutukset Lappajärvessä : Kalastus elinkeinoksi Lappajärvellä -hankkeen vuosien 2001-2006 seurannan loppuraportti

Lappajärven, Etelä-Pohjanmaan suurimman järven, ekologinen tila on heikentynyt ja se luokitellaan nykyisin tyydyttäväksi. Rehevöityminen, 1990-luvun muikkukato ja yhteiskunnan rakennemuutos ovat vähentäneet kalastajien ja kalansaaliin määrää. Ammattikalastuksen edellytysten parantamiseksi toteutettiin vuosina 2001–2004 ”Kalastus elinkeinoksi Lappajärvellä” – hanke. Hankkeen vaikutuksia kalastoon ja järven ekosysteemiin seurattiin vuosina 2001–2006. Kokonaissaalis vuosina 2001–2004 oli 1655 tonnia (n. 29 kg/ha/vuosi). Vaikka saalistavoitetta (2100 tn) ei täysin saavutettu, oli hankkeella runsaasti myönteisiä, joskin osin vähäisiä tai epävarmoja vaikutuksia järven tilaan ja kalastoon. Kalastajien yksikkösaaliit etenkin kuhan ja isokokoisen ahvenen osalta nousivat hankkeen alussa. Loppuvuosina yksikkösaaliiden kehitys oli osittain ristiriitaista. Ulapan taloudellisesti vähempiarvoinen kalasto, varsinkin kuorekanta harveni selvästi. Muikku puolestaan lisääntyi ja pysyi runsaana. Kuhan ja isokokoisen ahvenen lisääntymistä selittivät pääosin lämpimät kesät ja kuhan onnistuneet istutukset. Petokalat, etenkin kuha, voivat osaltaan säädellä Lappajärven ulapan planktonsyöjäkalojen kantoja ja toisaalta estää särjen siirtymistä ulapalle. Tehokalastuksen loputtua alkoi näkyä merkkejä kalakantojen palautumisesta takaisin kohti lähtötilannetta. Rantavyöhykkeellä hankkeen vaikutukset jäivät selvästi vähäisemmiksi kuin ulapalla. Eläinplankton lisääntyi hieman ylemmissä vesikerroksissa, mutta tilanne alkoi palautua ennalleen hankkeen jälkeen. Sinileväkukinnot vaikuttivat vähentyneen hankkeen aikana, tosin kukintojen voimakas vaihtelu vaikeutti arviointia. Tehokalastus ja vesiensuojelun tehostuminen vähensivät fosforipitoisuuksia, tosin myös vähäsateiset vuodet vaikuttivat vähenemiseen. Pitoisuuksien lasku jatkui hankkeen jälkeen. Hanketta edeltänyt klorofyllipitoisuuksien kasvusuuntaus pysähtyi ja pitoisuustaso vakiintui. Tehokalastus pienensi klorofylli/fosfori-suhdetta ja vähensi sisäistä kuormitusta, mutta vaikutus alkoi heiketä hankkeen loputtua. Typpipitoisuuksiin, veden väriin tai näkösyvyyteen kalastus ei vaikuttanut. Tehokalastuksella voidaan parantaa Lappajärven tilaa, mutta kalastuksen on oltava jatkuvaa. Saalistavoitteeksi voisi riittää n. 20-30 kg/ha vuodessa, mutta samalla on jatkettava ulkoisen kuormituksen vähentämistä. Kalastuksen tulisi kohdistua arvokalojen lisäksi myös vähempiarvoisiin kalalajeihin ja samalla on tuettava petokalakantojen vahvistumista.

Planktic Cyanobacteria from São Paulo State, Brazil: Chroococcales

The biodiversity studies of planktic cyanobacteria started in 1997 with intensive collecting in different water bodies of São Paulo State. Due to the problems brougth by eutrophication and cyanobacterial blooms, the samplings were concentrated in reservoirs of Alto Tietê region that supply drinking water to millions of people. The samples were collected with 20 µm plankton net or Van Dorn's bottle. Part of each one was preserved in formaldehyde or lugol solution and part was isolated. The culture strains were kept in BG11 and/or AMS1 media. Based on natural and culture material, 26 species were identified belonging to the families Chroococcaceae (2 taxa), Merismopediaceae (12), Microcystaceae (7) and Synechococcaceae (5). Among these species, six are potentialy toxic: Aphanocapsa incerta (Lemmerm.) Cronberg & Komárek, Microcystis aeruginosa (Kütz.) Kütz., M. botrys Teiling, M. panniformis Komárek et al., M. wesenbergii (Komárek) Komárek, and Radiocystis fernandoi Komárek & Komár.-Legn. Bacularia and Coelosphaeriopsis are genera reported for the first time in Brazil.

Flowering phenology, seed set and arthropod guilds in Trichogoniopsis adenantha (DC) (Asteraceae) in south-east Brazil

and glades. This species blooms throughout the year, attracting arthropods of various guilds, including herbivores, pollinators and predators. In this study, done over a two year period, we described the phenology of T. adenantha and assessed the seasonal variation in arthropod numbers of different guilds. We also determined the periods of lowest and highest seed set. T. adenantha population showed a peak in flowering in March-April (rainy season) with greater production of achenes in December-April. April and October had respectively highest and lowest number of fertilized, undamaged ovules, and this pattern is possibly related with population dynamics of pollinators and herbivores. In August, which was the period of greatest damage to the stigma (by geometrid larvae), there was a positive relationship between the proportion of unfertilized ovules and flowers with damaged stigma, suggesting that floral herbivory may affect reproduction in T. adenantha. We discuss the complex dynamics of the beneficial and harmful interactions between arthropods and the host plant.

Planktic Cyanobacteria from upper Tietê basin reservoirs, SP, Brazil

Considering the great ecological and sanitary importance of the cyanobacteria and the need of detailed information about these organisms in Brazilian water bodies, the present study aims at contributing towards the knowledge of the cyanobacterial flora of five reservoirs belonging to the upper Tietê Basin, São Paulo: Billings, Guarapiranga, Jundiaí, Pirapora, Ponte Nova and Taiaçupeba. In the past several years, these reservoirs have been submitted to severe environmental deterioration and have repeatedly presented cyanobacterial blooms, including those of toxic species. The samples were collected between 1997 and 2003 either with plankton net (20 µm mesh) or van Dorn's bottle, and preserved with lugol solution or formaldehyde. Some species were isolated and maintained in culture. Forty-eight species of cyanobacteria were identified, with predominance of the order Chroococcales (58%), followed by the orders Oscillatoriales (21%) and Nostocales (21%). Among the 48 studied species, 17 (35%) were considered potentially toxic. The occurrence and biodiversity of the cyanobacteria in each reservoir depend on the environmental conditions. Among the five water bodies, Billings Reservoir presented the most adequate situation for the development of a greater number of species (34), probably due to its high pH values (around 8). Pirapora Reservoir on the other hand, with highest conductivity (445.0 µS cm-1) and lowest Secchi depth values (0.2 m), presented the lowest cyanobacterial biodiversity (14 species).

Cyanobacterial occurrence and detection of microcystin by planar chromatography in surface water of Billings and Guarapiranga Reservoirs, SP, Brazil

Billings and Guarapiranga Reservoirs were deeply affected by environmental disturbances, which more evident consequence are the cyanobacterial blooms. Microcystins are the most common cyanotoxin in freshwaters and more than 70 types are known. Different methods for microcystins analysis in water can be used, among which ELISA and HPLC are the most frequently employed. However, less sophisticated and more economic methods can also be used. This is the case of planar chromatography (thin-layer chromatography) method previously used in cyanotoxins purification but gradually replaced by others. Posterior optimization of the microcystin chromatography conditions and because of its simplicity, rapidity, efficiency and low cost, this method is again considered an option for the analysis of microcystins and nodularins. Considering the importance of Billings and Guarapiranga Reservoirs for drinking water supplies and the few scientific data about cyanobacteria and cyanotoxins in these water bodies, the aims of this work are to analyze the biodiversity of cyanobacteria in the Billings and Guarapiranga Reservoirs and the detection of dissolved microcystins in the water. It was possible to identify 17 species of cyanobacteria, 9 of them being potentially toxic. In Billings Reservoir Microcystis aeruginosa (Kützing) Kützing and Cylindrospermopsis raciborskii (Woloszynska) Seenayya & Subba Raju are the most common species, while in Guarapiranga Reservoir only M. aeruginosa was considered as a common species. Microcystins were detected in all Billings Reservoir samples and in only one sample from Guarapiranga Reservoir.

Cyanobacterial toxins in Portugal: effects on aquatic animals and risk for human health

Toxic cyanobacteria are common in Portuguese freshwaters and the most common toxins are microcystins. The occurrence of microcystin-LR (MCYST-LR) has been reported since 1990 and a significant number of water reservoirs that are used for drinking water attain high levels of this toxin. Aquatic animals that live in eutrophic freshwater ecosystems may be killed by microcystins but in many cases the toxicity is sublethal and so the animals can survive long enough to accumulate the toxins and transfer them along the food chain. Among these, edible mollusks, fish and crayfish are especially important because they are harvested and sold for human consumption. Mussels that live in estuarine waters and rivers where toxic blooms occur may accumulate toxins without many significant acute toxic effects. In this study data are presented in order to understand the dynamics of the accumulation and depuration of MCYST-LR in mussels. The toxin is readily accumulated and persists in the shellfish for several days after contact. In the crayfish the toxin is accumulated mainly in the gut but is also cleared very slowly. In carps, although the levels of the toxins found in naturally caught specimens were not very high, some toxin was found in the muscle and not only in the viscera. This raises the problem of the toxin accumulation by fish and possible transfer through the food chain. The data gathered from these experiments and from naturally caught specimens are analyzed in terms of risk for human consumption. The occurrence of microcystins in tap water and the incidence of toxic cyanobacteria in fresh water beaches in Portugal are reported. The Portuguese National Monitoring Program of cyanobacteria is mentioned and its implications are discussed.

Quantification of Toxin Biosynthesis Genes In Cyanobacteria and Dinoflagellates - Genetic Factors as Predictors of Toxin Production in the Environment

Harmful algal blooms (HABs) are events caused by the massive proliferation of microscopic, often photosynthetic organisms that inhabit both fresh and marine waters. Although HABs are essentially a natural phenomenon, they now cause worldwide concern. Recent anthropogenic effects, such as climate change and eutrophication via nutrient runoff, can be seen in their increased prevalence and severity. Cyanobacteria and dinoflagellates are often the causative organisms of HABs. In addition to adverse effects caused by the sheer biomass, certain species produce highly potent toxic compounds: hepatotoxic microcystins are produced exclusively by cyanobacteria and neurotoxic saxitoxins, also known as paralytic shellfish toxins (PSTs), by both cyanobacteria and dinoflagellates. Specific biosynthetic genes in the cyanobacterial genomes direct the production of microcystin and paralytic shellfish toxins. Recently also the first paralytic shellfish toxin gene sequences from dinoflagellate genomes have been elucidated. The public health risks presented by HABs are evident, but the monitoring and prediction of toxic events is challenging. Characterization of the genetic background of toxin biosynthesis, including that of microcystins and paralytic shellfish toxins, has made it possible to develop highly sensitive molecular tools which have shown promise in the monitoring and study of potentially toxic microalgae. In this doctoral work, toxin-specific genes were targeted in the developed PCR and qPCR assays for the detection and quantification of potentially toxic cyanobacteria and dinoflagellates in the environment. The correlation between the copy numbers of the toxin biosynthesis genes and toxin production were investigated to assess whether the developed methods could be used to predict toxin concentrations. The nature of the correlation between gene copy numbers and amount of toxin produced varied depending on the targeted gene and the producing organism. The combined mcyB copy numbers of three potentially microcystin-producing cyanobacterial genera showed significant positive correlation to the observed total toxin production. However, the presence of PST-specific sxtA, sxtG, and sxtB genes of cyanobacterial origin was found to be a poor predictor of toxin production in the studied area. Conversely, the dinoflagellate sxtA4 was a good qualitative indicator of a neurotoxic bloom both in the laboratory and in the field, and population densities reflected well the observed toxin concentrations. In conclusion, although the specificity of each potential targeted toxin biosynthesis gene must be assessed individually during method development, the results obtained in this doctoral study support the use of quantitative PCR -based approaches in the monitoring of toxic cyanobacteria and dinoflagellates.

Dynamic ecosystems under anthropogenic stress : how does macrotidal sandy fauna respond to green tides?

Highly dynamic systems, often considered as resilient systems, are characterised by abiotic and biotic processes under continuous and strong changes in space and time. Because of this variability, the detection of overlapping anthropogenic stress is challenging. Coastal areas harbour dynamic ecosystems in the form of open sandy beaches, which cover the vast majority of the world’s ice-free coastline. These ecosystems are currently threatened by increasing human-induced pressure, among which mass-development of opportunistic macroalgae (mainly composed of Chlorophyta, so called green tides), resulting from the eutrophication of coastal waters. The ecological impact of opportunistic macroalgal blooms (green tides, and blooms formed by other opportunistic taxa), has long been evaluated within sheltered and non-tidal ecosystems. Little is known, however, on how more dynamic ecosystems, such as open macrotidal sandy beaches, respond to such stress. This thesis assesses the effects of anthropogenic stress on the structure and the functioning of highly dynamic ecosystems using sandy beaches impacted by green tides as a study case. The thesis is based on four field studies, which analyse natural sandy sediment benthic community dynamics over several temporal (from month to multi-year) and spatial (from local to regional) scales. In this thesis, I report long-lasting responses of sandy beach benthic invertebrate communities to green tides, across thousands of kilometres and over seven years; and highlight more pronounced responses of zoobenthos living in exposed sandy beaches compared to semi-exposed sands. Within exposed sandy sediments, and across a vertical scale (from inshore to nearshore sandy habitats), I also demonstrate that the effects of the presence of algal mats on intertidal benthic invertebrate communities is more pronounced than that on subtidal benthic invertebrate assemblages, but also than on flatfish communities. Focussing on small-scale variations in the most affected faunal group (i.e. benthic invertebrates living at low shore), this thesis reveals a decrease in overall beta-diversity along a eutrophication-gradient manifested in the form of green tides, as well as the increasing importance of biological variables in explaining ecological variability of sandy beach macrobenthic assemblages along the same gradient. To illustrate the processes associated with the structural shifts observed where green tides occurred, I investigated the effects of high biomasses of opportunistic macroalgae (Ulva spp.) on the trophic structure and functioning of sandy beaches. This work reveals a progressive simplification of sandy beach food web structure and a modification of energy pathways over time, through direct and indirect effects of Ulva mats on several trophic levels. Through this thesis I demonstrate that highly dynamic systems respond differently (e.g. shift in δ13C, not in δ15N) and more subtly (e.g. no mass-mortality in benthos was found) to anthropogenic stress compared to what has been previously shown within more sheltered and non-tidal systems. Obtaining these results would not have been possible without the approach used through this work; I thus present a framework coupling field investigations with analytical approaches to describe shifts in highly variable ecosystems under human-induced stress.

Investigating Multiple-Choice Assessment: Secondary School Teachers' Perceptions and Practices

Multiple-choice assessment is used within nearly all levels of education and is often heavily relied upon within both secondary and postsecondary institutions in determining a student’s present and future success. Understanding why it is effective or ineffective, how it is developed, and when it is or is not used by teachers can further inform teachers’ assessment practices, and subsequently, improve opportunities for student success. Twenty-eight teachers from 3 secondary schools in southern Ontario were interviewed about their perceptions and use of multiple-choice assessment and participated in a single-session introductory workshop on this topic. Perceptions and practices were revealed, discussed, and challenged through the use of a qualitative research method and examined alongside existing multiple-choice research. Discussion centered upon participants’ perspectives prior to and following their participation in the workshop. Implications related to future assessment practices and research in this field of assessment were presented. Findings indicated that many teachers utilized the multiple-choice form of assessment having had very little teacher education coursework or inservice professional development in the use of this format. The findings also revealed that teachers were receptive to training in this area but simply had not been exposed to or been given the opportunity to further develop their understanding. Participants generally agreed on its strengths (e.g., objectivity) and weaknesses (e.g., development difficulty). Participants were particularly interested in the potential for this assessment format to assess different levels of cognitive difficulty (i.e., levels beyond remembering of Bloom’s revised taxonomy), in addition to its potential to perhaps provide equitable means for assessing students of varying cultures, disabilities, and academic streams.

Analyse quantitative des cyanotoxines d'eau douce par LDTD-APCI-MS/MS

Avec la hausse mondiale de la fréquence des floraisons de cyanobactéries (CB), dont certaines produisent des cyanotoxines (CT), le développement d’une méthode de détection/quantification rapide d’un maximum de CT s’impose. Cette méthode permettrait de faire un suivi quotidien de la toxicité de plans d’eau contaminés par des CB et ainsi d’émettre rapidement des avis d’alerte appropriés afin de protéger la santé publique. Une nouvelle technologie utilisant la désorption thermique induite par diode laser (LDTD) couplée à l’ionisation chimique sous pression atmosphérique (APCI) et reliée à la spectrométrie de masse en tandem (MS/MS) a déjà fait ses preuves avec des temps d'analyse de l’ordre de quelques secondes. Les analytes sont désorbés par la LDTD, ionisés en phase gazeuse par APCI et détectés par la MS/MS. Il n’y a donc pas de séparation chromatographique, et la préparation de l’échantillon avant l’analyse est minimale selon la complexité de la matrice contenant les analytes. Parmi les quatre CT testées (microcystine-LR, cylindrospermopsine, saxitoxine et anatoxine-a (ANA-a)), seule l’ANA-a a généré une désorption significative nécessaire au développement d’une méthode analytique avec l’interface LDTD-APCI. La forte polarité ou le poids moléculaire élevé des autres CT empêche probablement leur désorption. L’optimisation des paramètres instrumentaux, tout en tenant compte de l’interférence isobarique de l’acide aminé phénylalanine (PHE) lors de la détection de l’ANA-a par MS/MS, a généré une limite de détection d’ANA-a de l’ordre de 1 ug/L. Celle-ci a été évaluée à partir d’une matrice apparentée à une matrice réelle, démontrant qu’il serait possible d’utiliser la LDTD pour effectuer le suivi de l’ANA-a dans les eaux naturelles selon les normes environnementales applicables (1 à 12 ug/L). Il a été possible d’éviter l’interférence isobarique de la PHE en raison de sa très faible désorption avec l’interface LDTD-APCI. En effet, il a été démontré qu’une concentration aussi élevée que 500 ug/L de PHE ne causait aucune interférence sur le signal de l’ANA-a.

Le langage humain est-il une adaptation biologique? : un regard critique sur une explication adaptationniste

Pinker et Bloom (1990), deux représentants de la psychologie évolutionniste, soutiennent que le langage est une adaptation biologique ayant pour fonction la communication. Ils prétendent ainsi jeter un éclairage sur l’origine et l’évolution du langage. Le présent mémoire propose une analyse critique de leur argumentation, et ce, du point de vue de la philosophie de la biologie. D’une part, il tente de dissiper la confusion entourant la conception du langage adoptée par Pinker et Bloom, afin de mieux définir le trait censé constituer une adaptation biologique. Ce faisant, ce mémoire fait ressortir certains présupposés de leur conception du langage et en souligne l’aspect problématique. En ce sens, les concepts d’innéité, de modularité, de grammaire universelle et de systématicité sont abordés de façon critique. D’autre part, ce travail entend expliciter un concept clé de l’argumentation de Pinker et Bloom : celui d’adaptation. L’analyse montre que l’opposition entre adaptationnisme et anti-adaptationnisme tient, dans le cas présent, à une divergence quant à la façon de définir l’adaptation biologique. Une distinction importante doit être faite entre une adaptation résultant exclusivement de la sélection naturelle dans un contexte fonctionnel particulier et une adaptation qui n’exclut pas a priori d’autres facteurs évolutifs, dont l’exaptation. Dans la mesure où l’argumentation de Pinker et Bloom conduit à affirmer que le langage constitue une adaptation seulement au deuxième sens du terme, ce mémoire montre qu’ils ne sont pas à même de rendre compte de l’origine du langage.

Effet du développement résidentiel sur l'habitat et la distribution des macrophytes dans les lacs des Laurentides

L’effet du développement résidentiel des bassins versants sur l’habitat et la distribution des macrophytes dans le littoral de six lacs des Laurentides a été évalué à l’aide de carottes de sédiments et de quadrats. Le développement augmente la proportion de milieux déboisés ce qui réduit l’apport en débris de bois et augmente l’érosion et les apports de nutriments dans les sédiments du littoral. Les sédiments sont plus fins, plus denses et contiennent moins de matière organique. Ces changements favorisent les macrophytes en augmentant leur couverture dans les lacs développés. La présence d’espèces submergées de macrophytes est également favorisée au détriment des espèces à feuilles flottantes, plus caractéristiques des lacs moins développés. Même si la biomasse des macrophytes est limitée dans certains lacs, celle-ci augmente dans les lacs développés et montre des signes d’un effet tampon sur les apports de nutriments. Des quantités équivalentes à des valeurs entre 35 et 230% des apports annuels de phosphore et entre 79 et 659% des apports d’azote par les résidents ont été accumulées dans les tissus des macrophytes des lacs dont le bassin versant est très déboisé. Les sédiments s’enrichissent à la sénescence des macrophytes et contiennent alors plus de nutriments que la colonne d’eau et ce, pour tous les lacs. Une présence accrue d’espèces submergées et plus de nutriments dans les tissus des macrophytes des lacs développés, jumelés à l’absence de prolifération de phytoplancton malgré un plus grand apport de nutriments, laisse penser que les lacs des Laurentides sont en état d’eutrophisation précoce.

Régulation transcriptionnelle du gène de la protéine de liaison de la chlorophylle-a et de la péridinine chez le dinoflagellé Lingulodinium polyedrum

Les dinoflagellés jouent un rôle très important dans l’écologie des océans en y réalisant une grande partie de la production primaire, en formant une association symbiotique avec les coraux et en ayant la capacité de produire des fleurs d’algues potentiellement toxiques pour les communautés côtières humaines et animales. Malgré tout, la biologie moléculaire des dinoflagellés n’a que très peu été étudiée dans les dernières années, les connaissances de processus de base comme la régulation de la transcription y étant fortement limitées. Une tentative pour élucider ce mécanisme a été réalisée chez les dinoflagellés photosynthétiques Lingulodinium polyedrum et Amphidinium carterae. Une expérience d’induction de la transcription du gène de la Peridinin chlorophyll-a binding protein, le complexe majeur de collecte de lumière, a été réalisée par une baisse de l’intensité lumineuse et a montré une faible augmentation (moins de 2 fois) du transcrit à court et long terme. Des expériences de simple-hybride et de retard sur gel (EMSA) ont été faits pour identifier de potentielles interactions protéine-ADN dans la région intergénique du gène PCP organisé en tandem. Ces essais ont été infructueux pour identifier de telles protéines. Une analyse du transcriptome de L. polyedrum a été effectuée, montrant une importante sous-représentation de domaines de liaison à l’ADN classique (comme Heat-shock factor, bZIP ou Myb) et une surreprésentation du domaine d’origine bactérienne Cold shock en comparaison avec d’autres eucaryotes unicellulaires. Ce travail suggère que les mécanismes de régulation transcriptionnelle des dinoflagellés pourraient différer substantiellement de ceux des autres eucaryotes.

Rôle de l’azote dans la structure et la fonction des communautés de cyanobactéries toxiques

Dans cette étude de trois lacs sujets aux efflorescences de cyanobactéries, nous avons examiné la diversité des bactéries diazotrophes et des cyanobactéries toxiques. Nous avons tenté de définir les facteurs environnementaux influençant la composition des communautés phytoplanctoniques, la concentration ainsi que la composition des microcystines (MCs). Nous avons émis l’hypothèse que l’azote jouerait un rôle majeur dans le façonnement des communautés cyanobactériennes et influencerait la concentration et composition des MCs. Des concentrations de cette toxine ainsi que le gène mcyE codant pour l’enzyme microcystine synthétase ont été détectés à chaque échantillonnage dans tous les lacs. L’azote, particulièrement sous sa forme organique dissoute (AOD) ainsi que la température de l’eau étaient les facteurs environnementaux expliquant le mieux les concentrations des MCs, tandis que la biomasse de Microcystis spp. était globalement le meilleur prédicteur. Le gène nifH codant pour l’enzyme nitrogénase (fixation d’azote) a aussi été détecté dans chaque échantillon. Malgré les concentrations faibles en azote inorganique dissous (AID) et les densités importantes d’hétérocystes, aucun transcrits du gène n’a été détecté par réverse-transcription (RT-PCR), indiquant que la fixation d’azote n’avait pas lieu à des niveaux détectables au moment de l’échantillonnage. De plus, le pyroséquençage révèle que les séquences des gènes nifH et mcyE correspondaient à différents taxons, donc que les cyanobactéries n’avaient pas la capacité d’effectuer les deux fonctions simultanément.

Regulation of gene expression in the dinoflagellate Lingulodinium polyedrum

Les dinoflagellés sont des eucaryotes unicellulaires que l’on retrouve autant en eau douce qu’en milieu marin. Ils sont particulièrement connus pour causer des fleurs d’algues toxiques nommées ‘marée-rouge’, ainsi que pour leur symbiose avec les coraux et pour leur importante contribution à la fixation du carbone dans les océans. Au point de vue moléculaire, ils sont aussi connus pour leur caractéristiques nucléaires uniques, car on retrouve généralement une quantité immense d’ADN dans leurs chromosomes et ceux-ci sont empaquetés et condensés sous une forme cristalline liquide au lieu de nucléosomes. Les gènes encodés par le noyau sont souvent présents en multiples copies et arrangés en tandem et aucun élément de régulation transcriptionnelle, y compris la boite TATA, n’a encore été observé. L’organisation unique de la chromatine des dinoflagellés suggère que différentes stratégies sont nécessaires pour contrôler l’expression des gènes de ces organismes. Dans cette étude, j’ai abordé ce problème en utilisant le dinoflagellé photosynthétique Lingulodinium polyedrum comme modèle. L. polyedrum est d’un intérêt particulier, car il a plusieurs rythmes circadiens (journalier). À ce jour, toutes les études sur l’expression des gènes lors des changements circadiens ont démontrées une régulation à un niveau traductionnel. Pour mes recherches, j’ai utilisé les approches transcriptomique, protéomique et phosphoprotéomique ainsi que des études biochimiques pour donner un aperçu de la mécanique de la régulation des gènes des dinoflagellés, ceci en mettant l’accent sur l’importance de la phosphorylation du système circadien de L. polyedrum. L’absence des protéines histones et des nucléosomes est une particularité des dinoflagellés. En utilisant la technologie RNA-Seq, j’ai trouvé des séquences complètes encodant des histones et des enzymes modifiant les histones. L polyedrum exprime donc des séquences conservées codantes pour les histones, mais le niveau d’expression protéique est plus faible que les limites de détection par immunodétection de type Western. Les données de séquençage RNA-Seq ont également été utilisées pour générer un transcriptome, qui est une liste des gènes exprimés par L. polyedrum. Une recherche par homologie de séquences a d’abord été effectuée pour classifier les transcrits en diverses catégories (Gene Ontology; GO). Cette analyse a révélé une faible abondance des facteurs de transcription et une surprenante prédominance, parmi ceux-ci, des séquences à domaine Cold Shock. Chez L. polyedrum, plusieurs gènes sont répétés en tandem. Un alignement des séquences obtenues par RNA-Seq avec les copies génomiques de gènes organisés en tandem a été réalisé pour examiner la présence de transcrits polycistroniques, une hypothèse formulée pour expliquer le manque d’élément promoteur dans la région intergénique de la séquence de ces gènes. Cette analyse a également démontré une très haute conservation des séquences codantes des gènes organisés en tandem. Le transcriptome a également été utilisé pour aider à l’identification de protéines après leur séquençage par spectrométrie de masse, et une fraction enrichie en phosphoprotéines a été déterminée comme particulièrement bien adapté aux approches d’analyse à haut débit. La comparaison des phosphoprotéomes provenant de deux périodes différentes de la journée a révélée qu’une grande partie des protéines pour lesquelles l’état de phosphorylation varie avec le temps est reliées aux catégories de liaison à l’ARN et de la traduction. Le transcriptome a aussi été utilisé pour définir le spectre des kinases présentes chez L. polyedrum, qui a ensuite été utilisé pour classifier les différents peptides phosphorylés qui sont potentiellement les cibles de ces kinases. Plusieurs peptides identifiés comme étant phosphorylés par la Casein Kinase 2 (CK2), une kinase connue pour être impliquée dans l’horloge circadienne des eucaryotes, proviennent de diverses protéines de liaison à l’ARN. Pour évaluer la possibilité que quelques-unes des multiples protéines à domaine Cold Shock identifiées dans le transcriptome puissent moduler l’expression des gènes de L. polyedrum, tel qu’observé chez plusieurs autres systèmes procaryotiques et eucaryotiques, la réponse des cellules à des températures froides a été examinée. Les températures froides ont permis d’induire rapidement un enkystement, condition dans laquelle ces cellules deviennent métaboliquement inactives afin de résister aux conditions environnementales défavorables. Les changements dans le profil des phosphoprotéines seraient le facteur majeur causant la formation de kystes. Les phosphosites prédits pour être phosphorylés par la CK2 sont la classe la plus fortement réduite dans les kystes, une découverte intéressante, car le rythme de la bioluminescence confirme que l’horloge a été arrêtée dans le kyste.