Soutenance de thèse de Emily CHASE

Afin de mieux comprendre la diversité et le rôle des virus du phytoplancton, ce travail de thèse a été consacrée à l'étude d'un système de culture de microalgues à l'échelle industrielle, appelé lagune de culture intensifiée (HRAP pour “high rate algal pond” en anglais), situé à Palavas-les-Flots, France. L'objectif de l'étude était d'examiner les accidents de culture (c'est-à-dire les épisodes de mortalité massive des microalgues) survenant dans le HRAP, dont la cause est inconnue. Nous avons émis l'hypothèse que des virus de microalgues pourraient coexister avec les microalgues dans le HRAP, et par conséquent affecter la culture - au point de causer ou de contribuer à la mort des microalgues. Cette étude représente la première tentative d'exploration de la diversité virale dans un HRAP, en même temps que la collecte de données des hôtes potentiels grâce au métabarcodage 18S. L'étude cible l’ensemble des compartiments viraux à travers le séquençage des viromes d'ARN et d'ADN, ainsi que les populations potentielles de virus géants (Nucleocytoviricota). L’analyse bioinformatique des séquences a permis d’identifier des virus présents dans le HRAP, et la dynamique de leurs populations a été suivie par la méthode (RT)-qPCR sur une série d'échantillons d'eau prélevés sur deux ans de culture. Les viromes ont été utilisés pour identifier les virus putatifs des microalgues, en d'autres termes, des agents infectieux potentiels qui peuvent influencer la culture du HRAP et contribuer ou causer directement la mort des microalgues. Il s'agit d'acteurs clés tels que la famille Marnaviridae (Ordre des Picornavirales ; virus à ARN), les NCDLV de la famille Phycodnaviridae et de la famille Mimiviridae, un membre de la famille Lavidaviridae (c'est-à-dire un virophage), et les « polinton-like viruses » (PLVs), tous ayant des associations connues avec les microalgues. Une exploration approfondie de ces acteurs clés, les nouveaux virus putatifs du HRAP, est réalisée et des inférences sur les hôtes sont faites en utilisant les données du métabarcodage 18S, couplées aux données dynamiques de notre approche (RT)-qPCR. Les résultats sont un regard complet sur les virus du HRAP, en particulier les virus putatifs des microalgues, dans le contexte d'une culture à l'échelle industrielle et de sa maintenance. Le dernier chapitre de la thèse décrit une étude bioinfomatique des séquences génomiques d’algues vertes unicellulaires du genre Tetraselmis qui a permis d’identifier et de caractériser des formes virales intégrées (i.e., ADN viral inséré dans les chromosomes de l’algue) apparentées au virus Tsv-N1, aux PLVs mis en évidence dans le HRAP, aisni qu’au virus géant TetV-1. Cette analyse étend nos connaissances sur la diversité des virus des Tetraselmis et la complexité des interactions biologiques et évolutives entre ces partenaires.

In order to better understand the diversity and role of phytoplankton viruses through an innovative approach, this thesis is devoted to the study of an industrial scale microalgae culturing system, called a high rate algal pond (HRAP), situated in Palavas-les-Flots, France. The objective of the study was to investigate culture crashes (i.e. microalgae die-offs) occurring in the HRAP, of which the source is unknown. We hypothesized that microalgal viruses could be cultured alongside microalgae in the HRAP, and consequently would be affecting the culture – potentially to the point of causing or contributing to the microalgae die-offs to occur. The study presented a unique opportunity to explore the viral diversity of an HRAP, alongside host data collection through 18S metabarcoding. The study assessed the viral diversity in a virtually complete way by sequencing both RNA and DNA viromes, as well as potential giant virus (i.e. NCLDV) populations using methods to target each of these in laboratory and then through metagenomics. Using in silico (i.e. bioinformatics) efforts and analyses, putative viruses were identified in the HRAP, and tracked over a series of water samples taken over two years of culturing by (RT)-qPCR methods. Viromes were used to identify a number of putative viruses of microalgae, in other words, potential infectious agents that may influence the HRAP culture and contribute or directly cause the microalgae die offs. These include key players such as family Marnaviridae (Order Picornavirales; RNA viruses), NCDLVs of family Phycodnaviridae and family Mimiviridae, a member of family Lavidaviridae (i.e. a virophage), and polinton-like viruses, all with known associations to microalgae. An in-depth exploration of these key players, the novel putative viruses of the HRAP, is done and host inferences are made using 18S metabarcoding data, coupled with dynamics data from our (RT)-qPCR approach. The results are a comprehensive look at HRAP viruses, specifically putative microalgae viruses, in the context an industrial scale culture and its maintenance. The last chapter of the thesis describes a bioinformatic study of the genomic sequences of unicellular green algae of the genus Tetraselmis which allowed the identification and characterization of integrated viral forms (i.e., viral DNA inserted in the algal chromosomes) related to the Tsv-N1 virus, to the PLVs identified in the HRAP, and to the giant TetV-1 virus. This analysis extends our knowledge on the diversity of Tetraselmis viruses and the complexity of biological and evolutionary interactions between these partners.