Thèse Vers une Compréhension de la Résilience des Microalgues Face aux Environnements Dépourvus d'Oxygène H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Montpellier École doctorale : GAIA - Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau Laboratoire de recherche : MARBEC - Biodiversité Marine, Exploitation et Conservation Direction de la thèse : Ariane ATTEIA ORCID 0000000153029550 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-07T23:59:59 Dans les écosystèmes aquatiques, les algues unicellulaires jouent un rôle central dans la production primaire. Grâce à la photosynthèse oxygénique, les microalgues produisent de l'O et synthétisent des composés organiques à partir de constituants inorganiques en utilisant la lumière comme source d'énergie. Les microalgues sont généralement associées à des milieux oxygénés, et la plupart des travaux de recherche sur ces organismes portent sur les processus photosynthétiques et leurs capacités métaboliques en conditions aérobies. Cependant, les microalgues sont fréquemment confrontées à des environnements où l'O dissous est faible, voire absent, tels les sédiments et les zones de forte décomposition de la matière organique. Malgré la fréquence des épisodes d'hypoxie et d'anoxie dans les milieux aquatiques, les capacités métaboliques anaérobies des microalgues sont peu étudiées. Le projet vise à mieux comprendre la résilience des microalgues dans les environnements anoxiques, en se concentrant sur trois objectifs principaux : i) cartographier la distribution des gènes et des voies métaboliques anaérobies parmi la diversité taxonomique des microalgues par l'analyse de données génomiques; ii) décrypter les réponses métaboliques des microalgues modèles aux traitements anoxiques par une approche alliant suivis écophysiologiques et protéomique comparative; iii) révéler la diversité cachée des microalgues et l'activité anaérobie associée à l'aide de l'ADN environnemental et de la transcriptomique. Ce projet permettra de mieux comprendre comment l'anoxie influence la diversité et l'écologie des microalgues. Microalgae represent a uniquely and spectacularly diverse group of unicellular eukaryotes, having evolved from primary endosymbiosis and multiple secondary endosymbiotic events (Keeling et al. 2010). Microalgae are primarily associated to oxygenated environments and consequently, most research studies on algal physiology and fitness focus on the photosynthetic and aerobic respiratory metabolisms. However, microalgae are encountered in diverse O2-deprived environments, including sediments and water bodies rich in organic matter. The metabolic strategies used by microalgae to withstand O2-deprived conditions remain poorly investigated. As a result, our knowledge is patchy, largely based on studies carried out on a few species that can be cultivated in the lab. First insights into the anaerobic abilities of Chlorophytes (green algae) were obtained more than 70 years ago. Among Chlorophytes, C. reinhardtii, an invaluable model organism for the study of life cycle and photosynthetic processes (Rochaix 2023), has become a model organism for the study of algal anaerobic metabolism (Posewitz et al. 2023). In the C. reinhardtii genome, an extended repertoire of genes for anaerobic enzymes was uncovered, resembling that found in a number of (strict or facultative) anaerobic bacteria (Atteia et al. 2006, 2013). Twenty years of intense research on the enzymes and their regulation has led to a fine characterization of the fermentative enzymes and their integration in the metabolic network of the photosynthetic alga (van Lis et al. 2013; 2017; Posewitz et al. 2023). Regarding diatoms, it has been observed that some species remain viable for months to decades in dark, anoxic sediment layers (Härnström et al. 2011; Kamp et al. 2011). Field and lab studies indicate these diatoms, as Halamphora coffeaformis and Skeletonema marinoi, use intracellular nitrate pools to support anaerobic survival and metabolism under conditions of low or no oxygen. Vacuolar nitrate stores support Dissimilatory Nitrate Reduction to Ammonium (DNRA), a process in which nitrate is anaerobically reduced to ammonium (Kamp et al. 2015). The metabolic components at the base of DNRA in diatoms remain to be identified.
The availability of algal genome sequences is increasing rapidly (Hanschen and Shawn 2020). Genome exploration for C. reinhardtii-like fermentative enzymes indicates their presence in a panel of freshwater and marine species. The extent of the inferred anaerobic repertoire seems to be species-dependent, which might possibly be linked to the niches occupied.
The study of microalgal anaerobic life has the potential to bridge fundamental ecology and cutting-edge biotechnology. The overall objective of the project is to reach a comprehensive understanding of microalgal resilience to anoxia, and to evaluate its potential to impact microalgal diversity from an ecological and biotechnological perspective. *Genome mining for anaerobic determinants in the algal taxonomic diversity. Using a bioinformatic approach, publicly available algal genomes will be searched using tBLASTN for enzymes potentially involved in anaerobic metabolism.
*Uncover anaerobic metabolic routes in a set of algal species carefully selected based on their environmental or biotechnological relevance. Algae will be cultured under aerobic and anerobic conditions. The responses to anoxia will be assessed through ecophysiological studies and comparative proteomics.
*Explore anoxic environments for viable microalgae. Marine and freshwater environments (sediments, water column) will be sampled. Insights into eukaryote microbial communities will be inferred from PCR amplification of nuclear rRNA operon and long read sequencing. In parallel, RNAs will be extracted, poly-A mRNA purified, and further sequenced.

Master 2 en écologie microbienne or science du vivant ;
Connaissances sur les microalgues et bactéries, le métabolisme.
Compétences en analyses et gestion de données.
Le candidat devra faire preuve d'une réelle motivation et d'un enthousiasme pour les activités de recherche expérimentale.