Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Le charançon des céréales Sitophilus oryzae (Coléoptère, Curculionidae) héberge des bactéries symbiotiques (endocytobiotes) dans des cellules spécialisées appelées bactériocytes. Ces bactéries sont très intégrées dans le métabolisme de leur hôte et sont transmises d'une génération à l'autre par hérédité cytoplasmique. Dans la première partie de ce travail, l'analyse des séquences des gènes hsp10, hsp60 et rrs des endocytobiotes de S. oryzae nous a permis de montrer que ces bactéries symbiotiques appartiennent à la famille des Enterobacteriaceae et sont très proches d'Erwinia herbicola. La taille de leur génome a été estimée à 3,0 Mb par électrophorèse en champs pulsés, ce qui représente environ 60 % de la taille des génomes de la plupart des Enterobacteriaceae. Enfin, le taux de C+G de l'ADN des endocytobiotes a été estimé à 54 ± 2 % par chromatographie liquide à haute performance. Dans une deuxième partie, nous nous sommes attachés à la caractérisation d'éventuelles protéines d'interactions entre l'hôte et ses endocytobiotes. La comparaison des profils d'électrophorèse bidimensionnelle des souches symbiotique et aposymbiotique de S. oryzae a permis de révéler l'existence d'une protéine Hsp60 produite en quantité très importante par les endocytobiotes. En effet, l'expression de cette protéine paraît sélectivement induite lorsque les endocytobiotes sont dans les bactériocytes. La partie codante de l'opéron groE des endocytobiotes (codant les protéines Hsp10 et Hsp60) a finalement été séquencée et des expériences préliminaires sur la régulation de cet opéron en cas de stress thermique ont été réalisées. Cette étude moléculaire sur les relations hôte/endocytobiotes chez le charançon des céréales Sitophilus oryzae s'inscrit dans le cadre plus général de la théorie d'évolution par endosymbioses en série. Elle apporte quelques arguments supplémentaires montrant l'importance du rôle de la symbiose dans l'évolution des organismes.

Les différentes composantes des génomes et leur agencement sont issus de divers processus moléculaires. L'activité des éléments transposables (i.e. séquences d'ADN capables de se déplacer et se multiplier dans le génome) et l'augmentation du niveau de ploïdie (i.e. ensemble du nombre de chromosomes du noyau cellulaire) semblent avoir eu des rôles importants dans l'évolution de l'architecture des génomes des eucaryotes pluricellulaires. La polyploïdie se rencontre principalement chez les plantes mais elle se rencontre épisodiquement aussi dans des taxons animaux. De plus, plusieurs évènements de doublement de génome semblent avoir eu un impact sur la diversification des vertébrés. Les éléments transposables et la polyploïdie auraient des impacts non négligeables sur la diversification phénotypique des êtres vivants. Leur variation serait alors soumise à des processus sélectifs. Ces deux phénomènes pourraient interagir pour structurer les génomes. Selon différentes théories, l'augmentation du niveau de ploïdie aurait pour conséquence une augmentation du nombre d'insertions d'éléments transposables dans le génome. La plupart des études empiriques sont principalement basées sur des plantes allopolyploïdes et peu d'études se sont focalisées sur l'interaction entre la polyploïdie et les éléments transposables chez les animaux. Cette thèse de doctorat avait plusieurs objectifs. D'une part, cette thèse devait éclaircir l'histoire évolutive du complexe d'espèces Daphnia pulex. D'autre part, cette thèse avait pour but de tester l'effet du niveau de ploïdie sur un élément transposable de classe II, Pokey, en nature dans le complexe Daphnia pulex. Daphnia pulex est un petit crustacé d'eau douce. Les espèces de ce complexe se retrouvent dans les étangs et les lacs d'Amérique du Nord et d'Europe. Il existe une variation du mode de reproduction dans les populations (parthénogénétique cyclique ou obligatoire). Des lignées hybrides diploïdes et polyploïdes ont des origines multiples. Ce complexe présente un patron de polyploïdie géographique avec des diploïdes dans les régions tempérées et des polyploïdes dans les régions subarctiques et arctiques. L'importance de l'hybridation et le niveau de ploïdie dans ce complexe ont été réévalués. L'impact de la polyploïdie sur la densité de Pokey a été évalué en utilisant une technique de « TE display ». L'évolution des séquences de l'élément Pokey dans les lignées hybrides a été décrite avec des analyses phylogénétiques. Les données récoltées grâce à la cytométrie en flux combinées à l'analyse microsatellite ont révélé que la plupart des clones polyploïdes dans le complexe D. pulex sont triploïdes et non tétraploïdes comme le suggéraient les études antérieures. Les clones triploïdes sont probablement issus d'interactions entre des populations sexuées et asexuées. Diverses analyses sur les données microsatellites ont permis de séparer les populations hybrides des espèces dont elles sont issues. Les populations hybrides sont composées d'hybrides diploïdes et polyploïdes avec des mitochondries D. pulex et certaines lignées avec des mitochondries D. pulicaria. Les analyses conjuguées des données microsatellites et d'un gène nucléaire ont permis d'éclaircir les relations évolutives entre un groupe d'espèces où le maintien du polymorphisme ancestral et l'hybridation affectent les relations phylogénétiques observées en n'analysant qu'un seul gène. Cette étude montre que l'hybridation et l'introgression ont joué un rôle important dans l'évolution de ce complexe. Le nombre d'insertions TE a été comparé entre des diploïdes (14) et des polyploïdes (13) hybrides en utilisant une technique de « TE display ». Bien que le nombre moyen de sites d'insertion était plus élevé chez les polyploïdes que chez les diploïdes cette différence n'était pas statistiquement significative. De nombreux évènements de recombinaisons ont été révélés dans des allèles de Pokey dans des lignées diploïdes et polyploïdes du complexe pulex. Des analyses phylogénétiques et de recombinaison ont montré que la recombinaison est une force majeure qui façonne l'évolution du transposon Pokey. Cette thèse de doctorat présente donc divers patrons et processus génétiques se déroulant lors de la formation du complexe d'espèces Daphnia pulex. L'hybridation et la polyploïdie semblent avoir eu un impact significatif sur la diversification et possiblement sur l'adaptation de populations à différents environnements. L'absence d'augmentation du nombre d'insertions d'éléments transposables pourrait être expliquée par une augmentation de ceux-ci dans les lignées diploïdes hybrides parentes. L'intégration d'une vision écosystémique du génome pourrait permettre de mieux comprendre comment les génomes se structurent au cours de l'évolution. Des études en écologie évolutive et expérimentales permettraient de répondre à différentes hypothèses proposées lors de cette étude. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Polyploïdie, hybridation, transposon, complexe d'espèces, Daphnia pulex

Le développement de nouvelles techniques a accéléré l'exploration structurale et fonctionnelle des génomes des conifères et contribué à l’étude de leur physiologie et leur adaptation aux conditions environnementales. Cette thèse s’intéresse à l’évolution des gènes chez les conifères et (i) fait le point sur les facteurs génomiques qui ont influencé la structure des gènes et (ii) analyse une grande famille de gènes impliqués dans la tolérance à la sécheresse, les déhydrines. Notre étude de la structure génique s’est fait à partir de diverses séquences de l’épinette blanche (Picea glauca [Moench] Voss) provenant de clones BAC, de l'assemblage du génome et de l’espace génique obtenu à partir de la technologie de «sequence capture». Par le biais d’analyses comparatives, nous avons observé que les conifères présentent plus de séquences introniques par gène que la plupart des plantes à fleurs (angiospermes) et que la longueur moyenne des introns n'était pas directement corrélée à la taille du génome. Nous avons constaté que les éléments répétitifs qui sont responsables de la très grande taille des génomes des conifères affectent également l'évolution des exons et des introns. Dans la deuxième partie de la thèse, nous avons entrepris la première analyse exhaustive de la famille des gènes des déhydrines chez les conifères. Les analyses phylogénétiques ont indiqué l'apparition d'une série de duplications de gènes dont une duplication qui a provoqué l'expansion de la famille génique spécifiquement au sein du genre Picea. L’analyse démontre que les déhydrines ont une structure modulaire et présentent chez les conifères des agencements variés de différents motifs d'acides aminés. Ces structures sont particulièrement diverses chez l'épinette et sont associées à différents patrons d'expression en réponse à la sècheresse. Dans l’ensemble, nos résultats suggèrent que l'évolution de la structure génique est dynamique chez les conifères alors que l'évolution des chromosomes est largement reconnue comme étant lente chez ceux-ci. Ils indiquent aussi que l'expansion et la diversification des familles de gènes liés à l'adaptation, comme les déhydrines, pourraient conférer de la plasticité phénotypique permettant de répondre aux changements environnementaux au cours du long cycle de vie qui est typique de plusieurs conifères. / Technical advances have accelerated the structural and functional exploration of conifer genomes and opened up new approaches to study their physiology and adaptation to environmental conditions. This thesis focuses on the evolution of conifer genes and explores (i) the genomic factors that have impacted the evolution of gene structure and (ii) the evolution of a large gene family involved in drought tolerance, the dehydrins. The analysis of gene structure was based on white spruce (Picea glauca [Moench] Voss) sequence data from BAC clones, the genome assembly and the gene space obtained from sequence capture. Through comparative analyses, we found that conifers presented more intronic sequence per gene than most flowering plants (angiosperms) and that the average intron length was not directly correlated to genome size. We found that repetitive elements, which are responsible for the very large size of conifer genomes, also affect the evolution of exons and introns. In the second part of the thesis, we undertook the first exhaustive analysis of the dehydrin gene family in conifers. The phylogenetic analyses indicated the occurrence of a series of gene duplications in conifers and a major lineage duplication, which caused the expansion of the dehydrin family in the genus Picea. Conifer dehydrins have an array of modular amino acid structures, and in spruce, these structures are particularly diverse and are associated with different expression patterns in response to dehydration stress. Taken together, our findings suggest that the evolution of gene structure is dynamic in conifers, which contrast with a widely accepted slow rate of chromosome evolution. They further indicate that the expansion and diversification of adaptation-related genes, like the dehydrins in spruce, may confer the phenotypic plasticity to respond to the environmental changes during their long life span.

Titre de l'écran-titre (visionné le 12 janvier 2024) / Les protéines sont des machines moléculaires essentielles au fonctionnement des organismes vivants. Malgré plus de 60 ans de recherche en ce sens, notre compréhension des mécanismes qui façonnent leur évolution reste loin d'être complète. Les nouvelles méthodes d'édition de génome offrent de nouvelles possibilités en termes de méthodologie pour l'étude à haut débit de l'effet des mutations sur la fonction des protéines. Les connaissances découlant de ces nouvelles approches ont un potentiel important pour améliorer la santé humaine, animale et végétale. Les travaux effectués dans le cadre de cette thèse ont en premier lieu élaboré une nouvelle méthodologie basée sur l'édition de base pour l'étude à haut débit de l'effet des mutations sur la fonction des protéines. Cette approche a identifié plus de 700 sites ayant une importance fonctionnelle dans les gènes essentiels de levure. Les données générées par cette expérience ont aussi permis d'identifier des propriétés de sgRNA déterminantes pour l'efficacité de l'édition base. Dans le deuxième chapitre, nous avons utilisé une approche de mutagenèse systématique pour caractériser les mutations menant à la résistance à un antifongique, la 5-fluorocytosine, dans le gène FCY1. Nous avons en même temps pu mesurer les compromis résistance-fonction pour les mutants de ce gène, et pu valider la capacité de notre jeu de données à prédire le phénotype de résistance de mutants d'orthologues provenant d'espèces de levures pathogènes. Finalement, nous avons utilisé nos connaissances des propriétés de FCY1 acquises au chapitre précédent pour en faire un modèle d'évolution des protéines. Plus précisément, nous avons exploré le rôle potentiel de l'épistasie en trans entre des mutants de perte de fonction dans la transition d'un complexe homomérique vers hétéromérique suite à une duplication de gène. Nous avons découvert des centaines de paires d'allèles inactifs de FCY1 pouvant se complémenter, et avons pu explorer les propriétés de ces mutants et des complexes hétéromériques résultants. / Proteins are molecular machines essential to the functioning of living organisms. Despite more than 60 years of research in this direction, our understanding of the mechanisms that shape their evolution remains far from complete. Recently developed genome tools methods offer new possibilities in terms of methodology for the high-throughput study of the effect of mutations on protein function. The knowledge resulting from these new approaches has significant potential in human, animal, and plant health. In the first chapter of this thesis, we developed a new methodology based on base editing for the high-throughput study of the effect of mutations on protein function. This approach identified more than 700 sites of functional importance in essential yeast genes. The data generated by this experiment also made it possible to understand sgRNA properties that are decisive for the efficiency of base editing. In the second chapter, we used a systematic mutagenesis approach to characterize the mutations leading to resistance to an antifungal, 5-fluorocytosine, in the FCY1 gene. At the same time, we measured the resistance-function trade-offs for mutants of this gene and validated the ability of our dataset to predict the resistance phenotype of orthologous mutants from pathogenic species. Finally, we used our knowledge of the properties of FCY1 acquired in the previous chapter to use it as a model for protein evolution. Specifically, we explored the potential role of trans epistasis between loss-of-function mutants in the transition from a homomeric to a heteromeric complex following gene duplication. We have discovered hundreds of pairs of inactive FCY1 alleles that can complement each other, and have been able to explore the properties of these mutants and the resulting heteromeric complexes.

La rouille orangée du caféier causée par le champignon biotrophe Hemileia vastatrix (Berk et Br.) est la maladie la plus dévastatrice du caféier (Coffea arabica L.). La résistance à la rouille dans l'espèce allotétraploïde C. arabica semble jusqu'à présent conditionnée principalement par 9 facteurs de résistance majeurs (SH1-SH9), seuls ou en combinaison. Les variétés d'Arabica contenant le facteur de résistance SH3 introgressé d'une espèce de caféier sauvage (C. liberica) ont démontré une résistance durable au champ. L'objectif principal de ce travail était d'étudier l'organisation génomique, l'évolution et la diversité du locus SH3 chez le caféier et parallèlement de développer des outils permettant la validation fonctionnelle des gènes candidats pour la résistance à la rouille. Comme Une carte physique couvrant la région SH3 a tout d'abord été construite chez C. arabica et la position du locus de résistance a été délimitée dans un intervalle de 550 kb. La région a été séquencée chez trois génomes de caféier, Ea et Ca sous-génomes de C. arabica et Cc génome de C. canephora. L'analyse des séquences a révélé la présence d'un nombre variable de membres de la sous-classe CC-NBS-LRR ; ces gènes semblant être exclusivement présents à ce locus chez C. arabica. L'analyse génomique comparative indique que i) l'origine de la plupart des copies SH3-CNL est antérieure à la divergence entre les espèces de Coffea, ii) la copie ancestrale SH3-CNL a été insérée dans le locus SH3 après la divergence entre les Solanales et Rubiales. En outre, les mécanismes de duplication, délétion, conversion génique et de sélection positive semblent être les principales forces qui déterminent l'évolution des membres de la famille SH3-CNL. Différentes approches ont été entreprises pour le clonage des gènes candidats de résistance à la rouille. En parallèle, un protocole très efficace de transformation par Agrobacterium tumefaciens a été développé chez le caféier. Des plantes transgéniques contenant l'un des gènes R candidats ont été produites et acclimatées. Le bio-essai pour évaluer la résistance à H. vastatrix a été mis au point. La mise en place de protocoles efficaces pour le clonage des gènes de résistance et la transformation génétique ouvre la voie à la génomique fonctionnelle en routine chez le caféier. L'amélioration des connaissances sur la diversité des gènes de résistance à la rouille permettra l'optimisation des schémas de sélection pour la résistance durable à cette maladie majeure du caféier. / Coffee leaf rust (CLR) caused by the biotrophic fungus Hemileia vastatrix (Berk and Br.) is the most devastating disease of Arabica coffee (Coffea arabica). Resistance to CLR in its allotetraploid species appears so far conditioned primarily by 9 major resistance factors (SH1-SH9) either singly or in combination. Arabica varieties harboring the SH3 resistant factor introgressed from a wild coffee species (C. liberica) have demonstrated agronomical acceptable durable resistance in field conditions. The main objective of this work was to study the genomic organization, evolution and diversity of SH3 locus in coffee and in parallel to develop tools for functional gene validation of resistance candidate genes to CLR. As the first step, a physical map spanning the SH3 region in C. arabica was constructed and the position of the resistance locus was delimited within an interval of 550 kb. The region was completely sequenced in three coffee genomes, Ea and Ca subgenomes from C. arabica and Cc genome from C. canephora. Sequence analysis revealed the presence of a variable number of members CC subclass of NBS-LRR genes thatappeared to be exclusively present at this locus in C. arabica. Comparative genomic analysis indicated that i) the origin of most of the SH3-CNL copies predates the divergence between Coffea species ii) the ancestral SH3-CNL copy was inserted in the SH3 locus after the divergence between Solanales and Rubiales lineages. Furthermore, duplications, deletions, gene conversion and positive selection appeared as the main forces that drive SH3-CNL evolution. Different approaches have been undertaken to clone candidate genes to CLR. In parallel, a highly efficient and reliable Agrobacterium tumefaciens-mediated protocol was established for coffee. Transgenic plants containing one of the candidate gene were successful produced and acclimated into the greenhouse. The preliminary bioassay against H. vastatrix was achieved. The setting-up of efficient protocols for cloning resistance genes and for genetic transformation paves the way for routine functional genomics in coffee. The better knowledge on CLR resistance gene diversity would allow optimization of breeding schemes for durable resistance to this major coffee disease.

Un premier pan de ma thèse concerne deux différents mécanismes de sauvetage du Y par le X. Premièrement, j'ai participé à une controverse sur la compensation de dosage chez les mammifères. Une hypothèse avait été proposée dans les années 60 par Susumo Ohno, proposant un mécanisme de compensation en deux temps. Chez les mâles, la perte de nombreux gènes sur le Y entraîne un déséquilibre de dosage car ces gènes qui étaient précédemment présents en deux copies sont devenus unicopie, soit une division d'expression par deux. Selon l'hypothèse d'Ohno, chez les mammifères en réponse à cela le X aurait doublé son expression, mais dans les deux sexes menant ainsi à une expression trop élevée chez les femelles. Ce deuxième problème de dosage aurait alors été résolu par la mise en place d'une inactivation aléatoire de l'un des deux X chez les femelles. Tandis que la deuxième partie de l'hypothèse d'Ohno, l'inactivation du X, a été très étudiée, la première partie est restée spéculative jusqu'aux années 2000. En étudiant des données d'expression du X humain j'ai pu montrer, de manière concomitante avec d'autres auteurs, que la première partie de l'hypothèse d'Ohno n'est pas totalement vraie car seule une partie des gènes sont sur-exprimés. J'ai ensuite participé à l'écriture d'une revue visant à donner une explication alternative à la compensation de dosage pour l'évolution de l'inactivation du X chez les femelles mammifères. Deuxièmement, j'ai étudié la présence de conversion génique X-Y dans plusieurs gènes, au sein de nombreuses espèces de primates. Mes travaux me mènent à discuter le fait que ce type d'évènement soit effectivement favorisé par la sélection. Je pose l'hypothèse que ces conversions géniques ont été maintenues de manière neutre. Ces deux travaux ne vont pas dans le sens d'un chromosome X sauvant le Y avec beaucoup de zèle. Dans un dernier temps, m'éloignant des espèces modèles, j'ai étudié les chromosomes sexuels particuliers d'une algue brune : Ectocarpus siliculosus. Cela m'a permis de vérifier si le scénario évolutif actuel des chromosomes sexuels est toujours valide dans un groupe d'eucaryotes séparé des animaux depuis plus d'un milliard d'années / The first part of my thesis concerns two different mechanisms of the Y being rescued by the X. Firstly, I contributed to a controversy on mammalian dosage compensation. During the 60s Susumo Ohno hypothesized a two-step dosage compensation mechanism. In males, the high loss of Y-linked genes led to a dosage imbalance: these genes were previously present in two allelic copies and became unicopy, meaning that their expression has been halved. According to Ohno’s hypothesis, in response to this imbalance the mammalian X would have doubled its expression in the two sexes, resulting in a to high expression in females. This second dosage imbalance would have been resolved by the random inactivation of one of the two Xs in females. Whereas the second part of Ohno’s hypothesis, the X-chromosome inactivation, has been well studied, the first part remained speculative until the 2000s. I studied human X-linked expression data and was able to show, concomitantly with other authors, that the first part of Ohno’s hypothesis is not totally true as only some of the X-linked genes are hyperexpressed. I later participated in the writing of a review aiming to give an alternative hypothesis for the evolution of X-chromosome inactivation in mammalian females than dosage compensation. Secondly, I studied signatures of X-Y gene conversion in several genes within numerous primate species. Myresults led me to discuss if these events were indeed selected for. I hypothesize that these gene conversion events occurred in a neutral manner. These two different studies suggest that the X chromosome may not be as much a help for the Y as has been suggested. Lastly, moving away from model species, I studied the peculiar sex chromosomes of a brown alga: Ectocarpus siliculosus. This work allowed me to test if the current hypotheses on sex chromosome evolution still hold in a eukaryotic group that diverged from animals more than one billion years ago

La domestication des plantes a débuté il y a quelques milliers d’années quand les hommes se sont sédentarisés. Ils ont sélectionné les plantes sauvages portant des caractères phénotypiques d’intérêt pour la consommation et production humaine. Ce processus évolutif a par conséquent modifié le patrimoine génétique des espèces domestiquées. Cette thèse se penche sur les traces génétiques induites par la domestication chez trois espèces de Solanacées : l’aubergine (Solanummelongena), le piment (Capsicum annuum) et la tomate (S. lycopersicum). En effet, si les caractères phénotypiques des plantes cultivées ont été sélectionnés depuis des milliers d’années, les conséquences moléculaires d’une telle sélection restent peu étudiées à l'échelle du génome. Cette étude est basée sur des données de diversité et d’expression de gènes (RNAseq). En utilisant des méthodes comparatives entre des variétés cultivées et leurs espèces sauvages apparentées, j’a iétudié, à l’échelle intra-spécifique, d’une part les histoires démographiques de chacune des espèces,et d’autre part les changements de diversité nucléotidique et d’expression des gènes dus à la domestication. La comparaison de ces trois événements indépendants de domestication, offre l’opportunité de décrypter les changements génétiques qui convergent chez ces trois espèces lors du processus de sélection humaine.Suite à une introduction qui pose le cadre de cette étude et présente l’état de l’art, le premier chapitre, s’inscrit dans un ouvrage portant sur la génomique des populations d’espèces modèles. Il propose une synthèse des connaissances accumulées en plus d’un siècle de recherche sur l’espèce modèle qu’est la tomate (S. lycopersicum). Ce chapitre permet également de compléter le contexte scientifique dans lequel cette thèse s’inscrit, notamment, en retraçant l’importance que les espèces sauvages apparentées ont eu dans l’amélioration de l’adaptabilité des variétés cultivées actuelles.L’hypothèse du deuxième chapitre révèle la convergence des changements démographiques entre les trois espèces malgré leurs événements indépendants de domestication. L’étude comparée d’inférences de scénarios démographiques a permis de reconstruire l’histoire démographique de chaque espèce cultivée. Ces inférences ont aussi facilité l’estimation des paramètres tels que les flux migratoires entre les espèces sauvages et cultivées, la force des goulots d’étranglement liés à l’intensité de la sélection humaine et la durée des événements de domestication. Ce chapitre permet de démontrer que les changements démographiques liés à la domestication dépendent de l’état de sympatrie ou d’allopatrie des variétés cultivées avec leurs sauvages apparentées. Les connaissances quant à la datation des événements de domestication de nos trois espèces restent très faibles, et les inférences ont permis d’établir des estimations de durée de domestication relativement précise. Ces nouvelles connaissances apportent une plus-value à cette étude pour nos trois espèces et nous invitent à s’interroger sur les différents compartiments du génome qui ont été sélectionnées et modifiées lors de la domestication.Le troisième chapitre teste l’hypothèse d’une convergence évolutive des changements moléculaires, notamment transcriptionnels, induits par la domestication et l’amélioration moderne.La comparaison des variétés cultivées à leurs espèces sauvages apparentées permet d’évaluer la convergence des mécanismes de régulation et d’adaptation liés à la domestication. C’est en testant la corrélation entre les traces génétiques (diversité nucléotidique) de sélection et les changements d’expression des gènes observés chez les variétés cultivées que l’hypothèse de départ a été validée.Cette analyse montre que la domestication, au-delà même de changements nucléotidiques, a modifié l’expression des gènes chez les trois espèces. / Domestication started thousand years ago when human shifted from hunter-gatherer to agrarian societies. They started selecting wild plants for phenotypes related to consumption andyield. This evolutionary process induced changes in the gene pool of domesticated plants. This thesis focuses on genetic footprints induced by domestication within a trio of Solanaceae species: the eggplant (Solanum melongena), the pepper (Capsicum annuum) and the tomato (S. lycopersicum).Crop plants have been selected for thousand years on phenotypic traits, but the molecularconsequences of such selection remain unknown at the genome-wide scale. The study was performed on a RNAseq data set; using comparative methods between crops and their wild relatives,I studied, at the intra-specific scale, the demographic history, and, both the nucleotide diversity and the gene expression changes due to domestication. Comparing these three independent events ofdomestication, is a great opportunity to decipher the interspecific genetic changes, converging for the three species, during the human selection process.The first chapter is a book chapter about population genomics in model species. It details thestate of art of hundred years of research on tomato as model species (S. lycopersicum). Tomato is amodel species in genetics, as well as in population genomics thanks to the important collection of genomic data that have been accumulating over years. Tomato has the strongest economic importance within the trio of studied species. By highlighting the importance of crop wild relative species for adaptability improvement of modern cultivars, this chapter describes the scientific context of this thesis work.The two next chapters are following these researches and show the importance to both conserve and study the crop wild relative species.In the second chapter, I hypothesize that demographic changes within the three species experience a convergence, despite their independent domestication events. The comparative studyof demographic inferences allows the reconstruction of each domesticated species demographichistory. Theses inferences facilitate the parameter estimations such as the migration rate between crop and wild, the bottleneck strength paired with the human selection and the duration of thedomestication events. This chapter reveals a common bottleneck phenomenon as well as migration rate dependent to the allopatric or sympatric state of the crops with their wild relatives. Knowledge concerning the domestication events dating, for each of the three species, remain poorly studied and this thesis work discloses relative domestication time durations.These new insights bring valuable knowledge to the three species and induce a questioning on thedifferent genome parts that are selected and modified through domestication.The third chapter, test the hypothesis of a convergent evolution of molecular changes,especially transcriptional, induced by domestication and modern breeding. The comparative analysis of crop plants and their wild relatives assesses the convergence of regulation and adaptation mechanisms due to domestication. By testing the correlation between the selection footprints on genes and the gene expression changes in crop compared to their wild relative species, the previous hypothesis was confirmed. This analysis implies that domestication modified gene expression in the three species beyond only nucleotide polymorphisms. The ortholog analysis of our species genes, confirmed that domestication facilitated the fruit development and plant growth but relaxed selective pressure on genes of plant defense and environmental stresses tolerance. Demonstrating demographic changes and molecular footprints of domestication, my PhD thesis highlights several proofs of convergence.

Les récents progrès des technologies de séquençage et des techniques de biologie moléculaire ont permis aux chercheurs de révéler l'ubiquité et la diversité des virus. Malgré ces progrès, la découverte des virus s'est surtout concentrée sur les virus de vertébrés. De plus, les virus connus sont très peu étudiés en terme d'écologie virale. Les arthropodes de par leur histoire évolutive ancienne représentent 80% de la diversité animale sur notre planète. L'omniprésence de l'endosymbiose chez les arthropodes et leur capacité d’héberger des symbiotes (parfois multiples) suggèrent que leurs interactions avec leurs virus pourraient également être de nature symbiotique, allant des interactions durables de type mutualiste à celles de type antagoniste. Dans ce contexte, mon travail de thèse s’est concentré sur un densovirus de moustiques, le Culex pipiens densovirus (CpDV), en étudiant leur prévalence et leur diversité dans les populations naturelles de moustiques Culex pipiens et leurs interactions avec les bactéries endosymbiotiques Wolbachia dans un système naturel hôte-bactérie-virus (Cx. pipiens -Wolbachia - CpDV), tant dans des populations naturelles que des colonies de laboratoire. Nous avons révélé une forte prévalence et une grande diversité de CpDV dans les populations mondiales de Cx. pipiens. De plus, le CpDV infecte de façon persistante les lignées de laboratoire et est transmis verticalement avec l'endosymbiote Wolbachia. Nous montrons une prévalence et une diversité élevées du CpDV en Turquie et en Tunisie, et nous nous sommes concentrés davantage sur ces deux pays pour étu-dier les interactions Wolbachia-CpDV dans les populations naturelles. En Tunisie, dans une zone de contact étroite où deux groupes de Wolbachia génétiquement distincts coexistent, ces différents groupes de Wolba-chia influencent la prévalence et la diversité du CpDV. Nous montrons également une corrélation positive entre la densité de Wolbachia et la densité de CpDV. D’une manière globale, nos résultats suggèrent que le système CpDV-Cx.pipiens -Wolbachia et plus généralement les densovirus sont de bons modèles pour étudier les interactions écologiques entre ces partenaires et leur évolution dans la nature et au laboratoire. / Virus discovery has long depended on the observation of outbreaks, and the research to understand their pathogenicity depended on their culture. The advances of sequencing technology and molecular biology tech-niques allowed researchers to discover the ubiquity and the diversity of viruses. Despite these advances, virus discovery remains mainly focused on vertebrate viruses. Furthermore, even the known diversity of these virus-es is poorly studied in term of virus ecology. Arthropods with their ancient evolutionary history represent 80% of animal diversity on our planet. The ubiquity of endosymbiosis in arthropods and their ability to support (sometimes multiple) symbionts suggest that their interactions with their viruses might be of symbi-otic nature, intimate long-term associations with outcomes ranging from mutualistic to antagonistic. In this context, this PhD dissertation focuses on a mosquito densovirus, Culex pipiens densovirus (CpDV), to in-vestigate their prevalence and diversity in natural populations of Culex pipiens mosquitoes and their inter-actions with endosymbiotic bacteria Wolbachia in a natural host-bacteria-virus system (Cx. pipiens -Wolbachia - CpDV) both in natural populations and laboratory colonies. We reveal a high prevalence and diversity of CpDV in worldwide Cx. pipiens populations. Moreover, CpDV persistently infects laboratory lines and are vertically transmitted along with their hosts’ endosymbiont Wolbachia. We reveal high CpDV prevalence and diversity in Turkey and Tunisia and further focus on these two countries to investigate Wolbachia-CpDV interactions in natural populations. In Tunisia, in a narrow contact zone where two ge-netically distinct Wolbachia groups coexist, different Wolbachia groups influences CpDV prevalence and diversity. Moreover, we show a positive correlation between Wolbachia density and CpDV density. Overall, our results suggests that CpDV-Cx.pipiens -Wolbachia system is a good model system to study the ecologi-cal interactions between these partners and their evolution together both in the nature and in laboratory conditions. Densoviruses with their diversity and long-term evolution with their hosts, and their easily ma-nipulated small genomes, are good models to study complex host-virus-bacteria interactions as well as virus ecology and evolution in a symbiotic context.

Deux processus majeures de la vie cellulaire, la transcription et la réplication, nécessitent l'ouverture de la double hélice d'ADN et agissent différemment sur les deux brins, ce qui génère des taux de mutation différents (asymétrie de mutation), et aboutit à des compositions en nucléotides différentes des deux brins (asymétrie de composition). Nous nous proposons de modéliser le programme spatio-temporel de réplication et son impact sur l'évolution des séquences d'ADN. Dans le génome humain, nous montrons que les asymétries de composition et de mutation peuvent être décomposées en deux contributions, l'une associée à la transcription et l'autre à la réplication. Celle associée à la réplication est proportionnelle à la polarité des fourches de réplication, elle-même proportionnelle à la dérivée du “timing” de réplication. La polarité des fourches de réplication délimite, le long des chromosomes humains, des domaines de réplication longs de plusieurs Mpb où le “timing” de réplication a une forme de U. Ces domaines de réplication sont également observés dans la lignée germinale, où ils sont révélés par une asymétrie de composition en forme de N, indiquant la conservation de ce programme de réplication sur plusieurs centaines de millions d'années. Les bords de ces domaines de réplication sont constituées d'euchromatine, permissive à la transcription et à l'initiation de la réplication. L'analyse de données d'interaction à longue portée de la chromatine suggère que ces domaines correspondent à des unités structurelles de la chromatine, au coeur d'une organisation hautement parallélisée de la réplication dans le génome humain. / Two key cellular processes, namely transcription and replication, require the opening of the DNA double helix and act differently on the two DNA strands, generating different mutational patterns (mutational asymmetry) that may result, after long evolutionary time, in different nucleotide compositions on the two DNA strands (compositional asymmetry). Here, we propose to model the spatio-temporal program of DNA replication and its impact on the DNA sequence evolution. The mutational and compositional asymmetries observed in the human genome are shown to decompose into transcription- and replication-associated components. The replication-associated asymmetry is related to the replication fork polarity, which is also shown to be proportional to the derivative of the mean replication timing. The large-scale variation of the replication fork polarity delineate Mbp scale replication domains where the replication timing is shaped as a U. Such replication domains are also observed in the germline, where they are revealed by a N-shaped compositional asymmetry, which indicates the conservation of this replication program over several hundred million years. The replication domains borders are enriched in open chromatin markers, and correspond to regions permissive to transcription and replication initiation. The analysis of chromatin interaction data suggests that these replication domains correspond to self-interacting chromatin structural units, at the heart of a highly parallelized organization of the replication program in the human genome.