Tout organisme vivant est le produit d'interactions complexes entre son génome et son environnement, interactions caractérisées par des échanges de matière et d'énergie indispensables à la survie de l'organisme et la transmission de son génome. Depuis la découverte dans les années 1910 que le chromosome est le support de l'information génétique, les biologistes étudient les génomes afin de décrypter les mécanismes et processus à l'oeuvre dans le développement des organismes et l'évolution des populations. Grâce aux améliorations technologiques des dernières décennies, plusieurs génomes ont été entièrement séquencés, leur nombre s'accroissant rapidement, mais ils sont loin d'être décryptés pour autant. En effet, certains de leurs composants, les éléments transposables, sont encore mal compris, bien qu'ils aient été détectés chez quasiment toutes les espèces étudiées, et qu'ils puissent représenter jusqu'à 90% du contenu total de leurs génomes. Les éléments transposables sont des fragments du génome possédant la particularité d'être mobiles. Ils ont donc un impact majeur sur la structure des génomes mais également sur l'expression des gènes avoisinants, notamment via des mécanismes épigénétiques. Leur évolution est aussi particulière étant donné qu'ils ont une transmission verticale non-mendélienne et que de nombreux cas de transferts horizontaux ont été mis en évidence. Mais, à part dans le cas de certains organismes modèles pour lesquels nous disposons de séquences de référence, l'annotation des éléments transposables représente souvent un goulot d'étranglement dans l'analyse des séquences génomiques. A cela s'ajoute le fait que les études de génomique comparée montrent que les génomes sont bien plus dynamiques qu'on ne le croyait, en particulier ceux des plantes, ce qui complique d'autant l'annotation précise des éléments transposables. Pendant mes travaux de thèse, j'ai commencé par comparer les programmes informatiques existants utilisés dans les approches d'annotation de novo des éléments transposables. Pour cela, j'ai mis au point un protocole de test sur les génomes de Drosophila melanogaster et Arabidopsis thaliana. Ceci m'a permis de proposer une approche de novo combinant plusieurs outils, capable ainsi de reconstruire automatiquement un grand nombre de séquences de référence. De plus, j'ai pu montrer que notre approche mettait en évidence les variations structurales au sein de familles bien connues, notamment en distinguant des variants structuraux appartenant à une même famille d'éléments transposables, reflétant ainsi la diversification de ces familles au cours de leur évolution. Cette approche a été implémentée dans une suite d'outils (REPET) rendant possible l'analyse des éléments transposables de nombreux génomes de plantes, insectes, champignons et autres. Ces travaux ont abouti à une feuille de route décrivant de manière pratique comment annoter le contenu en éléments transposables de tout génome nouvellement séquencé. Par conséquent, de nombreuses questions concernant l'impact de ces éléments sur l'évolution de la structure des génomes peuvent maintenant être abordées chez différents génomes plus ou moins proches. Je propose également plusieurs pistes de recherche, notamment la simulation des données nécessaires à l'amélioration des algorithmes de détection, démarche complémentaire de la modélisation de la dynamique des éléments transposables.

Les éléments transposables (ET) ont un impact majeur sur le fonctionnement etla dynamique des génomes, à l’échelle de l’individu et de l’espèce. Le cilié Parameciumest un modèle original pour l’étude des ET. Chaque individu unicellulaire a un génomegerminal qui subit, lors des processus sexuels, des réarrangements massifs, comprenantl’élimination des ET et de leurs vestiges à copie unique, pour former un génome somatiqueoptimisé pour l’expression des gènes. La programmation épigénétique de cesréarrangements implique des petits ARN dans un processus complexe de soustractiongénomique.Au cours de ma thèse, j’ai effectué des analyses bioinformatiques et biostatistiques dedonnées hétérogènes à l’échelle du génome pour : (i) Identifier et analyser des propriétésintrinsèques, de dizaines de milliers de vestiges d’ET à copie unique, appelés "InternalEliminated Sequences" (IES). (ii) Comprendre le rôle de déterminants génétiques et dedifférents facteurs épigénétiques dans le ciblage et l’élimination des IES.L’ensemble de ces analyses met en lumière la co-Évolution des ET et des mécan-Ismes de défense de l’hôte. / Transposable elements (TE) have major impact on the function and dynamicsof genomes, both at the level of the individual and of the species. The ciliate Parameciumprovides an original model for studies of TE. Each individual unicell has a germlinegenome that undergoes massive rearrangements at each sexual generation including thephysical elimination of TE and their single copy remnants, yielding a somatic genomestreamlined for gene expression. The epigenetic programming of the rearrangementsinvolves small RNAs in a complex process of genomic subtraction.During my thesis, I carried out bioinformatic and biostatistical analyses of heteroge-Neous, genome-Scale datasets in order to : (i) Identifiy and study the intrinsic propertiesof tens of thousands of TE remnants know as "Internal Eliminated Sequences" (IES).(ii) Explore the roles of genetic determinants and epigenetic factors in the targeting andelimination of the IESs.Taken together, the studies illustrate the co-Evolution of TE and host defense mecha-Nisms.

Chez les métazoaires, la mobilisation des éléments transposables est régulée par de petits ARN non codants appelés piARN pour "PIWI interacting RNA". Cette répression est très étudiée dans la lignée germinale adulte où elle est particulièrement efficace. Néanmoins, la mobilisation de ces éléments doit être régulée tout au long du développement de la lignée germinale, qui transmet l’information génétique à travers les générations. Durant ma thèse, j’ai utilisé le modèle D. melanogaster pour étudier la répression des éléments transposables au cours du développement de la lignée germinale femelle. J’ai ainsi pu montrer qu’une répression fonctionnelle par les piARN existe dès la fin de l’embryogenèse et que les gènes liés à la régulation chez l'adulte sont également nécessaires pour la répression au cours du développement. L’analyse de données de séquençage haut débit m’a permis de mettre en évidence la production de novo de piARN fonctionnels dans les gonades en formation. De plus, comme dans les ovaires adultes, j'ai pu remarquer une répression incomplète, ressemblant à la variégation, à tous les stades du développement. Des expériences de lignage cellulaire suggèrent fortement qu'une mémoire épigénétique précoce est initiée dans les cellules germinales embryonnaires et maintenue jusqu'au stade adulte. L'implication de l'Heterochromatin Protein 1a (HP1a) dans la production des piARN télomériques montrée par séquençage des piARN pourrait expliquer ce phénomène . Les données présentées ici montrent que piARN et leurs partenaires protéiques sont les composants d'un système de répression épigénétique continu tout au long de la vie des cellules germinales. / In metazoan germ cells, transposable element activity is repressed by small noncoding PIWI-associated RNAs (piRNAs). Numerous investigations in Drosophila have enlightened the mechanism of this repression in the adult germline. However, very little is known about piRNA-mediated repression during germline development. Nevertheless, to maintain the integrity of the genome, repression should occur throughout the lifespan of germ cells. During my PhD, I show that piRNA-mediated repression is active in the female germline, from late embryonic to pupal primordial germ cells, and that genes related to the adult piRNA pathway are required for repression during development. rhino-dependent piRNAs, exhibiting the molecular signature of the piRNA pathway "ping-pong" amplification step, are detected in larval gonads, arguing for de novo biogenesis of functional piRNAs during development. I also show that production of telomeric piRNAs depends on Heterochromatin Protein 1a (HP1a). Furthermore, as in adult ovaries, I observe an incomplete, bimodal and stochastic repression resembling variegation at all developmental stages. Clonal analyzes of this incomplete silencing strongly suggest that a cellular memory of an early repression decision is initiated in embryonic germ cells and further maintained until the adult stage. Taken together, the data presented here show that piRNAs and their associated proteins are epigenetic components of a continuous repression system throughout germ cell development.

Les éléments transposables (ET) sont des parasites génomiques présents dans tous les génomes, dont une partie présente une structure similaire à celle de certains virus. Dans les cellules ovariennes d'insecte, l'abondance des transcrits d’ET est contrôlée par ARN interférence (ARNi), et plus particulièrement par la voie piARN (Piwi-interacting RNA). Une autre voie d'ARNi, la voie siARN (Small interfering RNA), constitue l'une des principales réponses immunitaires des insectes contre les infections virales, et est aussi dédiée au contrôle somatique des ET. Ces deux voies d'ARNi sont dirigées par des effecteurs moléculaires distincts et décrites comme indépendantes. Cependant, des similitudes structurales et de mécanisme de contrôle entre les ET et les virus suggèrent la possibilité d’une interaction. Nous avons utilisé la drosophile comme modèle et infecté l'organisme avec le virus Sindbis (SINV), un arbovirus (Arthropod-Borne virus), ou le virus Sigma (SV), un virus spécifique de drosophile. À l'aide d'un séquençage à haut débit, nous avons caractérisé les répertoires d'ARN et de petits ARN interférents produits par les drosophiles infectées, à partir des tissus de carcasses ou d'ovaires. Globalement, nos résultats démontrent un impact de l'infection virale sur les quantités de transcrits d’ET via la modulation des répertoires piARN et siARN, et représentent la première démonstration des effets d’infections virales sur l’activité des ET. Plus précisément, l’infection par SINV favorise une diminution globale des quantités de transcrits d’ET alors que l’infection par SV réactive de nombreux ET. Nos données suggèrent que la modulation résulte de substrats d'ARN partagés et de trans-régulateurs communs des voies de l'ARNi. Ces résultats ouvrent un nouvel axe de recherche en génomique, suggérant que les épidémies virales ou les infections chroniques peuvent avoir un impact sur l'activité des ET, et donc sur le taux de diversification génétique ultérieure / Transposable elements (TEs) are genomic parasites that are found in all genomes, a part of which display structure similarity to some viruses. In insect ovarian cells, TE transcript abundance is controlled by RNA interference (RNAi) machinery and more particularly by the piRNA pathway (Piwi-interacting RNA). Another RNAi pathway, named siRNA pathway (Small interfering RNA), is one of the key insect immune responses against viral infections and is also dedicated to TE somatic control. These two interfering RNA pathways are led by distinct molecular effectors and described as independent. However, similarities in structure and control mechanisms across TEs and viruses suggest that an interplay may exist. We used Drosophila as a model, and infected the organism with Sindbis virus (SINV), an arbovirus (Arthropod-Borne virus), or Sigma virus (SV), a Drosophila-specific virus. Using high-throughput sequencing, we characterized the RNA and small-RNA repertoires produced by Drosophila flies from carcass or ovary tissues. Overall, our results demonstrate an impact of viral infection on TE transcript amounts via modulation of the piRNA and siRNA repertoires and represent the first demonstration of the effects of viral infection on TE activity. More precisely, SINV infection promotes a global decrease of TE transcript levels while SV infection reactivates many TEs. Our data suggest that the modulation results from shared RNA substrates and common trans-regulators of the small RNA pathways. These results open new avenue of research in genomics, suggesting that viral epidemics or chronic infections can impact TE activity and thus the rate of subsequent genetic diversification

La méthylation de l'ADN et les modifications post-traductionnelles des histones sont desmodifications épigénétiques qui interviennent dans la régulation des éléments transposables(ET) chez de nombreuses espèces. La proportion des ET dans les génomes varie selon lesespèces considérées et pose la question des mécanismes de régulation de ces ET. Au sein del'espèce Drosophila simulans, les populations naturelles présentent un polymorphisme uniquedans le nombre de copies des ET, ce qui en fait un excellent modèle pour étudier cettequestion. L'étude de la méthylation d'ADN et des modifications post-traductionnelles deshistones associées au rétrotransposon à LTR tirant dans la lignée germinale des populationsnaturelles a permis de montrer l'influence d'une copie d'ET sur la structure de la chromatineau site d'insertion. Dans un second volet, nous avons cherché à caractériser la méthylation del'ADN chez la drosophile, chez laquelle la fonction est encore mal connue. Nous avons, pardes approches spécifiques et globales, mesuré l'abondance de cette marque épigénétique chezla drosophile. Nous concluons que les taux de méthylation de l'ADN sont très faibles maisvariables entre espèces. Notre travail n'a pas permis de mettre en évidence un rôle de laméthylation de l'ADN dans le contrôle des ET, toutefois, nous ne pouvons pas exclure cesystème de régulation.

Les éléments transposables sont des séquences génomiques capables de se répliquer et de se déplacer dans les génomes. Leur capacité à s'insérer près des gènes et à produire des réarrangements chromosomiques par recombinaison entre copies, font des éléments transposables des agents mutagènes. Les éléments transposables sont de plus capables de modifier l'expression des gènes voisins grâce aux régions promotrices qu'ils possèdent. Les éléments transposables ont été trouvés dans la plupart des génomes dans lesquels ils ont été recherchés. Ils forment ainsi 45 % du génome de l'homme et peuvent représenter jusqu'à 90 % du génome de certaines plantes. Dans la première partie de ma thèse, je me suis penché sur les facteurs qui déterminent la distribution de ces éléments. Je me suis intéressé à un facteur particulier, qui est la fonction des gènes dans le voisinage des insertions d'éléments transposables. Dans la deuxième partie, j'ai essayé de déterminer l'impact de l'altération des modifications épigénétiques (modifications d'histones plus précisément) associées aux différents composants géniques, dont les éléments transposables, sur la variation de l'expression des gènes en condition tumorale.

Les éléments transposables sont des séquences génomiques capables de se répliquer et de se déplacer dans les génomes. Leur capacité à s’insérer près des gènes et à produire des réarrangements chromosomiques par recombinaison entre copies, font des éléments transposables des agents mutagènes. Les éléments transposables sont de plus capables de modifier l’expression des gènes voisins grâce aux régions promotrices qu’ils possèdent. Les éléments transposables ont été trouvés dans la plupart des génomes dans lesquels ils ont été recherchés. Ils forment ainsi 45 % du génome de l’homme et peuvent représenter jusqu’à 90 % du génome de certaines plantes. Dans la première partie de ma thèse, je me suis penché sur les facteurs qui déterminent la distribution de ces éléments. Je me suis intéressé à un facteur particulier, qui est la fonction des gènes dans le voisinage des insertions d’éléments transposables. Dans la deuxième partie, j’ai essayé de déterminer l’impact de l’altération des modifications épigénétiques (modifications d’histones plus précisément) associées aux différents composants géniques, dont les éléments transposables, sur la variation de l’expression des gènes en condition tumorale. / Transposable elements are genomic sequences able to replicate themselves and to move within genomes. Their ability to integrate near genes and to produce chromosomal rearrangements by recombination between copies, make transposable elements mutagens. Moreover, transposable elements are able to alter the expression of neighboring genes through their promoter regions. Transposable elements form 45% of the human genome and may represent up to 90% of certain plant genomes. In the first part of my thesis, I examined the factors that determine the distribution of these elements. I have been interested in a particular factor, which is the function of the genes in the vicinity of transposable element insertions. In the second part, I determined the impact of epigenetic modifications alterations (histone modifications) in different gene components, including transposable elements, on the variation of gene expression in tumoral conditions.

La méthylation de l’ADN et les modifications post-traductionnelles des histones sont desmodifications épigénétiques qui interviennent dans la régulation des éléments transposables(ET) chez de nombreuses espèces. La proportion des ET dans les génomes varie selon lesespèces considérées et pose la question des mécanismes de régulation de ces ET. Au sein del’espèce Drosophila simulans, les populations naturelles présentent un polymorphisme uniquedans le nombre de copies des ET, ce qui en fait un excellent modèle pour étudier cettequestion. L’étude de la méthylation d’ADN et des modifications post-traductionnelles deshistones associées au rétrotransposon à LTR tirant dans la lignée germinale des populationsnaturelles a permis de montrer l’influence d’une copie d’ET sur la structure de la chromatineau site d’insertion. Dans un second volet, nous avons cherché à caractériser la méthylation del’ADN chez la drosophile, chez laquelle la fonction est encore mal connue. Nous avons, pardes approches spécifiques et globales, mesuré l’abondance de cette marque épigénétique chezla drosophile. Nous concluons que les taux de méthylation de l’ADN sont très faibles maisvariables entre espèces. Notre travail n’a pas permis de mettre en évidence un rôle de laméthylation de l’ADN dans le contrôle des ET, toutefois, nous ne pouvons pas exclure cesystème de régulation. / Epigenetic modifications such as DNA methylation and post-translational histonemodifications are involved in transposable elements (TE) silencing in many species. Theirrelative abundance in genomes ask the question of differences in regulation mecanismbetween species. Within the Drosophila simulans species, natural populations exibits a uniquepolymorphism in TE copy number, providing a powerfull tool for the analysis of TEregulation in population from the same specie. We analyzed DNA methylation and posttranslationalhistone modifications associated with the LTR retrotransposon tirant in thegermline of natural populations and report the influence of this element on chromatinestructure. DNA methylation is a wide-conserved epigenetic modification involved in generegulation and TE silencing but its function in drosophila remains missunderstood. Usingdifferent methods, we determined the abundance of methylated cytosines in drosophila, andshowed that methylation level are low and variable between species. Our results show lowevidence for a TE regulation system involving DNA methylation but this cannot be so farexcluded.

Les roses à fleurs doubles attirent sélectionneurs et scientifiques depuis de nombreux siècles. L’analyse des taux de ségrégation et cartes génétiques indique que le passage de la fleur simple à la fleur double est dû à une seule mutation dominante située sur le chromosome 3. Cette mutation conduit à une conversion homéotique d’une partie des étamines en pétales, soulignant la possibilité que cette mutation impacte certains gènes du modèle ABC. Il y a quelques années, notre équipe a démontré que l’augmentation du nombre de pétales chez le rosier était corrélée à une restriction de l’expression de RcAGAMOUS (RcAG) vers le centre du méristème floral. Cependant, RcAG étant porté par le chromosome 5, il ne peut être le déterminant génétique de la fleur double. Il a donc été supposé que la mutation en cause se trouvait dans un gène intervenant en amont de RcAG.Récemment, nous avons séquencé, assemblé et publié le génome de Rosa chinensis cv ‘Old Blush’ un ancêtre des rosiers modernes qui produit déjà des fleurs doubles. L’assemblage, de très bonne qualité, nous a aidé à reconstruire la séquence des deux haplotypes de l'intervalle contenant la mutation liée à la fleur double. Nous avons identifié, parmi les 631 gènes de cet intervalle, un gène APETALA2-LIKE (RcAP2L) comme candidat plus que prometteur. En effet, il a été découvert que ce gène existait sous la forme de deux allèles, l’un d’entre eux contenant un grand élément transposable, donnant lieu à un allèle tronqué résistant à l’inhibition par miR172, appelé RcAP2LΔ172. Sachant que la surexpression d’un variant résistant au miR172 entraîne souvent la formation de pétales supplémentaires chez A. thaliana, j’ai démontré que la présence de ce variant corrèle avec le phénotype « fleur double » chez les rosiers d’origine chinoise. Enfin, alors qu’AP2 est capable d’inhiber l’expression d’AG en se liant directement à ses séquences régulatrices chez A. thaliana, j’ai confirmé la capacité des protéines codées par les deux allèles de RcAP2L à lier les séquences régulatrices de RcAG, in vitro. À partir de ces résultats, je propose donc un modèle pouvant expliquer la formation de fleurs doubles chez les rosiers chinois et peut-être d’autres Rosaceae, dans lesquelles la protéine RcAP2LΔ172 peut s’accumuler du fait de sa résistance au miR172 et restreindre davantage l’expression de RcAG au centre du méristème floral. Ainsi, la frontière entre les domaines A et C se trouve elle aussi déplacée vers le centre du méristème, ce qui induit la conversion des étamines en pétales. / Roses exhibiting double flowers have intrigued both breeders and scientists for decades. Based on segregation ratios and genetic maps, it is known that the switch from simple to double flower is due a single dominant locus on chromosome 3. When present in its mutated form, this locus leads to a homeotic conversion of stamens into petals, suggesting a mechanism involving the ABC genes. A few years ago, our team demonstrated that the increase in petal number correlates with a restriction of RCAGAMOUS (RcAG) expression domain towards the center of the floral meristem. However, as RcAG is located on chromosome 5, the causative mutation was assumed to act as a regulator of this gene. Recently, we sequenced, assembled and published the double-flowered Rosa chinensis cv ‘Old Blush’ genome sequence with a high-quality assembly that helped us to reconstruct the sequence of the two haplotypes of the interval containing the double flower mutation. Among the 631 genes from this interval, we identified here an APETALA2-LIKE (RcAP2L) gene as a strong candidate. Indeed, this gene was found to exist as two alleles, with one containing a large transposable element resulting in a truncated, miR172-resistant, variant named RcAP2LΔ172. Knowing that the overexpression of a miR172-resistant variant of AP2 leads to the formation of extra petals (and sometimes stamens) in Arabidopsis, we investigated the presence of this variant in simple and double flower varieties. The presence of RcAP2LΔ172 was found to correlate with the double flower phenotype in Chinese roses and was not observed in any of the simple-flowered roses studied. Finally, as AP2 is able to inhibit AG expression by directly binding to its regulatory sequences in A. thaliana, I confirmed that both RcAP2L proteins are also able to recognize RcAG regulatory sequences in vitro. A working model is thus proposed for double flower formation in rose, that could be valid for other Rosaceae, whereby RcAP2LΔ172 protein may accumulate due to its resistance to miR172 and consequently may repress more RcAG towards the center of the floral meristem, leading to the sliding of the A/C border and thus the conversion of stamens into petals.