Pour pallier aux problèmes d'infertilité masculine, de plus en plus de cliniques de fertilité font appel à l'injection intracytoplasmique d'un spermatozoïde (ICSI) directement dans un ovule. Le gamète mâle peut alors être isolé du testicule, de l'épididyme, ou obtenu après éjaculation. Les risques associés à l'ICSI font l'objet de nombreux débats en ce qui concerne les modifications -en particulier épigénétiques- que cette technique peut induire sur les gamètes et la santé de la progéniture. L'objectif de ma thèse était de cartographier le profil de méthylation d'ADN spermatique dans les différents segments du tractus mâle, de comprendre les mécanismes impliqués dans ces changements, et ultimement évaluer les conséquences que ces marques épigénétiques pourraient avoir sur le développement embryonnaire. Dans le cadre de mon projet, les spermatozoïdes testiculaires et épididymaires ont été purifiés à partir du modèle de souris transgénique (CAG/su9-DsRed2, Acr3- EGFP) dans lequel les gamètes mâles présentent une fluorescence endogène et peuvent être isolés par cytométrie en flux. L'analyse par séquençage bisulfite d'une représentation réduite (RRBS) du méthylome de l'ADN spermatique a mis en évidence un profil de méthylation d'ADN variable au niveau post-testiculaire, les spermatozoïdes de la région proximale de l'épididyme présentant des marques de méthylation d'ADN les plus distinctes des autres régions anatomiques. L'analyse in silico de ces changements de méthylation d'ADN nous a permis de définir que la plupart des gènes ciblés par ces modifications sont associés à des fonctions importantes pour le développement embryonnaire. Afin d'étudier les mécanismes potentiellement impliqués dans ces changements, l'activité des ADN (dé)méthyltransférases a été évaluée dans l'épididyme. Bien que ces enzymes soient détectées au niveau testiculaire et post-testiculaire, leur activité est réduite dans cet organe, mettant ainsi en évidence une cause alternative à ces changements. Grâce à nos analyses de cytométrie en flux, nous avons identifié l'existence de deux populations spermatiques présentant des niveaux de fluorescence CAG-DsRed distincts dans la région proximale de l'épididyme. Ces deux populations ont des profils de méthylation d'ADN significativement différents pour trois gènes d'intérêt et sont sensibles au traitement DNAse. Ceci suggère que l'association d'ADN extracellulaire avec une sous-population spermatique serait responsable du changement du profile de méthylation d'ADN observé dans la région proximale de l'épididyme. La réalisation de ce projet nous a permis 1) de définir l'hétérogénéité du méthylome de l'ADN spermatique au cours de la maturation post-testiculaire à l'aide d'outils de pointe, et 2) d'identifier les sources potentielles de ces changements. En plus de contribuer à l'avancement des connaissances, notre recherche réalisée sur un modèle murin pourrait avoir des implications directes en santé humaine. En effet, l'évaluation du degré de conservation de cette hétérogénéité épigénétique chez l'homme pourrait ultimement améliorer les critères de sélection des spermatozoïdes de la région proximale de l'épididyme utilisés pour l'ICSI et diminuer les risques associés. / The technique, intracytoplasmic sperm injection (ICSI), is applied more and more frequently in infertility clinics to overcome male infertility issues. In that context, spermatozoa can be collected from the testis, epididymis, or from the ejaculate, and directly injected into an egg. However, the risks associated with ICSI are the subject of much debate with regard to the modifications -particularly epigenetic that this technique can induce on the gametes and the health of the offspring. Therefore, the main objective of my thesis was to map-out the sperm DNA methylation profile in different segments of the male tract to understand the mechanisms involved in these changes, and ultimately to assess the consequences that these epigenetic marks could have on embryonic development. As part of my project, testicular and epididymal spermatozoa were purified from the transgenic mouse model (CAG/su9-DsRed2, Acr3-EGFP) in which male gametes exhibit endogenous fluorescence and can be isolated by flow cytometry. Reduced representation bisulfite sequencing (RRBS) of the sperm DNA methylome showed a variable DNA methylation profile at the post-testicular level, with sperm from the epididymal proximal region exhibiting DNA methylation marks most distinct from other anatomical regions. The in silico analysis of these DNA methylation changes allowed us to define that most of the genes targeted by these modifications are associated with important functions for embryonic development. In order to study the mechanisms potentially involved in these changes, the expression and activity of (de)methyltransferases were assessed in the epididymis. Although these enzymes were detected at the testicular and post-testicular levels, their activity was reduced in this organ, thus highlighting an alternative cause for these changes. Through our flow cytometry analyses, we identified the existence of two sperm populations with distinct CAG-DsRed fluorescence levels in the proximal region of the epididymis. These two populations displayed significantly different DNA methylation profiles for three genes of interest and were sensitive to DNAse treatment. This suggests that the association of extracellular DNA with a sperm subpopulation would be responsible for the change in the DNA methylation profile observed in the proximal region of the epididymis. The achievement of this project allowed us to 1) define sperm DNA methylome heterogeneity during post-testicular maturation using state-of-the-art tools, and 2) identify potential sources of these changes. In addition to contributing to the advancement of knowledge, our research carried out on a mouse model could have direct implications for human health. Indeed, evaluating the degree of conservation of this epigenetic heterogeneity in humans could ultimately improve the selection criteria for spermatozoa from the proximal region of the epididymis used for ICSI and reduce the associated risks.

Pour pallier aux problèmes d'infertilité masculine, de plus en plus de cliniques de fertilité font appel à l'injection intracytoplasmique d'un spermatozoïde (ICSI) directement dans un ovule. Le gamète mâle peut alors être isolé du testicule, de l'épididyme, ou obtenu après éjaculation. Les risques associés à l'ICSI font l'objet de nombreux débats en ce qui concerne les modifications -en particulier épigénétiques- que cette technique peut induire sur les gamètes et la santé de la progéniture. L'objectif de ma thèse était de cartographier le profil de méthylation d'ADN spermatique dans les différents segments du tractus mâle, de comprendre les mécanismes impliqués dans ces changements, et ultimement évaluer les conséquences que ces marques épigénétiques pourraient avoir sur le développement embryonnaire. Dans le cadre de mon projet, les spermatozoïdes testiculaires et épididymaires ont été purifiés à partir du modèle de souris transgénique (CAG/su9-DsRed2, Acr3-EGFP) dans lequel les gamètes mâles présentent une fluorescence endogène et peuvent être isolés par cytométrie en flux. L'analyse par séquençage bisulfite d'une représentation réduite (RRBS) du méthylome de l'ADN spermatique a mis en évidence un profil de méthylation d'ADN variable au niveau post-testiculaire, les spermatozoïdes de la région proximale de l'épididyme présentant des marques de méthylation d'ADN les plus distinctes des autres régions anatomiques. L'analyse in silico de ces changements de méthylation d'ADN nous a permis de définir que la plupart des gènes ciblés par ces modifications sont associés à des fonctions importantes pour le développement embryonnaire. Afin d'étudier les mécanismes potentiellement impliqués dans ces changements, l'activité des ADN (dé)méthyltransférases a été évaluée dans l'épididyme. Bien que ces enzymes soient détectées au niveau testiculaire et post-testiculaire, leur activité est réduite dans cet organe, mettant ainsi en évidence une cause alternative à ces changements. Grâce à nos analyses de cytométrie en flux, nous avons identifié l'existence de deux populations spermatiques présentant des niveaux de fluorescence CAG-DsRed distincts dans la région proximale de l'épididyme. Ces deux populations ont des profils de méthylation d'ADN significativement différents pour trois gènes d'intérêt et sont sensibles au traitement DNAse. Ceci suggère que l'association d'ADN extracellulaire avec une sous-population spermatique serait responsable du changement du profile de méthylation d'ADN observé dans la région proximale de l'épididyme. La réalisation de ce projet nous a permis 1) de définir l'hétérogénéité du méthylome de l'ADN spermatique au cours de la maturation post-testiculaire à l'aide d'outils de pointe, et 2) d'identifier les sources potentielles de ces changements. En plus de contribuer à l'avancement des connaissances, notre recherche réalisée sur un modèle murin pourrait avoir des implications directes en santé humaine. En effet, l'évaluation du degré de conservation de cette hétérogénéité épigénétique chez l'homme pourrait ultimement améliorer les critères de sélection des spermatozoïdes de la région proximale de l'épididyme utilisés pour l'ICSI et diminuer les risques associés. / The technique, intracytoplasmic sperm injection (ICSI), is applied more and more frequently in infertility clinics to overcome male infertility issues. In that context, spermatozoa can be collected from the testis, epididymis, or from the ejaculate, and directly injected into an egg. However, the risks associated with ICSI are the subject of much debate with regard to the modifications -particularly epigenetic- that this technique can induce on the gametes and the health of the offspring. Therefore, the main objective of my thesis was to map-out the sperm DNA methylation profile in different segments of the male tract to understand the mechanisms involved in these changes, and ultimately to assess the consequences that these epigenetic marks could have on embryonic development. As part of my project, testicular and epididymal spermatozoa were purified from the transgenic mouse model (CAG/su9-DsRed2, Acr3-EGFP) in which male gametes exhibit endogenous fluorescence and can be isolated by flow cytometry. Reduced representation bisulfite sequencing (RRBS) of the sperm DNA methylome showed a variable DNA methylation profile at the post-testicular level, with sperm from the epididymal proximal region exhibiting DNA methylation marks most distinct from other anatomical regions. The in silico analysis of these DNA methylation changes allowed us to define that most of the genes targeted by these modifications are associated with important functions for embryonic development. In order to study the mechanisms potentially involved in these changes, the expression and activity of (de)methyltransferases were assessed in the epididymis. Although these enzymes were detected at the testicular and post-testicular levels, their activity was reduced in this organ, thus highlighting an alternative cause for these changes. Through our flow cytometry analyses, we identified the existence of two sperm populations with distinct CAG-DsRed fluorescence levels in the proximal region of the epididymis. These two populations displayed significantly different DNA methylation profiles for three genes of interest and were sensitive to DNAse treatment. This suggests that the association of extracellular DNA with a sperm subpopulation would be responsible for the change in the DNA methylation profile observed in the proximal region of the epididymis. The achievement of this project allowed us to 1) define sperm DNA methylome heterogeneity during post-testicular maturation using state-of-the-art tools, and 2) identify potential sources of these changes. In addition to contributing to the advancement of knowledge, our research carried out on a mouse model could have direct implications for human health. Indeed, evaluating the degree of conservation of this epigenetic heterogeneity in humans could ultimately improve the selection criteria for spermatozoa from the proximal region of the epididymis used for ICSI and reduce the associated risks.

Titre de l'écran-titre (visionné le 7 juillet 2023) / Les techniques de reproduction assistée (TRA) sont d'importants outils de la révolution génomique de l'industrie laitière. En dépit de l'amélioration fulgurante des taux de succès de la fécondation in vitro (FIV) et malgré l'engouement croissant pour les embryons bovins produits in vitro, certains problèmes restent à résoudre pour assurer la totale innocuité de ces interventions en reproduction. En effet, l'avancée rapide de la recherche en épigénétique a mis au jour l'influence possible de l'environnement artificiel durant la période critique qu'est le développement embryonnaire précoce. Bien que l'incidence de troubles développementaux majeurs tel le syndrome du « gros veau » ait beaucoup diminuée avec l'adoption de meilleures pratiques de culture embryonnaire, un ensemble d'indices probants suggère que des modifications à long terme plus subtiles affectent toujours le métabolisme, la croissance, la fertilité et donc la productivité des animaux découlant de ces pratiques. Les travaux menés dans le cadre de cette thèse reposent sur l'hypothèse que la FIV chez les bovins laitiers a des effets sur la programmation épigénétique de l'embryon ce qui peut affecter le phénotype postnatal. La première partie de cette thèse consistait à évaluer la qualité de la programmation épigénétique d'embryons bovins produits in vitro en fonction de paramètres comme l'âge de la donneuse d'ovocytes et le type de milieu de culture. Pour ce faire, nous avons évalué par pyroséquençage la méthylation de l'ADN de gènes soumis à l'empreinte parentale d'embryons bovins au jour 7 et 12 produits dans différentes conditions. Pour chaque gène, nous avons observé une méthylation globalement moins élevée ainsi qu'une plus grande variabilité chez les trois groupes d'embryons produits in vitro étudiés. Afin de pallier des contraintes techniques et d'évaluer les conséquences réelles des différences moléculaires observées, nous avons comparé la population de vaches du Québec conçues par FIV avec celles conçues par insémination artificielle (IA) et transfert embryonnaire (TE) pour des critères de santé, fertilité et productivité. L'analyse de cohorte rétrospective n'a pas révélé, en tenant compte des valeurs d'élevage supérieures des animaux issus de TE et de FIV, de différences significatives entre les méthodes de conception pour la production de lait des filles lors de leurs trois premières lactations. Par contre, les animaux produits par FIV montrent une fertilité légèrement réduite, des temps de gestation plus longs et une incidence relative de maladie commune différente du reste de la population. De façon logique avec leur rôle dans l'industrie de la génétique laitière, l'indice de performance à vie (IPV) moyen des animaux conçus par FIV est supérieur. Cependant, entre 2012 et 2019, le taux d'amélioration de l'IPV des animaux conçus par FIV était près de deux fois moins rapide que celui de la population générale. Nous postulons qu'une pénalité épigénétique, cohérente avec et potentiellement dérivée des différences moléculaires trouvées dans les embryons à la suite des TRA diminue le progrès génétique intergénérationnel et explique les altérations phénotypiques observées. Par la qualité et la quantité des données disponibles, nos travaux ont permis d'illustrer avec une résolution jamais égalée les causes et les impacts des conditions de développement précoce des gamètes et des embryons. Nos résultats mettent en évidence les défis de l'amélioration de la génétique laitière d'élite tout en attestant des progrès réalisés par l'industrie pour minimiser les perturbations épigénétiques sévères menant à des syndromes graves de dérégulation de l'empreinte parentale. Cependant, les TRA laissent toujours des traces bien détectables à la fois au niveau moléculaire chez les embryons et au niveau physiologique chez les animaux à l'âge adulte. Ces résultats permettront ainsi aux producteurs laitiers canadiens de prendre des décisions éclairées sur la méthode de conception à utiliser pour constituer leur troupeau en tenant compte des avantages et inconvénients de ces approches. Nos travaux permettront aussi d'orienter la recherche et les efforts de l'industrie de la génétique laitière en les équipant d'un nouvel outil pour détecter les perturbations épigénétiques à la suite des TRA. De manière similaire, l'analyse épidémiologique développée permettra de surveiller à l'échelle de la population l'évolution de santé et productivité des animaux qui découlent de ces techniques. / Assisted reproduction technologies (ART) are important tools in the genomic revolution of the dairy industry. Despite the phenomenal improvement in the success rates of in vitro fertilization (IVF) and the growing popularity of bovine embryos produced in vitro, certain problems remain to be resolved to ensure the total safety of these interventions in reproduction. Indeed, advances in epigenetic research have revealed the possible influence of the artificial environment during the critical period of early embryonic development. Although the incidence of major developmental disorders such as the large offspring syndrome has been greatly reduced with the adoption of better embryo culture practices, a body of evidence suggests that more subtle long-term changes still affect metabolism, growth, fertility and thus the productivity of animals resulting from these practices. The work carried out in this thesis is based on the hypothesis that epigenetic differences caused by the ovarian and in vitro environment during the last part of folliculogenesis and embryonic culture are responsible for long term phenotypic difference well into the productive life of dairy cows. The first part of this thesis consisted in evaluating the quality of the epigenetic programming of bovine embryos produced in vitro under different conditions such as the type of culture medium or the age of the oocyte donor. To achieve this, we evaluated the DNA methylation of imprinted genes of day 7 and day 12 bovine embryos by pyrosequencing. For each gene, we observed an overall lower methylation as well as a greater variability in the three groups of in vitro conditions we examined. In order to overcome technical constraints and to assess the real consequences of the molecular differences observed, we compared Quebec's population of IVF derived of cows with those conceived by artificial insemination (AI) and multiple ovulation embryo transfer (MOET). Our analysis focused on health, fertility and productivity parameters. The conducted retrospective cohort study did not reveal any significant differences between conception methods for milk production of daughters in their first three lactations when taking into account the higher breeding values of animals derived from MOET and IVF. On the other hand, IVF animals showed a slightly reduced fertility, longer gestations and a relative incidence of common disease different from the rest of the population. Consistent with their role in the dairy genetics industry, the average lifetime performance index (LPI) of IVF animals was higher. However, between 2012 and 2019, the rate of improvement in LPI of IVF derived population was nearly half that of the AI population. We postulate that an epigenetic penalty, consistent with and potentially caused by the molecular differences found in embryos following ART decreases intergenerational genetic progress and explains the observed phenotypic alterations. Thanks to the quality and quantity of the data available, our work has made it possible to illustrate with unprecedented resolution the causes and long-term impacts of the gametes and early embryos environments. Our results highlight the challenges of elite dairy genetics improvement while attesting to the progress industry has made to minimize epigenetic dysregulation leading to severe imprinting disorders. However, ART still leave detectable traces both at the molecular level in embryos and at the physiological level in adult animals. These results will allow Canadian dairy producers to make informed decisions on the conception method to use to build their herd by considering the advantages and disadvantages of each approach. Our work will also help guide future research and efforts of the dairy genetics industry to address the identified problems by equipping them with a new tool to detect epigenetic disturbances following ART. Similarly, the epidemiological analysis developed will make it possible to monitor at the population level the evolution of animal health and productivity resulting from these techniques.

Le cancer épithélial de l’ovaire (CEO) représente 4% de tous les cancers chez la femme et est la première cause de décès parmi les tumeurs gynécologiques. Dans la plupart part des cas le CEO est diagnostiqué dans les stades avancés de la maladie. Le traitement repose sur la chirurgie cytoréductive suivie de la chimiothérapie combinant les dérivés de platine et de taxanes avec un taux de réponse de plus de 80%, cependant, la plupart part des patientes font une récidive par l’émergence de la résistance. Les bases moléculaires du déclenchement et de la progression du cancer de l’ovaire sont encore mal connues empêchant ainsi le développement de nouvelles approches thérapeutiques et de diagnostique. Au cours d’un cancer, l’hyperméthylation des ilots CpG de certains promoteurs géniques conduit souvent à l’inactivation des gènes suppresseurs de tumeur. L’hypométhylation des ilots CpG de certains promoteurs est également impliquée dans la réactivation des proto-oncogènes et des gènes pro-métastatiques. Cependant l’hypométhlation de l’ADN dans le cancer de l’ovaire est très peu étudiée. En utilisant la méthode d’immunoprécipitation de l'ADN méthylée combinée à une analyse sur puce (MeDIP-chip), nous avons trouvé que l’hyperméthylation de l'ADN se produit dans les stades précoces du cancer ovarien, tandis que les stades avancés de la maladie sont liés à l’hypométhylation de l’ADN des oncogènes impliqués dans la progression de la tumeur, l’invasion/métastase et probablement dans la chimiorésistance. Cette approche épigénomique a conduit à l’identification de nouveaux oncogènes hypométhylés dans le CEO. Dans cette étude, RUNX2 est identifié comme un gène hypométhylé dans les cellules post-chimiothérapeutiques et GALNT3 et BCAT1 sont parmi les gènes hypométhylés identifiés particulièrement dans le CEO de type séreux. L’analyse fonctionnelle de ces trois gènes montre qu’ils sont associés à la prolifération (y compris le contrôle du cycle cellulaire pour GALNT3 et BCAT1), de la migration et de l'invasion cellulaire dans le CEO séreux, suggérant qu’ils ont un fort potentiel oncogène dans la progression de la tumeur et pourraient être des nouvelles cibles thérapeutiques au niveau du CEO. / Epithelial ovarian cancer (EOC) accounts for 4% of all cancers in women and is the leading cause of death from gynecologic malignancies. Most of EOC cases are diagnosed at advanced stage, which is associated with poor outcome. Despite the good initial response to chemotherapy, recurrence occurs in the majority of patients, resulting in chemotherapy resistance leading to a fatal disease. The molecular basis of EOC initiation and progression is still poorly understood, thus hindering the development of new diagnostic and therapeutic strategies for more effective EOC treatment. In cancer, the hypermethylation of gene promoter CpG islands leads to inactivation of tumor suppressor genes, and CpG islands hypomethylation is associated with proto-oncogenes and pro-metastasis genes. Similar to all malignancies, aberrant DNA methylation occurs in EOC. However, DNA hypomethylation in ovarian cancer is very briefly studied. Using methylated DNA immunoprecipitation (MeDIP) coupled to CpG island tiling arrays, we found that DNA hypermethylation occurred in less invasive/early stages of ovarian tumorigenesis, while advanced disease was associated with DNA hypomethylation of a number of oncogenes, implicated in cancer progression, invasion/metastasis and probably chemoresistance. This epigenomic approach has led to the identification of a number of novel oncogenes hypomethylated in EOC. In this thesis study, RUNX2 gene was identified as hypomethyleted gene in post-chemotherapy primary cells cultures and GALNT3 gene and BCAT1 gene were among the genes identified to be notably hypomethylated in serous EOC tumors. Subsequent functional analyses of these three genes demonstrated that they were associated with EOC cell proliferation (including cell cycle control for GALNT3 and BCAT1), migration and invasion, suggesting that they have strong oncogenic potential in serous EOC progression and that they might be novel EOC therapeutic targets.

La capacité de régénération des foies de mammifères est considérable. Suite à une hépatectomie partielle, les hépatocytes entrent de façon synchrone dans un état de prolifération dans lequel ils quittent simultanément la phase G0 pour entrer en phase G1. Nous nous sommes intéressés aux changements épigénétiques et transcriptionnels qui surviennent durant ce processus. Pour ce faire, nous avons généré des données de ChIP-seq pour différents temps suivant cette chirurgie pour : - la polymérase II (pol II), - la polymérase III (pol III), - les marqueurs épigénétiques H3K4me3 et H3K36me3, - ainsi que le cofacteur de transcription HCF-1. Ces données nous ont permis de suivre et d’explorer les modifications dans la transcription et les changements à travers le génome durant la régénération hépatique. La chromatine a été préparée à partir de huit points dans le temps différents suivant l'hépatectomie partielle (1h, 10h, 20h, 28h, 36h, 44h, 48h et 60h). Les échantillons ont été séquencés avec la technologie dite "paired-end" (chaque fragment donne lieu à deux lectures de 50 ou 100 nucléotides, une pour chaque bout) permettant la localisation précise et la longueur exacte de chaque fragment séquencé sur le génome. En moyenne, 225 millions de séquences ont été obtenues pour chaque échantillon, puis cartographiées sur le génome murin (C57BL6/J, assemblage MGSCv37/mm9, juillet 2007). De façon consistante avec une synchronisation robuste du cycle de division cellulaire, les patrons de transcription des gènes du cycle cellulaire (par exemple, les cdks et les cyclines) révèlent un état actif ou inactif bien défini qui corrèle avec l'activité attendue du gène. Nous avons effectué une première analyse globale de l'occupation par la pol II à travers les différents points dans le temps et avons identifié 9 423 gènes montrant un changement significatif dans la fixation de la polymérase au promoteur. En groupant les gènes ayant un profil similaire, nous avons remarqué une concordance significative entre le point dans le temps du cycle cellulaire pendant lequel la pol II est présente de façon maximale au promoteur des gènes et la fonction qui leur est reliée. Nous continuons d’explorer gène par gène, les variations au niveau des marqueurs épigénétiques, en fonction du profil de fixation de la pol II. Aucune analyse n’a cependant encore débuté en ce qui concerne la pol III et le facteur de transcription HCF-1. L'analyse continue de la transcription des gènes du cycle de division cellulaire durant ce processus de régénération hépatique vous sera présentée.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Leptosphaeria maculans ‘brassicae’ (Lmb) est un ascomycète de la classe des Dothideomycètes faisant partie d’un complexe d’espèces présentant différents niveaux d’adaptation au colza. Lmb est responsable d’une des maladies les plus dommageables sur colza : la nécrose du collet. Lmb présente un cycle de vie complexe au cours duquel il alterne différents modes de vie, traduisant l’existence de mécanismes de régulation fine de l’expression des gènes lui permettant de s’adapter rapidement à de nouvelles conditions. Le séquençage de son génome a révélé une structure originale, avec l’alternance de deux types de régions : les isochores GC et les isochores AT. Alors que les isochores GC sont riches en gènes, les isochores AT sont pauvres en gènes et présentent des caractéristiques de l’hétérochromatine (régions génomiques riches en éléments transposables et présentant un faible taux de recombinaison). Bien que pauvres en gènes, les isochores AT représentent une « niche écologique » pour les gènes codant des effecteurs puisque 20 % des gènes des isochores AT codent des effecteurs putatifs contre seulement 4 % des gènes localisés en isochores GC. Les gènes codant des effecteurs situés en isochores AT présentent un comportement transcriptionnel différent de ceux localisés en isochores GC : une faible expression pendant la croissance mycélienne et une forte induction d’expression pendant l’infection primaire du colza. Sur la base de ces observations, l’objectif de ma thèse était de caractériser le déterminisme de la co-expression des effecteurs situés dans les isochores AT et en particulier d’évaluer si la régulation de l’expression de ces gènes se fait par un contrôle épigénétique lié à leur localisation particulière et/ou par l’intervention de régulateurs communs. Afin de déterminer le rôle de la structure des isochores AT, l’analyse fonctionnelle de protéines impliquées dans le remodelage de la chromatine (i.e. HP1, DIM-5 et DMM-1) a été réalisée et leur implication dans la régulation de l’ensemble des gènes prédits dans le génome de L. maculans a été évaluée. Cette étude a permis de démontrer l’implication de la structure hétérochromatinienne des isochores AT dans la répression de l’expression pendant la croissance mycélienne des gènes situés dans cet environnement génomique, en particulier les gènes codant des effecteurs. Parmi les gènes sous contrôle épigénétique, nous avons pu observer qu’en plus des gènes localisés en isochores AT, des zones en isochores GC étaient aussi affectées et pouvaient constituer des « hot-spots » de contrôle épigénétique. Afin d’identifier des régulateurs candidats pouvant être impliqués dans le contrôle de l’expression des effecteurs pendant l’infection, le répertoire des gènes codant des facteurs de transcription (FTs) chez Lmb a été établi et l’analyse de la conservation de ce répertoire parmi les autres espèces du complexe d’espèces Leptosphaeria a permis d’identifier les FTs spécifiques, ou spécifiquement sur-exprimés pendant l’infection du colza, chez Lmb. Des candidats ont été sélectionnés pour réaliser leur analyse fonctionnelle : des gènes codant des FTs sur-exprimés pendant l’infection (9 FTs) ainsi que les orthologues de FTs qui avaient été décrits chez d’autres espèces comme régulateurs majeurs de la pathogénie (StuA, Sge1 et Fox1). L’analyse fonctionnelle de FTs candidats a permis d’établir que StuA, comme chez d’autres champignons phytopathogènes, joue un rôle important dans la mise en place de l’infection et l’expression des effecteurs chez L. maculans. Le « silencing » d’un FT de type AT-Hook, famille de FTs se fixant préférentiellement au niveau de séquences riches en AT, a un fort effet sur la pathogénie du champignon et entraîne une diminution d’expression de 2 effecteurs. Cette thèse a permis d’apporter de nouveaux éléments concernant la régulation des gènes codant des effecteurs chez un champignon phytopathogène impliquant, pour la première fois, un mécanisme épigénétique. / Leptosphaeria maculans is an ascomycete belonging to the Dothideomycete class and is part of a species complex showing different level of adaptation toward oilseed rape. Within this species complex, Lmb is responsible for the most damaging disease of this crop: “stem canker”. Lmb presents a complex life cycle during which it alternates between different life styles and nutritional strategies underlying the involvement of precise regulatory networks for gene expression to rapidly adapt to new conditions. The sequencing of the Lmb genome has revealed an unusual structure, alternating two types of regions, GC- and AT-isochores. While GC-isochores are gene-rich, AT-isochores are gene-poor and have several characteristics of heterochromatin (they are rich in transposable elements and present a lower rate of recombination compared to GC-isochores). Although gene-poor, AT-isochores are “ecological niches” for effector genes as 20% of the genes in these regions encode for putative effectors against only 4% of the genes in GC-isochores. Effector-encoding genes located in AT-isochores present a different transcriptional behavior compared to those located in GC-isochores: a very low expression in axenic culture and a drastic increase in expression during primary leaf infection. On these bases, the aim of my thesis was to characterize the determinism of the concerted effector gene expression. Are AT-isochores targets of reversible epigenetic modifications that affect the regulation of effector genes? and/or are one or several common regulators involved in the control of the concerted expression of effector genes? To assess the role of the structure of AT-isochores, functional analysis of three key players involved in chromatin remodeling (i.e. HP1, DIM-5 and DMM-1) was performed and their role in global gene expression was assessed. This study validated that heterochromatic structure of AT-isochores represses expression of genes located in such a genomic environment, notably effector genes. Among genes under an epigenetic control, we also identified genes located in GC-isochores that were similarly influenced and may represent “hot spots” for epigenetic control. To identify putative regulators of effector gene expression, we established the complete repertoire of transcription factors (TFs) of Lmb and by analyzing the conservation of this repertoire among species of the Leptosphaeria species complex, we identified TFs specific of Lmb, or specifically induced during infection. Functional analysis of 12 TFs was set up: nine TF-encoding genes induced during infection and three orthologs of TFs described as required for pathogenesis in other phytopathogenic fungi (StuA, Sge1, Fox1). This functional analysis showed that StuA, as in other phytopathogenic fungi, plays a major role in infection and expression of effector genes in Lmb. The silencing of an AT-Hook type TF, family of TFs that specifically interact with AT-rich sequences, was associated with a reduction of the expression of two effector genes during infection and with pathogenicity defects. This study brought new insights into the regulation of effector genes in a phytopathogenic fungus involving, for the first time, an epigenetic mechanism.

La tomate (Solanum lycopsersicum), qui forme un clade monophylétique restreint au sein de la large famille des Solanacées, est utilisée comme modèle pour l’analyse du génome, et le développement du fruit. A ce jour, de nombreux efforts ont été consacrés à l'analyse de la diversité génétique des espèces de tomate. Cependant peu de travaux ont porté sur l'analyse de la diversité épigénétique, alors qu’il est aujourd’hui admis que les processus épigénétiques jouent un rôle essentiel dans la diversité phénotypique. Dans un premier temps, le niveau de méthylation de l'ADN a été comparé dans les feuilles et les fruits de différentes variétés de tomates sauvages et cultivées. Puis la famille des gènes Enhancer of zeste (E (z)) a été analysée. Chez la tomate, cette famille comprend deux gènes fonctionnels ainsi qu’un pseudogène. Finalement la stabilité épigénétique reste un facteur majeur pouvant avoir un impact essentiel sur les stratégies de sélection végétales. En outre nous avons fait une caractérisation fine des différents aspects du développement du fruit et de la maturation. / Tomato (Solanum lycopsersicum) which forms a small monophyletic clade within the large Solanaceae family has been chosen as a model system for studying the Solanaceae genome, fruit development and ripening. At that time, many efforts have been devoted to the analysis of the genetic diversity of tomato species, little work has focused on the analysis epigenetic diversity in this clade, although there is a general agreement that epigenetic processes play essential role in the phenotypic diversity in animal and plant system. As first step, DNA methylation level was analyzed in leaves and fruits of various wild and cultivated tomato species.Additionally, the Enhancer of zest (E(z)) gene family has been analyzed. In tomato, the E(z) family consists in two functional genes (SlEZ1, SlEZ2) and in a pseudogene (SlEZ3). In addition, the epigenetic stability is an important consideration that could have a significant on strategies for crop breading. Finally, we made a fine characterization of the different aspects of fruit development and ripening. / All’interno della grande famiglia delle Solanacee è stato scelto il pomodoro (Solanum lycopsersicum) come sistema modello per studio dello sviluppo e maturazione del frutto. Molti sforzi sono stati fatti per analizzare la diversità genetica delle specie di pomodoro, pochi lavori invece riguardano l’analisi della diversità epigenetica, sebbene ci sia accordo sul fatto che processi epigenetici giochino un ruolo essenziale nella diversità fenotipica dei sistemi animali e vegetali. Inizialmente è stato analizzato il livello di metilazione del DNA in foglie e frutti delle diverse specie di pomodoro selvatico e coltivato. Inoltre, è stata analizzata la famiglia genica Enhancer of Zeste (E (z)). In pomodoro la famiglia E(z) consiste di 2 geni funzionali SlEZ1, SlEZ2 e di uno pseudogene SlEZ3. Inoltre la stabilità epigenetica è importante in quanto può avere un impatto sulle strategie di miglioramento genetico delle specie coltivate. Infine è stata condotta una attenta caratterizzazione dei meccanismi cellulari dello sviluppo del frutto e della sua maturazione.

La complexe protéique Sir (Silent Information Regulator) de la levure bourgeonnante est l’acteur principal dans la formation de l’hétérochromatine, qui provoque l’atténuation de l’expression génique par un mécanisme épigénétique. Le complexe Sir lié à la chromatine maternelle est démonté lors de la réplication génomique et puis réformé sur les deux brins nouvellement répliqué. La dynamique de maintien de Sir sur la chromatine pendant le cycle cellulaire et dans de variables conditions de croissance n’est pas bien comprise. Pour comprendre comment la structure chromatinienne telle que l’hétérochromatine peut être héritée et par conséquent comment les structures épigénétiques sont transmises d’une génération cellulaire à l’autre, nous avons besoin de mesurer la vitesse d’échange des sous-unités du complexe Sir au cours du cycle cellulaire dans différentes conditions de croissance. Nous avons donc utilisé le système RITE qui permet d’échanger deux épitopes attachés à Sir3 (une des sous-unités de Sir) et par la suite mesurer la cinétique de remplacement de Sir3. Nous avons constaté que la Sir3 maternelle est complètement remplacée par la Sir3 nouvellement synthétisées dans les régions télomériques durant le premier cycle cellulaire après la sortie de la phase stationnaire. Nous proposons que cette reprogrammation du complexe hétérochromatique est un mécanisme d’adaptation qui assure l’activation des gènes de réponse au stress par la déstabilisation transitoire de la structure hétérochromatinienne. / The budding yeast SIR complex (Silent Information Regulator) is the principal actor in heterochromatin formation, which causes epigenetically regulated gene silencing phenotypes. The maternal chromatin bound SIR complex is disassembled during replication and then, if heterochromatin is to be restored on both daughter strands, the SIR complex has to be reformed on both strands to pre-replication levels. The dynamics of SIR complex maintenance and re-formation during the cell-cycle and in different growth conditions are however not clear. Understanding exchange rates of SIR subunits during the cell cycle and their distribution pattern to daughter chromatids after replication has important implications for how heterochromatic states may be inherited and therefore how epigenetic states are maintained from one cellular generation to the next. We therefore used the tag switch RITE system to measure genome wide turnover rates of the SIR subunit Sir3 before and after exit from stationary phase and show that maternal Sir3 subunits are completely replaced with newly synthesized Sir3 at subtelomeric regions during the first cell cycle after release from stationary phase. We propose that the observed “reset” of the heterochromatic complex is an adaptive mechanism that ensures the activation of subtelomeric stress response genes by transiently destabilizing heterochromatin structure.