Titre de l'écran-titre (visionné le 25 septembre 2023) / Les principes de la génétique mendélienne gouvernent l'essentiel de l'évolution des génomes et forment la base de la compréhension moderne de la génétique et de l'évolution. Les gènes encodés sur les chromosomes nucléaires sont répliqués exactement une fois par cycle cellulaire et ségrègent indépendamment durant la méiose. En contrepartie, certaines composantes des génomes eucaryotes échappent aux lois de la génétique mendélienne. Deux classes d'éléments génétiques non-mendéliens ubiquitaires sont les éléments transposables (TEs) et l'ADN mitochondrial (ADNmt). Les TEs sont des séquences capables de se répliquer de manière semi-autonome. Ce cycle de réplication distinct du reste du génome génère des copies additionnelles insérées à de nouveaux locus, formant des familles de séquences répétées. L'ADNmt est un génome cytoplasmique maintenu et exprimé dans les mitochondries qui est essentiel au métabolisme respiratoire. Les ADNmt se répliquent et ségrègent indépendamment du cycle cellulaire, ce qui rend possible l'hétérogénéité intracellulaire (hétéroplasmie) et de la ségrégation mitotique. L'hybridation cause le flux génétique entre des populations séparées et peut survenir entre des populations parentales avec divers degrés de divergence génétique. En raison de leurs dynamiques particulières, les éléments génétiques non-mendéliens peuvent avoir des conséquences profondes dans un contexte d'hybridation. Par exemple, les TEs peuvent être réactivés chez les hybrides en raison d'incompatibilités au niveau de leur régulation, menant à des effets délétères. L'évolution rapide des ADNmt entraîne une accélération de la coévolution avec les gènes du génome nucléaire, ce qui favorise l'émergence d'incompatibilités génétiques mitonucléaires qui peuvent compromettre les fonctions métaboliques mitochondriales chez les hybrides. Un objectif fondamental est d'obtenir une meilleure compréhension de la dynamique des éléments génétiques non-mendéliens en réponse à l'hybridation, particulièrement en fonction du degré de divergence évolutive séparant les génomes parentaux d'un génotype hybride. Notamment, une prédiction est qu'un plus haut degré de divergence renferme un potentiel supérieur pour les incompatibilités génétiques pouvant affecter les éléments génétiques non-mendéliens. Mes travaux de doctorat se concentrent sur l'évolution des TEs et des ADNmt dans les hybrides d'une espèce eucaryote modèle, la levure Saccharomyces paradoxus. Elle est l'espèce sœur de la levure Saccharomyces cerevisiae, qui est un modèle fondamental en biologie cellulaire, en génétique et en génomique. S. paradoxus est une espèce non-domestiquée structurée en plusieurs populations naturelles divergentes en Amérique du Nord, incluant des populations hybrides. La caractérisation des éléments génétiques non-mendéliens dans les populations naturelles permet d'inférer certains aspects de leur dynamique évolutive passée et récente. Une approche complémentaire est un type d'évolution expérimentale en laboratoire appelé accumulation de mutations (MA), qui minimise l'efficacité de la sélection naturelle et permet de caractériser l'évolution neutre des génomes. Le premier chapitre de ma thèse a testé l'hypothèse selon laquelle les populations hybrides accumulent davantage de TEs que leurs populations parentales. La caractérisation du contenu génomique en TEs dans les populations naturelles de S. paradoxus n'a révélé aucune trace de réactivation chez les hybrides. Nous avons réalisé une expérience d'évolution par MA à large échelle sur une diversité de génotypes hybrides entre les populations naturelles de S. paradoxus et S. cerevisiae. Cette expérience a montré que le degré de divergence entre les parents d'un hybride ne prédit pas le changement d'abondance des TEs. Le second chapitre de ma thèse a caractérisé la charge en TEs dans les lignées MA avec une grande résolution par l'emploi d'une technologie de séquençage à longues lectures. Ces données ont montré que la transposition a un rôle mineur dans l'évolution de la charge en TEs comparativement à d'autres formes de variation génomique structurale. Des essais de transposition in vivo ont montré que la mobilisation des TEs varie en fonction de plusieurs aspects spécifiques aux génotypes hybrides individuels. Le troisième chapitre de ma thèse a caractérisé la résolution de l'hétéroplasmie mitochondriale dans les lignées MA. Les résultats ont montré que le taux de recombinaison des ADNmt n'est pas prédit par le degré de divergence parentale des hybrides. Le taux de larges délétions mitochondriales causant la perte de fonction du métabolisme respiratoire était corrélé positivement avec le degré de divergence parentale, suggérant l'existence d'incompatibilités génétiques menant à l'instabilité de l'ADNmt. Ces travaux soulignent plusieurs aspects contre-intuitifs de la dynamique des éléments génétiques non-mendéliens chez les hybrides, notamment l'absence fréquente de relation avec la divergence parentale et des effets hautement spécifiques à certains génotypes hybrides individuels. / The principles of mendelian genetics govern the largest part of the evolution of genomes and constitute the basis of the modern understanding of genetics and evolution. Genes encoded on nuclear chromosomes are replicated exactly once per cell cycle and segregate independently during meiosis. In contrast, many components of eukaryotic genomes escape the laws of mendelian genetics. Two classes of ubiquitous non-mendelian genetic elements are transposable elements (TEs) and mitochondrial DNAs (mtDNAs). TEs are sequences capable of semi-autonomous replication. This replication cycle distinct from the rest of the genome generates additional copies at new insertion loci, creating families of repeated sequences. MtDNAs are cytoplasmic genomes maintained and expressed within mitochondria that are essential for respiratory metabolism. MtDNAs replicate and segregate independently from the cell cycle, which enables intracellular heterogeneity (heteroplasmy) and mitotic segregation. Hybridization causes gene flux between distinct populations, which can be separated by various levels of parental genetic divergence. Because of their singular dynamics, non-mendelian genetic elements can have profound consequences in the context of hybridization. For instance, TEs can be reactivated in hybrids as a consequence of incompatibilities in their regulation, leading to deleterious effects. The rapid evolution of mtDNAs accelerates the coevolution with interacting nuclear-encoded genes, which favors the emergence of mitonuclear genetic incompatibilities that can compromise mitochondrial metabolic functions in hybrids. A fundamental objective is to gain a better understanding of the dynamics of non-mendelian genetic elements in response to hybridization, especially as a function of the level of evolutionary divergence between the parental genomes of a hybrid genotype. Notably, one prediction is that higher divergence levels have superior potential for genetic incompatibilities that can affect non-mendelian genetic elements. The work presented in this thesis focuses on the evolution of TEs and mtDNAs in hybrids of a model eukaryotic species, the yeast Saccharomyces paradoxus. It is the sister species of the yeast Saccharomyces cerevisiae, a fundamental model species for cell biology, genetics and genomics. S. paradoxus is an undomesticated species structured in many divergent natural populations in North America, including many hybrid populations. The characterization of non-mendelian genetic elements in natural populations allows to infer certain aspects of their past and recent evolutionary dynamics. One complementary approach is a type of experimental evolution termed mutation accumulation (MA), which minimizes the efficiency of natural selection and enables the characterization of neutral genome evolution. The first chapter of my thesis tested the hypothesis stating that hybrid populations accumulate more TEs than their parental populations. The characterization of genomic TE content in natural populations of S. paradoxus revealed no evidence for reactivation in hybrids. We performed a large-scale evolution experiment by MA on a diversity of hybrid genotypes between natural populations of S. paradoxus and S. cerevisiae. This experiment showed that parental divergence levels cannot predict the resulting change in TE abundance. The second chapter of my thesis decomposed the TE load in MA lines at a high resolution with a long-read sequencing technology. These data showed that transposition has a minor role in TE load evolution in comparison to other types of structural genomic variation. In vivo transposition assays showed that TE mobilization is modulated by many aspects specific to individual hybrid genotypes. The third chapter of my thesis characterized the resolution of mitochondrial heteroplasmy in MA lines. The results showed that the recombination rate of mtDNAs is not predicted by the level of parental divergence in hybrids. The rate of large mtDNA deletions causing the loss of function of respiratory metabolism was positively correlated with the level of parental divergence, suggesting the existence of genetic incompatibilities leading to mtDNA instability. This work highlights many counter-intuitive aspects of the dynamics of non-mendelian genetic elements in hybrids, including the frequent absence of a relationship with parental divergence levels and effects that were highly specific to certain individual hybrid genotypes.

Les algues vertes sont divisées en cInq classes: Charophyceae, Prasinophyceae, Ulvophyceae, Trebouxiophyceae et Chlorophyceae. Afin de résoudre le positionnement phylogénétique de la classe Ulvophyceae au sein des ces multiples lignées et d'acquérir de l' information sur les tendances évolutives de 'ses génomes d'organites, j ' ai séquencé les ADN chloroplastiques (ADN cp) et ADN mitochondriaux (ADNmt) des ulvophytes basales Pseudendoclonium akinetum et Oltmannsiellopsis viridis, effectué des analyses génomiques comparatives détaillées d'ADNcp et ADNmt de chlorophytes, et réalisé des analyses phylogénétiques approfondies dérivées de ces organites. Les analyses comparatives de génomes d'organites ont révélé que leur architecture est très fluide chez les Chlorophyta et démontre une grande variabilité de structure, d' ordre génique, de contenu génique, intronique et en éléments répétés, et ont également fourni des évidences indiscutables du transfert intracellulaire, interorganite d'éléments génétiques dans les cellules d'ulvophytes. De plus, les analyses phylogénétiques des données structurales et moléculaires dérivées de ces organites supportent fortement l'affiliation entre Ulvophyceae et Chlorophyceae.

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

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

La diatomée Haslea ostrearia a longtemps été considérée comme le seul organisme apte à produire un pigment surnuméraire bleu nommé marennine, connu pour son rôle dans le verdissement des branchies des huîtres affinées dans les bassins ostréicoles. Certains des mécanismes et facteurs influençant l’entrée de cette diatomée en phase de reproduction sexuée (auxosporulation) ont été mis en évidence, tels la concentration cellulaire, la qualité de l’éclairement incident, ou le préconditionnement des algues. La découverte dans le cadre d’un projet européen, de populations de diatomées apparentées à H. ostrearia en divers points du globe a conduit à la description et l’identification de trois nouvelles espèces de diatomées bleues : Haslea silbo sp. nov. des îles Canaries, Haslea karadagensis sp. nov., provenant de Mer Noire et Haslea provencialis sp. nov. de Méditerranée Occidentale. La première phylogénie moléculaire de ces espèces de diatomées bleues, ainsi que d’autres espèces de diatomées appartenant au genre Haslea, a été réalisée en utilisant trois marqueurs génétiques, la cassette ribosomale ITS1-5,8S-ITS2, le gène chloroplastique rbcL ainsi qu’un fragment du gène mitochondrial cox1. Ces trois marqueurs moléculaires montrent que les diatomées bleues forment un clade distinct au sein du genre Haslea. De plus, l’existence de deux populations d’H. ostrearia originaires des côtes françaises et suédoises sexuellement compatibles a permis d’étudier la variabilité génétique intraspécifique, en mettant en évidence quelques différences au niveau de la séquence du gène cox1. Ces différences ont également permis d’étudier chez la progéniture obtenue par croisements de ces populations, la répartition et l’héritabilité de l’ADN mitochondrial. Par ailleurs, la spectophotométrie UV-visible et la spectométrie Raman ont été utilisées pour poursuivre la caractérisation physico-chimique des pigments bleus de ces diatomées. L’existence de pigments distincts chez les nouvelles espèces de diatomées bleues a permis de proposer une première classification chimiotaxonomique. Enfin, les activités biologiques de la marennine et du pigment de l’espèce ukrainienne, H. karadagensis, ont été étudiées grâce à la détermination de leurs propriétés antibactériennes et antivirales. / The diatom Haslea ostrearia has long been considered as the only organism able to produce a blue pigment called marennine, known for greening oysters’ gills in fattening ponds. Key factors for the triggering of this diatom’s sexual reproduction (auxosporulation) have been evidenced, such as cell concentration, light quality or light conditioning. In the aim of a European project, new species of blue diatoms have been discovered : Haslea silbo sp. nov. from the Canary Islands, Haslea karadagensis sp. nov. from the Black Sea and Haslea provincialis sp. nov. from the Mediterranean Sea. A first molecular phylogeny of the genus Haslea has been made using three markers : ITS1-5.8S-ITS2, rbcL and cox1. Blue diatoms appeared to belong to a distinct cluster inside the genus. Availability of two H. ostrearia populations from France and Sweden, sexually compatibles but bearing differences in their cox1 sequences allowed studying the distribution and inheritance of the mitochondrial DNA during auxosporulation. Moreover, UV-visible spectrophotometry and Raman spectometry have been used for pigments’ characterization. Existence of distinct pigments in the newly described species led to the proposal of a chemotaxonomic classification. Finally, biological activities of marennine and H. karadagensis’ pigments have been studied in regards of their antibacterial and antiviral properties.

La domestication des bétails représente une étape importante dans l'histoire de l'humanité. Le mouton était l'un des premiers animaux à être domestiqués dans le croissant fertile. Ces événements de domestication, probablement initiés au début du Néolithique, ont génétiquement construit les races contemporaines du Moyen-Orient mais aussi du monde entier. L'élevage de moutons, principalement mouton de la race Awassi, représente une activité économique essentielle du Liban ; cependant, jusqu'à présent, il n'existe que très peu de données génétiques sur cette race. De nos jours, les outils moléculaires disponibles nous permettent de définir en détail la diversité génétique des populations de moutons et de retracer leur histoire évolutive. Par conséquent, l'objectif principal de mon projet de thèse était de caractériser génétiquement la race Awassi du Liban. Pour cette étude, 277 échantillons d'ADN génomique prélevés des moutons Awassi du Liban (n = 254) et de la Syrie (n = 23) ont été analysés. Au début, nous avons utilisé cinq rétrovirus endogènes (rétrovirus endogène de moutons de Jaagsiekte-enJSRV) qui sont polymorphiques par insertion dans les génomes du mouton domestique (enJSRV-18, -7, -15, -16 et -22) et ont été précédemment considérés comme très informatifs principalement pour distinguer génétiquement les moutons primitifs des races plus modernes (c.-à-d. le dernier issu de l'épisode migratoire impliquant des moutons avec des traits de production améliorés). En utilisant cette approche, nos résultats montrent une prédominance du type R2 (enjSRV-18 seulement) confirmant que le mouton Awassi du Liban est une race moderne. Comme prévu, le rétrotype R4 (à la fois enJSRV-18 et enJSRV-7), une caractéristique commune des populations de moutons du bassin méditerranéen, se trouve également dans le génome des moutons d'Awassi du Liban et plus accentué dans les troupeaux Syriens. Il est intéressant de noter que les populations de moutons d'Awassi situés dans le nord-est du Liban et ayant ainsi un accès plus restreint à la mer Méditerranée que les autres populations (c'est-à-dire en raison de la chaîne de montagne centrale qui coupe le pays sur deux), présentent une faible fréquence de R4. Bien que l'origine des animaux utilisés pour établir les troupeaux analysés au cours de cette étude soit inconnue, nos résultats fournissent également certaines preuves que le mode d'élevage (ouvert ou fermé) peut influencer les rétrotypes observés et en particulier le R4. De manière surprenante, au cours de cette étude, nous avons également dévoilé la présence de soi-disant "Solo-LTR" (c'est-à-dire généré par une recombinaison homologue) pour un autre enJSRV (enJSRV-6) qui prédomine dans deux troupeaux d'une région particulière du Liban (Nabatieh). Et comme approche complémentaire, deux marqueurs mitochondriaux ont été utilisés, le cytochrome b (Cyt-b) et D-Loop, pour étudier l'origine maternelle de cette race et sa relation phylogénétique au sein de la famille Ovis aries. Dans notre étude, le Cyt-b se révèle plus discriminant que le D-Loop. Des mouton d'Awassi analysé, quatre haplogroupes (HPG) du Moyen-Orient ont été trouvés avec l'analyse du Cyt-b : HPG A, B, C et E, ce dernier étant peu fréquent. De même, l’analyse de la super-séquence, alignement Cyt-b_D-Loop, a permis l’identification de l’HPG D, un HPG extrêmement rare et limité jusqu’à présent aux moutons à queue grasse tel que l’Awassi. Enfin, une expansion passée de la population est observée pour les HPG A, B et C (mais pas pour HPG E) avec les distributions incompatibles et des tests de neutralité négatifs significatifs. Dans l'ensemble, les résultats obtenus au cours de cette étude fournissent une caractérisation génétique complète ainsi que quelques idées sur la structure phylogéographique des populations de moutons de la race Awassi au Liban. / Livestock domestication represents a milestone in the history of mankind. Sheep was one of the first animals to be domesticated in the Fertile Crescent. These domestication events, probably initiated in the early Neolithic, have genetically built the contemporary races of the Middle East but also of the whole world. Sheep farming, mainly sheep of Awassi breed, represents an essential economic activity of Lebanon; however, so far, only very few genetic data exist on this breed. Nowadays, the molecular tools available allow us to define in details the genetic diversity of sheep populations and to trace their evolutionary history. Hence, the main objective of my PhD project was to genetically characterize the Awassi breed of Lebanon. For this study, 277 genomic DNA samples collected from Awassi sheep of Lebanon (n=254) and Syria (n=23) were analyzed. Initially, we used five endogenous retroviruses (endogenous Jaagsiekte sheep retrovirus-enJSRV) that are insertionally polymorphic within the genomes of domestic sheep (enJSRV-18, -7, -15, -16 and -22) and have been previously shown to be very informative mainly to genetically distinguish between primitive sheep from more modern breeds (i.e. the latter originating from the migratory episode involving sheep with improved production traits). Using this approach, our results show a predominance of the R2 retrotype (enJSRV-18 only) confirming that the Awassi sheep of Lebanon is a modern breed. As expected, the R4 retrotype (both enJSRV-18 and enJSRV-7), a common feature of the sheep populations present within the Mediterranean area, is also found in the Awassi sheep of Lebanon and to more extend in those of Syria. Interesting, the populations of Awassi sheep located in the northeast of Lebanon and thus having a more restricted access to the Mediterranean Sea than the other populations (i.e. due to the central mountain chain cutting the country in two) present R4 weaklier. Even though the origin of the animals used to establish the herds analyzed during this study is unknown, our results also provide some evidences that the mode of rearing (open or closed) may influence the observed retrotypes and in particular R4. Surprisingly, during this study, we also unveiled the presence of so-called “Solo-LTR” (i.e. generated by homologous recombination) for another enJSRV (enJSRV-6) that are predominant in two herds of a particular region of Lebanon (Nabatieh). As a complementary approach, two mitochondrial markers were used, the cytochrome b (Cyt-b) and D-Loop, to investigate the maternal origin of this breed and its phylogenetic relationship within the Ovis aries family. In our study, the Cyt-b turns out to be more discriminative than the D-Loop. From the Awassi sheep analyzed, four haplogroups (HPGs) of the Middle-East were found with Cyt-b analysis: HPG A, B, C and E, the latter being the least frequent. Also, the super-sequence analysis, Cyt-b_D-Loop alignment, allowed the identification of HPG D, an extremely rare HPG, limited till now to fat-tailed sheep such as Awassi. Finally, a past population expansion is observed for the HPG A, B and C (but not for HPG E) with mismatch distributions and significant negative neutrality tests. Overall, the results obtained during this study provide a comprehensive genetic characterization as well as some insights into the phylogeographic structure of the sheep populations of the Awassi breed in Lebanon.

La diatomée Haslea ostrearia a longtemps été considérée comme le seul organisme apte à produire un pigment surnuméraire bleu nommé marennine, connu pour son rôle dans le verdissement des branchies des huîtres affinées dans les bassins ostréicoles. Certains des mécanismes et facteurs influençant l'entrée de cette diatomée en phase de reproduction sexuée (auxosporulation) ont été mis en évidence, tels la concentration cellulaire, la qualité de l'éclairement incident, ou le préconditionnement des algues. La découverte dans le cadre d'un projet européen, de populations de diatomées apparentées à H. ostrearia en divers points du globe a conduit à la description et l'identification de trois nouvelles espèces de diatomées bleues : Haslea silbo sp. nov. des îles Canaries, Haslea karadagensis sp. nov., provenant de Mer Noire et Haslea provencialis sp. nov. de Méditerranée Occidentale. La première phylogénie moléculaire de ces espèces de diatomées bleues, ainsi que d'autres espèces de diatomées appartenant au genre Haslea, a été réalisée en utilisant trois marqueurs génétiques, la cassette ribosomale ITS1-5,8S-ITS2, le gène chloroplastique rbcL ainsi qu'un fragment du gène mitochondrial cox1. Ces trois marqueurs moléculaires montrent que les diatomées bleues forment un clade distinct au sein du genre Haslea. De plus, l'existence de deux populations d'H. ostrearia originaires des côtes françaises et suédoises sexuellement compatibles a permis d'étudier la variabilité génétique intraspécifique, en mettant en évidence quelques différences au niveau de la séquence du gène cox1. Ces différences ont également permis d'étudier chez la progéniture obtenue par croisements de ces populations, la répartition et l'héritabilité de l'ADN mitochondrial. Par ailleurs, la spectophotométrie UV-visible et la spectométrie Raman ont été utilisées pour poursuivre la caractérisation physico-chimique des pigments bleus de ces diatomées. L'existence de pigments distincts chez les nouvelles espèces de diatomées bleues a permis de proposer une première classification chimiotaxonomique. Enfin, les activités biologiques de la marennine et du pigment de l'espèce ukrainienne, H. karadagensis, ont été étudiées grâce à la détermination de leurs propriétés antibactériennes et antivirales.

Les mitochondries possèdent leur propre matériel génétique (ADN mitochondrial ou ADNmt) qui code pour des peptides interagissant avec ceux codés par l'ADN nucléaire pour former les complexes du système de transport des électrons (ETS) ainsi que l'ATP synthase qui participent au processus de phosphorylation oxydative (OXPHOS). Il a été suggéré que la sélection sur l'ADNmt peut mener à des haplotypes adaptés à différents environnements. Dans cette thèse, Drosophila simulans a été choisie pour examiner le potentiel adaptatif des divergences de l'ADN mitochondrial. Cette espèce présente trois haplogroupes (siII, siII et siIII) subdivisés avec approximativement 3% de divergences inter-haplogroupes mais n'ayant aucune subdivision nucléaire observée au niveau des loci codés par l'ADN nucléaire. Le principal objectif de ce travail était d'examiner le rôle de l'ADN mitochondrial sur l'établissement de caractères phénotypiques tel que le métabolisme mitochondrial des haplotypes siII et silll de Drosophila simulans et de déterminer le potentiel adaptatif des divergences du génome mitochondrial sur les propriétés fonctionnelles des mitochondries en fonction des variations de température. Le premier objectif était d'identifier les différences au niveau des performances mitochondriales et de la thermosensibilité associées à la divergence des mitotypes sill et silll de Drosophila simulans en évaluant l'activité des différentes enzymes de l'ETS à quatre températures différentes grâce à une approche in vitro (isolations mitochondriales). Nous avons montré que les différentes enzymes de l'ETS ont différentes thermosensibilités, ce qui peut mener à une distribution différente du contrôle de la respiration par les composantes de l'ETS et par les déshydrogénases en amont de l'ETS à différentes températures. Par exemple, nous avons détecté un excès apparent au niveau du complexe IV d'environ 604% et 613% pour sill et silll respectivement, mais seulement à basse température (12°C), ce qui nous a amené à penser que cela était dû à un dysfonctionnement des déshydrogénases à basse température. Le second volet de cette thèse reprenait les mêmes objectifs que le premier. Cependant, pour ce chapitre, une nouvelle méthode (approche in situ) a été développée sur des fibres musculaires perméabilisées en utilisant un protocole en respirométrie à haute résolution. Nous avons montré, et ce pour la première fois, que l'approche in situ est très appropriée pour évaluer les performances mitochondriales chez des invertébrés et serait même plus pertinente que l'approche in vitro. De plus hautes capacités catalytiques des complexes de l'ETS ont été détectées à 24°C pour le mitotype siII. Cette capacité catalytique plus élevée pour siII peut lui donner un avantage en termes d'intensité du métabolisme aérobie, d'endurance, ou des deux si l'intensité de l'exercice qui peut être effectué au niveau aérobique est dictée par la capacité aérobique du tissu. De plus, les résultats obtenus sur la thermosensibilité ont montré que même si la température affecte les capacités catalytiques des différentes enzymes de l'ETS, les mitotypes sill et silll ont une grande tolérance aux variations de température. Le troisième volet de cette thèse se concentrait sur l'évaluation du potentiel adaptatif des divergences de l'ADNmt aux quatre températures déjà testées dans les chapitres précédents en utilisant des introgressions. Les performances mitochondriales des haplotypes ainsi créés (sill-introgressé et siIII-contrôle) ont ensuite été mesurée avec l'approche in situ. Nos résultats ont montré que les capacités catalytiques des différentes enzymes de l'ETS dans les organismes introgressés (sill-introgressé) étaient quasiment similaires à celles détectées dans le mitotype sill, du moins à 24°C. De plus, les différences entre sill et silll détectées à 24°C dans le second volet se retrouvent aussi entre sill-introgressé et siIII-contrôle, dénotant que les propriétés fonctionnelles des mitochondries sont principalement conférées par l'ADN mitochondrial. Cependant, l'impact de la température divergeait entre sill-introgressé et silIl-contrôle, principalement au niveau de l'excès apparent de COX à 12°C (excès d'environ 193% pour silIl-contrôle, mais pas d'excès pour sill-introgressé) et au niveau des coefficients de température (Q10) mesurés entre 12 et 18°C. Il est donc possible que les interactions entre ADN nucléaire et ADN mitochondrial soient nécessaires pour permettre aux organismes de faire face aux variations de température. C'est, selon nos connaissances, l'une des premières démonstrations claires du potentiel adaptatif de différents ADNmt sur les propriétés fonctionnelles des mitochondries. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : respiration mitochondriale, système de transport des électrons, interactions mitonucléaires, ADNmt, température.

Thèse de doctorat : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie : Strasbourg 1 : 2007. / Thèse soutenue sur un ensemble de travaux. Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 152-162.

Les mitochondries sont les organites qui produisent la quasi-totalité de l'énergie consommée par les cellules animales. Une de leurs particularités est de posséder leur propre génome (ADN mitochondrial ou ADNmt) qui, avec la collaboration indispensable du génome du noyau (ADNnu), code pour les enzymes responsables de la production d'énergie. Pour que ces organites fonctionnent adéquatement, la co-adaptation des génomes nucléaire et mitochondrial a donc été fortement sélectionnée au cours de l'évolution. Chez les animaux, l'ADNmt est, contrairement à l'ADNnu, transmis uniquement par la mère. L'hypothèse principale pour expliquer cette transmission maternelle est qu'en ayant un seul type d'ADNmt, la cellule évite un conflit génomique dans l'association intime entre les protéines codées par l'ADNnu et l'ADNmt. Autrement dit, la sélection naturelle doit nécessairement prévenir toute modification du dialogue entre les mitochondries et le noyau, ce qui risquerait de provoquer l'apparition de phénotypes indésirables. Exceptionnellement, un seul système mitochondrial «défie» les lois naturelles de transmission des mitochondries chez les animaux, soit celui observé chez les moules marines et d'eau douce. Les espèces possédant ce système atypique, qui est désigné sous le nom de double transmission uniparentale (doubly uniparental inheritance ou DUI), sont caractérisées par la présence de 2 ADNmt distincts qui sont hérités de façon maternelle (ADNmt F) ou paternelle (ADNmt M). Généralement, les femelles ne contiennent que le génome F, tandis que les mâles contiennent le génome F dans leurs tissus somatiques et le génome M dans leur gonade. Les divergences observées entre les ADNmt F et M chez les moules peuvent atteindre plus de 20%. Les produits des deux différents ADN mitochondriaux peuvent-ils interagir normalement avec les protéines d'un seul système génétique nucléaire (en raison de la co-adaptation intergénomique), ou certaines fonctions mitochondriales ont-elles été compromises dans une ou l'autre des lignées (c'est-à-dire, lignée paternelle M ou maternelle F)? Le grand attrait du système de double transmission uniparentale est qu'il est le seul modèle animal où deux variantes mitochondriales fortement divergentes coexistent et s'adaptent simultanément à un génome nucléaire. Cette situation se traduit probablement par la conservation d'une intégrité relative de certaines portions du génome mitochondrial afin de maintenir une cohésion fonctionnelle dans les interactions structurales entre les peptides mitochondriaux et nucléaires. L'objectif principal de mon doctorat était d'étudier l'évolution moléculaire des génomes mitochondriaux F et M chez les espèces du genre Mytilus et de vérifier si les gènes nucléaires et les gènes F et M mitochondriaux qui interagissent pour former le système de la phosphorylation oxydative co-évoluent. Spécifiquement, l'objectif premier du chapitre 1 a été d'analyser les ADNmt M et F complets chez trois espèces de moules marines (Mytilus edulis, M trossulus, et M galloprovincialis) afin de vérifier si leur évolution dans un environnement nucléaire commun (ou différent) se traduit par la conservation (ou non) de certaines de leurs portions (c'est-à-dire, évolution congruente des génomes M et F). Pour ce faire, les ADNmt ont été amplifiés par PCR et séquencés à l'aide d'un séquenceur d'ADN automatique. Les principaux résultats ont effectivement démontré que le fait de co-exister dans un même environnement nucléaire contraint les ADNmt F et M à expérimenter des pressions sélectives similaires, ce qui se traduit par une évolution congruente des différentes portions des ADNmt M et F (c'est-à-dire la corrélation positive des patrons de taux de substitution protéiniques). L'objectif du chapitre 2 a été de déterminer, chez les spermatozoïdes, si le remplacement d'un génome M par un génome F avait un effet sur les capacités métaboliques des mitochondries. L'étude visait à déterminer si la co-évolution du génome nucléaire avec deux types d'ADNmt différents avait été favorisée dans une où l'autre des lignées. Pour ce faire, des dosages enzymatiques (activité des complexes mitochondriaux I+Ill, II et IV et de la citrate synthase) ont été réalisés par spectrophotométrie. Les résultats ont démontré que la combinaison «ADNmt récemment-masculinisé -ADNnu» (qui est essentiellement une combinaison ADNmtF -ADNnu) performe mieux au niveau enzymatique que la combinaison «ADNmt M -ADNnu». Le troisième volet a été consacré à l'étude de l'évolution moléculaire des protéines interactives du système énergétique (c'est-à-dire, produits nucléaires et mitochondriaux en contact physique) afin de vérifier si les portions génétiques qui interagissent co-évoluent. Pour ce faire, le gène nucléaire codant pour le transporteur mobile d'électron cytochrome c (CYC) et des gènes mitochondriaux et nucléaires codant pour des sous-unités protéiques des complexes III (ADNmt = CYTB; ADNnu = C3S6) et IV (ADNmt = COX1 et COX2; ADNnu = COX4) du système de la phosphorylation oxydative ont été amplifiés par PCR et séquencés à l'aide d'un séquenceur d'ADN automatique. Les données moléculaires semblent démontrer que la co-évolution entre le génome F et le génome nucléaire est mieux couplée, ce qui vient appuyer les résultats enzymatiques du chapitre 2. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : ADN mitochondrial, Génomique comparative, ADN nucléaire, Mytilus, Co-évolution intergénomique.