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Knowing the sequence specificities of transcription factors allows us to surmise their functions and establish their regulatory roles in genomes. The most common DNA-binding domain among eukaryotic transcription factors is the Cys2His2 zinc finger domain; however, despite their prevalence, the specificities of the majority of Cys2His2 zinc finger proteins remain unknown due to the difficulty in assaying them. My objective was to develop a new phage displayed-based assay, in which individual Cys2His2 domains are displayed on phage in an otherwise constant three-finger protein scaffold. In Chapter 2, I discuss evidence for the modularity of the Cys2His2 domain, since my assay requires that zinc fingers be modular. In Chapter 3, I describe my results on the development of this phage display-based assay. This work provides support for a new strategy to determine the specificities of individual zinc fingers, which can be used to infer specificities for multi-finger Cys2His2 proteins.

Knowing the sequence specificities of transcription factors allows us to surmise their functions and establish their regulatory roles in genomes. The most common DNA-binding domain among eukaryotic transcription factors is the Cys2His2 zinc finger domain; however, despite their prevalence, the specificities of the majority of Cys2His2 zinc finger proteins remain unknown due to the difficulty in assaying them. My objective was to develop a new phage displayed-based assay, in which individual Cys2His2 domains are displayed on phage in an otherwise constant three-finger protein scaffold. In Chapter 2, I discuss evidence for the modularity of the Cys2His2 domain, since my assay requires that zinc fingers be modular. In Chapter 3, I describe my results on the development of this phage display-based assay. This work provides support for a new strategy to determine the specificities of individual zinc fingers, which can be used to infer specificities for multi-finger Cys2His2 proteins.

Afin de survivre dans un environnement fluctuant, les plantes ont développé la capacité de percevoir et de répondre à des stimuli externes divers et parfois extrêmes. Les sollicitations mécaniques jouent un rôle important au cours du développement des plantes et un nombre croissant d’études s’intéresse à la mécanoperception. Le dessin de la voie de signalisation entre la perception du signal et la régulation des gènes précoces reste incertain. Un modèle de la mécanoperception, proposant que la variable mécanoperçue soit la déformation de la membrane, a été vérifié à l’échelle de la plante entière mais doit être validé au niveau cellulaire. Pour cela, et afin d’identifier les acteurs moléculaires précoces de la réponse à la sollicitation mécanique, nous avons analysé la régulation du gène mécanosensible PtaZFP2 sur cultures cellulaires de peuplier. Le gène PtaZFP2 appartient à la famille multigénique des Q-type C2H2-ZFPs codant des facteurs de transcription putatifs et comprenant 16 membres chez le peuplier. Une analyse phylogénétique et l’analyse de l’expression de ces gènes en réponse à différents stress abiotiques ont montré l’existence de deux groupes phylogénétiques. Ils se différencient par des doigts de zinc caractéristiques et deux nouveaux motifs protéiques (MALEAL et LVDCHY) spécifiques à chacun des groupes. Cette étude nous a également permis d’identifier un autre gène, PtaZFP1, proche phylogénétiquement de PtaZFP2 et fortement induit par une flexion. Après avoir mis au point un système de sollicitation mécanique sur cultures cellulaires, nous avons démontré l’implication du calcium, des calmodulines, des jasmonates et du H2O2 dans l’induction précoce du gène PtaZFP2 par un signal mécanique. Nos travaux suggèrent également l’existence d’une interaction entre la NADPH oxydase (enzyme impliquée dans la production d’EAO) et les calmodulines en amont de PtaZFP2. Finalement, des résultats préliminaires suggèrent une localisation nucléaire de cette protéine et une accumulation transitoire au sein des tiges 2h après une flexion. Les outils moléculaires produits au cours de ce travail (anticorps, protéines recombinantes) permettront de comprendre le rôle de PtaZFP2 dans cette voie de signalisation. / The ability of plants to perceive and respond to various and even extreme environmental stimuli is crucial for their survival in a fluctuant environment. Mechanical solicitations play a key role during plant development and an increasing number of studies are dedicated to mechanosensing. The way how plants sense mechanical signals and bring about the changes in gene expression is still unknown. Recently, a model of mechanosensing, suggesting that the physical variable perceived by cells is the plasma membrane strain, has been confirmed at the whole plant scale but remains to be validated at the cellular level. In this aim and to identify the molecular components involved in the early steps of the mechanical signaling pathway, the regulation of the mechanosensitive gene PtaZFP2 was analyzed in poplar cells cultures. The mechanosensitive PtaZFP2 gene belongs to the multigenic Q -type C2H2 -ZFPs family encoding putative transcription factors, consisting of 16 members in poplar. A phylogenetic study and the expression analysis of several of these genes in response to abiotic stresses, allowed us to detect two phylogenetic groups. These two groups are distinguished essentially on their different signatures of their two zinc finger domains and on the two additional conserved motifs MALEAL and LVDCHY, specific to each phylogenetic group. Another gene of the Q -type C2H2 -ZFP family, PtaZFP1, related to PtaZFP2, was shown to be regulated by bending. After several adjustments to apply a mechanical solicitation to cells cultures, such treatments revealed the involvement of calcium, calmodulins, jasmonic acid and H2O2 in the rapid induction of PtaZFP2 gene expression in response to mechanical stress. Furthermore, our data showed an interaction between an NADPH oxidase enzyme (involved in ROS production) and calmodulins upstream of PtaZFP2. Finally, preliminary results suggested a nuclear localization of PtaZFP2 and a transient accumulation of this protein in the stem 2 hours after bending. The molecular tools that have been produced during this work (antibody, recombinant protein) will be used to study the role of PtaZFP2 in the mechanical signaling pathway.

Pour se développer en conditions naturelles, les végétaux doivent percevoir les sollicitations mécaniques qu'ils subissent et acclimater leur croissance. Au cours de ce travail, nous avons cherché à valider un modèle intégratif de la mécanoperception, chez le peuplier. Nous avons montré que l'application d'une flexion induit une expression rapide et transitoire de gène PtaZPF2, ainsi qu'une augmentation de la croissance en diamètre des tiges pendant plusieurs jours au niveau de la zone fléchie. La mise en évidence d'une corrélation linéaire entre les sommes de déformations appliquées et ces deux réponses locales a permis de valider le modèle " somme des déformations". Nous avons également démontré que l'application de fréquences de sollicitation faibles induit une acclimatation rapide des plantes et qu'il existe une période de désensibilisation. Enfin, des peupliers surexprimant PtaZFP2 ont été produits. Ces derniers présentent une inhibition de croissance longitudinale.

Phylogenetic inference relies heavily on statistical models that have been extended and refined over the past years into complex hierarchical models to capture the intricacies of evolutionary processes. The wealth of information in the form of fully sequenced genomes has led to the development of methods that are used to reconstruct the gene and species evolutionary histories in greater and more accurate detail. However, genes are composed of evolutionary conserved sequence segments called domains, and domains can also be affected by duplications, losses, and bifurcations implied by gene or species evolution. This thesis proposes an extension of evolutionary models, such as duplication-loss, rate, and substitution, that have previously been used to model gene evolution, to model the domain evolution. In this thesis, I am proposing DomainDLRS: a comprehensive, hierarchical Bayesian method, based on the DLRS model by Åkerborg et al., 2009, that models domain evolution as occurring inside the gene and species tree. The method incorporates a birth-death process to model the domain duplications and losses along with a domain sequence evolution model with a relaxed molecular clock assumption. The method employs a variant of Markov Chain Monte Carlo technique called, Grouped Independence Metropolis-Hastings for the estimation of posterior distribution over domain and gene trees. By using this method, we performed analyses of Zinc-Finger and PRDM9 gene families, which provides an interesting insight of domain evolution. Finally, a synteny-aware approach for gene homology inference, called GenFamClust, is proposed that uses similarity and gene neighbourhood conservation to improve the homology inference. We evaluated the accuracy of our method on synthetic and two biological datasets consisting of Eukaryotes and Fungal species. Our results show that the use of synteny with similarity is providing a significant improvement in homology inference. / <p>QC 20160904</p>

Atoms construct the molecules and molecules construct the material substances (with the exceptions as well, e.g.., metals, where atoms directly construct the material substances). Intermolecular interactions play an important role in most of the branches of sciences, ranging from material sciences to biological sciences. Van der Waals interactions are weak intermolecular interactions while hydrogen bonding varies in strength from weak to strong (1 to 40 kcal/mol). The present work focuses on applying some theoretical methods (ab initio and Atoms in Molecules theory) on these interactions to differentiate them with physically meaningful parameters such as hydrogen bond radii and atoms in molecules theory parameters. 1)Defining and calculating H-bond radii have been done using atoms in molecules theory approach which can explain ruling out the presence or absence of an H-bond in an intermolecular interaction. 2) A blue-shift of 200 cm-1 for a weakly bound complex is unprecedented. Our studies on weakly bound complexes showed the blue-shift of 200 cm-1 for H3C•••CIF and shift has been found to be purely from the mixing of normal modes and not because of an interaction. 3)Methane, a symmetric top molecule can act both as H-bond acceptor and donor. The present work shows that methane is rather a better H-bond acceptor than a donor and all the calculated parameters are in favor of this description. 4) Microwave spectrometer is an ultimate tool (at least at present) for structural characterization of the weakly bound complexes accurately. The rotational spectrum of the weakly bound isotopomer weakly bound complexes accurately. The rotational spectrum of the weakly bound isotopomer 13CC5H6•••Ar, which is a symmetric top and gives only “B” rotational constant. Moreover, the A rotational constant of the complex is the same as the rotational constant for 13CC5H6, which has no dipole moment. C2H2 molecule is an astrophysically important molecule as it is present in asymptotic giant branch and T-type stars (Teff<3000K). Due to its various infrared active vibrational modes, C2H2 is one of the most important sources in cool stars. The production of C2H2 infrared spectroscopic data at high temperature is therefore essential to trace back physical characteristics of these objects and to model the radiative transfer in their envelope. The databases such as “HITRAN”, do not have enough data available for stimulating high temperature spectra. Keeping all these objectives in mind, high temperature emission spectrum of acetylene has been recorded around 3µm region of acetylene.

Afin de survivre dans un environnement fluctuant, les plantes ont développé la capacité de percevoir et de répondre à des stimuli externes divers et parfois extrêmes. Les sollicitations mécaniques jouent un rôle important au cours du développement des plantes et un nombre croissant d'études s'intéresse à la mécanoperception. Le dessin de la voie de signalisation entre la perception du signal et la régulation des gènes précoces reste incertain. Un modèle de la mécanoperception, proposant que la variable mécanoperçue soit la déformation de la membrane, a été vérifié à l'échelle de la plante entière mais doit être validé au niveau cellulaire. Pour cela, et afin d'identifier les acteurs moléculaires précoces de la réponse à la sollicitation mécanique, nous avons analysé la régulation du gène mécanosensible PtaZFP2 sur cultures cellulaires de peuplier. Le gène PtaZFP2 appartient à la famille multigénique des Q-type C2H2-ZFPs codant des facteurs de transcription putatifs et comprenant 16 membres chez le peuplier. Une analyse phylogénétique et l'analyse de l'expression de ces gènes en réponse à différents stress abiotiques ont montré l'existence de deux groupes phylogénétiques. Ils se différencient par des doigts de zinc caractéristiques et deux nouveaux motifs protéiques (MALEAL et LVDCHY) spécifiques à chacun des groupes. Cette étude nous a également permis d'identifier un autre gène, PtaZFP1, proche phylogénétiquement de PtaZFP2 et fortement induit par une flexion. Après avoir mis au point un système de sollicitation mécanique sur cultures cellulaires, nous avons démontré l'implication du calcium, des calmodulines, des jasmonates et du H2O2 dans l'induction précoce du gène PtaZFP2 par un signal mécanique. Nos travaux suggèrent également l'existence d'une interaction entre la NADPH oxydase (enzyme impliquée dans la production d'EAO) et les calmodulines en amont de PtaZFP2. Finalement, des résultats préliminaires suggèrent une localisation nucléaire de cette protéine et une accumulation transitoire au sein des tiges 2h après une flexion. Les outils moléculaires produits au cours de ce travail (anticorps, protéines recombinantes) permettront de comprendre le rôle de PtaZFP2 dans cette voie de signalisation.

Dans cette thèse, la dynamique de photodissociation de l'azoture de chlore (ClN3) est étudiée dans le domaine temporel par imagerie de vecteur vitesse des photofragments, spécialement du chlore et de N3. Cette imagerie résolue à l'échelle femtoseconde permet d'extraire les temps de dissociation, l'établissement temporel de la balance d'énergie de la réaction ainsi que la conservation des moments. Cette étude a permis de différencier deux domaines d'énergie: l'un menant à la formation d'un fragment N3 linéaire (étude autour de 4.5 eV d'excitation électronique) et le plus intéressant aboutissant à la formation d'un fragment N3 cyclique (autour de 6 eV). Dans une seconde étude, la dynamique de relaxation électronique du tétrathiafulvalène (C6H4S4-TTF) est étudiée autour de 4 eV par spectroscopie de masse résolue en temps ainsi que par spectroscopie de photoélectron. Les seuils d'ionisation dissociative sont extraits d'une détection en coïncidence entre les photoélectrons de seuil et les fragments ionisés réalisée sur rayonnement synchrotron. Les deux dernières expériences sont basées sur la génération d'harmoniques d'ordre élevé dans l'XUV d'une impulsion femtoseconde à 800 nm ou à 400 nm. Dans la première expérience, les harmoniques sont couplées à un imageur de vecteur vitesse en tant que rayonnement secondaire VUV. Par imagerie de photoélectron résolue en temps, nous avons révélé ainsi les dynamiques de relaxation des états de Rydberg initiée par une impulsion femtoseconde XUV à 15.5 eV dans l'argon et à 9.3 eV dans l'acétylène. Dans la seconde expérience, couramment nommée spectroscopie attoseconde, les harmoniques constituent le signal pompe sonde. Deux types de spectroscopie attoseconde ont été réalisés pour étudier la dynamique vibrationnelle de SF6: une expérience en réseau transitoire créé par deux impulsions pompe Raman avec une impulsion sonde intense générant les harmoniques à partir du réseau d'excitation et une expérience d'interférence de deux rayonnement XUV en champ lointain créés par deux impulsions sonde intenses.