Les cyanobactéries ont développé des mécanismes de photo-protection pour se prémunir des dommages causés par un excès de lumière. L’un d’eux repose sur l’activité de l’Orange Caroténoïde Protéine (OCP), protéine soluble qui attache un kéto-caroténoïde, l’hydroxy-echinenone. Sous illumination, l’OCP se photo-convertit en forme active et interagit avec les phycobilisomes pour dissiper l’énergie collectée sous forme de chaleur. En conséquence, l’énergie d’excitation reçue par les centres réactionnels et la fluorescence du complexe photosynthétique diminuent. L’OCP a aussi la faculté de neutraliser l’oxygène singulet pour lutter contre la photo-oxydation. J’ai développé un système d’expression hétérologue pour reconstituer la voie de biosynthèse de cette protéine dans E.coli. Ce système permet l’obtention d’une grande quantité d’OCP liant son caroténoïde in vivo. Grâce à ce système robuste et rapide, les OCPs de trois cyanobactéries : Synechocystis, Arthrospira et Anabaena ont été produites, liant différents caroténoïdes. Toutes les OCPs recombinantes sont photo-actives et capables de quencher la fluorescence des phycobilisomes in vitro. Elles possèdent toutes la faculté de neutraliser l'oxygène singulet quel que soit le caroténoïde lié. Ce système d'expression hétérologue nous a permis d’élucider les déterminants structurels impliqués dans la photo-activation et la structure de la forme active de l’OCP. Il constitue une avancée fondamentale dans l'étude des protéines à caroténoïde et dans la production d'antioxydants solubles qui présentent un grand intérêt pour l’industrie de la santé. / Cyanobacteria have developed some photo-protective mechanisms to protect themselves from stress caused by excess light. One of them relies on the activity of the soluble Orange Carotenoid Protein (OCP) that binds a keto-carotenoid, the hydroxyechinenone. Under illumination, the OCP gets photo-converted to an active form and can interact with phycobilisomes to dissipate the collected energy as heat. Consequently, the excitation energy arriving at the photosynthetic reaction centers and the phycobilisome fluorescence emission decrease. The OCP can also quench the singlet oxygen to fight against photo-oxidation. I developed a heterologous expression system in which the biosynthetic pathway of the OCP is built in E.coli. The expression system allows the production of a large amount of OCP binding its carotenoid in vivo. Thanks to this robust and fast expression system, OCPs from three different cyanobacteria: Synechocystis, Anabaena and Arthrospira were produced, binding different carotenoids. All recombinant OCPs are photoactive and able to induce a large phycobilisome fluorescence quenching. Moreover, they all have the ability to quench the singlet oxygen, whatever the bound carotenoid. This heterologous expression system allowed us to elucidate the structural determinants involved in the photo-activation and structure of the active form of the OCP. This work represents a fundamental advance in the study of caroteno-proteins and in the production of others soluble antioxidants that are of great interest to the health industry.

La tomate est le deuxième légume le plus consommé dans le monde et la plus grande partie est consommée sous forme transformée. La tomate d’industrie est typiquement une culture exigeante en eau. La production se situe majoritairement en zone méditerranéenne, confrontée à des périodes de sécheresse de plus en plus fréquentes, et contrainte, dans le contexte de changement climatique, à réduire le prélèvement des ressources en eau pour son agriculture. L’eau est un facteur majeur qui impacte le rendement et la qualité des tomates et il y a donc un lien direct entre l’amont agricole (production), et l’aval industriel (transformation). Bien que des travaux visant à mieux comprendre les liens pré-post-récolte existent, mieux adapter la production face aux contraintes climatiques en évolution reste un challenge pour la filière, et c’est dans ce cadre que ce situe ce travail de thèse. Dans ce contexte, l’objectif de la thèse était d’analyser au cours de la chaine de production et de transformation, l’impact de facteurs agronomiques et technologiques sur la qualité des purées de tomate, et d’identifier au cours de cette chaine des leviers pour améliorer la qualité gustative, nutritionnelle et environnementale du produit fini. Etant donné cet objectif, ce travail a été construit pour analyser 1) quels sont les principaux facteurs agronomiques et technologiques responsables de la variabilité de la qualité des fruits frais et transformés au sein des zones de production françaises de tomates d’industrie ; 2) quels sont les effets de la variété, des apports en eau, du stade de développement, et du procédé sur la qualité des fruits frais et leur aptitude à la transformation ; 3) Quels sont les processus responsables des modifications des propriétés rhéologiques des purées. Nos résultats ont montré des différences de qualité des fruits et des produits finis entre les deux grandes régions de production françaises de tomates d’industrie en 2015. Le choix du cultivar et des pratiques, comme la densité de plantation ou la durée du cycle de production, étaient responsables de ces différences. En l’absence de déficit hydrique, les différences climatiques (amplitudes thermiques et cumul de précipitations) n’ont pas semblé être un facteur majeur de variation. L’exploration des liens pré-post-récoltes a ensuite confirmé que les critères à la récolte couramment utilisés (rendement et °Brix) renseignaient peu sur l’aptitude à la transformation des tomates. De plus, nous avons montré que diminuer l’irrigation jusqu’à ne remplacer que 60 % de l’évapotranspiration des plantes n’a que très peu affecté le rendement en fruit frais, et a augmenté le rendement en matière sèche jusqu’à +27%, ce qui est positif pour l’usine. L’efficience de l’utilisation de l’eau d’irrigation a ainsi été augmentée d’en moyenne 20% sur tout le cycle. La composition de la matière sèche des fruits à la récolte n’a pas été significativement affectée par le déficit hydrique en 2016. En revanche, lorsque ces mêmes fruits ont été transformés selon des procédés industriels, le déficit hydrique a amélioré la viscosité de la purée sans affecter sa couleur. Il a également limité la perte de viscosité obtenue lorsque le procédé possède une phase de macération à basse température (Cold Break (CB)). Ce résultat a suggéré que la réactivité enzymatique des tissus a été réduite. En revanche, un stress hydrique plus drastique en 2017 a induit des fortes différences de teneur en matière sèche. Comme les purée sont concentrée à la même teneur en SSC, alors les purée WD, où moins d’eau a été éliminée, montre une viscosité plus faible. La maitrise de la matière sèche n’est pas le seul facteur affectant la rhéologie des purées. C’est un phénomène complexe dépendant de plusieurs facteurs. / Tomato is the second most consumed vegetable in the world and most of it is consumed in processed form. The industry tomato is typically a demanding crop in water. Production is mainly in the Mediterranean zone, facing increasingly frequent periods of drought, and constrained, in the context of climate change, to reduce the withdrawal of water resources for its agriculture. Water is a major factor affecting the yield and quality of tomatoes, so there is a direct link between upstream agriculture (production) and industrial downstream (processing). Although works to better understand pre-post-harvest links exists, better adapting production to changing climatic constraints remains a challenge for the industry, and it is in this context that this thesis work is located. In this context, the objective of the thesis was to analyze during the chain of production and processing, the impact of agronomic and technological factors on the quality of tomato purées, and to identify during this chain levers to improve the taste, nutritional and environmental of the finished product. Given this objective, this work was constructed to analyze 1) what are the main agronomic and technological factors responsible for the variability of the quality of fresh and processed fruit within the French production areas of industrial tomatoes; 2) what are the effects of variety, water supply, stage of development and process on the quality of fresh fruits and their suitability for processing; 3) what are the processes responsible for the changes in the rheological properties of the purees. Our results showed differences in the quality of fruit and processed products between the two major French industrial tomato production regions in 2015. The choice of cultivar and practices, such as planting density or production cycle time, were responsible for these differences. In the absence of a water deficit, climatic differences (thermal amplitudes and cumulative precipitation) did not seem to be a major factor of variation. Exploration of pre-post-harvest links then confirmed that the commonly used harvest criteria (yield and °Brix) provided little information on the processing ability of tomatoes. In addition, we have shown that decreasing irrigation to replace only 60% of plant evapotranspiration has had little effect on the yield of fresh fruit, and has increased dry matter yield to + 27%, which is positive for the plant. The efficiency of the use of irrigation water has thus been increased by an average of 20% over the entire cycle. The composition of the dry matter of the fruits at harvest was not significantly affected by the water deficit in 2016. On the other hand, when these same fruits were transformed according to industrial processes, the water deficit improved the viscosity of the purees without affecting its color. It also limited the loss of viscosity obtained when the process has a low temperature maceration phase (Cold Break (CB)). This result suggested that the enzymatic reactivity of the tissues was reduced. On the other hand, more drastic water stress in 2017 led to significant differences in dry matter content. As the purees are concentrated to the same SSC content, then the WD purees, which less water has been removed, shows a lower viscosity. The mastery of the dry matter is not the only factor affecting the rheology of purees. It is a complex phenomenon depending on several factors. Indeed, when the differences in viscosity are induced by the cooking method, it is mainly the viscosity of the serum (liquid part of the mash) that is involved. When the viscosity variations are induced by the use of Variety with a high potential for viscosity (Ketchup tomato), it is the size and shape of the particles and their aggregation potential that are involved.

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

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2018-2019 / Les apocaroténoïdes volatils sont des composés à l’arôme fruité qui contribuent de façon positive à la flaveur des fruits et à la fragrance des fleurs. La régulation de la production de ces composés dans les plantes est encore peu comprise. Ce projet visait à identifier des gènes clés impliqués dans le sentier de production des apocaroténoïdes, dans le but ultime d’améliorer l’arôme des fruits. Chez les tomates, SlCCD1 (Carotenoid Cleavage Dioxygenase 1), malgré sa localisation cytosolique, était considérée comme l’enzyme responsable d’effectuer le clivage oxydatif des caroténoïdes situés dans les plastes afin de libérer des apocaroténoïdes. Cependant, l’étude de lignées de tomates transgéniques et de fleurs de Viola odorata démontre que CCD1 n’est pas une enzyme clé dans la synthèse des apocaroténoïdes chez les fleurs et les fruits et que la présence d’enzymes capables d’accéder aux caroténoïdes est nécessaire. Ces enzymes peuvent être des CCDs localisées dans les plastes, comme VoCCD4 et VoCCD1-like chez V. odorata, ou des lipoxygénases comme TomloxC chez la tomate, capables de co-oxyder les caroténoïdes lors de l’oxydation des acides gras. L’accumulation des caroténoïdes dans les plastes ayant un impact important sur la nature des apocaroténoïdes produits, la synthèse de ces précurseurs a également été étudiée. L’analyse génétique de tomates qui présentent une accumulation anormale du lycopène a mis en évidence l’importance du gène de la phytoène synthase 1 (PSY1) dans le sentier et la façon dont différentes variations structurelles dans ses séquences promotrices et codantes peuvent affecter la couleur des fruits. Le phénotype des cultivars bicolores est notamment causé par une baisse vraisemblable de l’efficacité de la traduction de PSY1 due à une délétion dans sa région 5’UTR, tandis que les cultivars jaunes ry sont le résultat d’une perte de fonction de PSY1 suite à réarrangement complexe en aval du gène. Ces connaissances sur la synthèse des caroténoïdes et des apocaroténoïdes seront utiles afin d’améliorer l’arôme des tomates et de nombreuses autres espèces cultivées. / Volatile apocarotenoids are molecules with a fruity aroma that have a significant impact on the flavor of fruits and the fragrance of flowers. Despite their importance, the regulation of their synthesis in plants in still not fully understood. The main objective of this thesis was to identify key genes involved in the apocarotenoid pathway in order to ultimately improve the aroma of fruits. In tomatoes, SlCCD1 (Carotenoid Cleavage Dioxygenase 1), even if localized in cytosol, was considered the enzyme responsible for the oxidative cleavage of plastid-localized carotenoids. Analyses of transgenic tomato lines and Viola odorata flowers demonstrate that CCD1 is not a key enzyme in apocarotenoid synthesis in flowers and fruits, and that plastidial enzymes are associated with the production of apocarotenoid volatiles. In tomato, the lipoxygenase C co-oxidizes carotenoids while performing fatty acid oxidation. In V. odorata flowers, the considerable production of ionones correlates with the high expression of plastid-localized CCDs such as VoCCD4 and VoCCD1-like. Since carotenoid accumulation in plastid has an important impact on the nature of the apocarotenoids produced, our attention was also drawn to their synthesis. Genetic analysis of tomatoes that show unusual lycopene accumulation demonstrated the importance of the phytoene synthase 1 (PSY1) gene in the pathway, and the way different structural variation in its promoter or coding sequences can affect fruits color. Bicolor cultivars phenotype is notably due to a likely decrease of PSY1 translation efficiency caused by a deletion in the PSY1 5’UTR region. Similarly, yellow cultivars are the result of structural variations in the first or last exon of PSY1. This knowledge on carotenoid and apocarotenoid synthesis will be useful in order to improve the flavor of tomatoes and many other cultivated species.

Résumé : L'aclonifen est un herbicide appartenant à la famille chimique des diphényléthers, avec une substitution spécifique, ne portant que sur un des phényles et rassemblant un Cl, un NO3 mais aussi NH2 qui semble intervenir dans le mode d'action. L'étude des symptômes herbicides de cette molécule sur divers types de plantes puis celle de sur mode d'action biochimique et cellulaire fait apparaitre des mécanismes d'atteinte originaux. Pour la même concentration deux phénomènes ont lieu : la voie de synthèse des caroténoïdes des plastes est inhibée et il y a une émission d'O21- découlant de l'excitation lumineuse de la protoporphyrine IX issue du blocage de la voie de biosynthèse de la chlorophylle. Ces deux types d'effet sont, en théorie, complémentaires car ils rassemblent la production de radicaux toxiques pour les membranes biologiques et la suppression de la biosynthèse de composés protégeant celles-ci. Le comportement agronomique de cet herbicide a été étudié sur des systèmes simplifiés en serre et en salle conditionnée sur plusieurs végétaux cultivés dont le tournesol, le maïs et le colza et sur plusieurs de leurs plantes adventices majeures (vulpin, moutarde blanche, chénopode,...). Sa capacité de pénétration dans ces plantes, par les racines d'une part, et par les parties aériennes, de l'autre a été comparée en utilisant l'aclonifen 14C. Cette étude fait apparaitre qu'une intense pénétration est possible par les deux voies, avec des flux qui dépendent évidemment de la formulation. Ce comportement est lié à la forte lipophilie de cette molécule, qui a été vérifiée et indique un log P proche de 3,7, plus réaliste que la valeur de 4,37 indiquée initialement. Pour cet herbicide dont l'espace-cible se limite aux parties aériennes, la voie d'application agronomique la plus favorable est celle d'un traitement du sol, en prélevée. L'herbicide, absorbé sur les horizons très superficiels du sol subit un équilibre de partition avec l'eau du sol d'où il pénètre dans les racines.Nous avons tenté d'élaborer un système simple d'évaluation de la sensibilité des plantes étudiées en considérant 4 sites impliqués dans l'ensemble du processus : 1) la concentration " critique" de l'espaces cible (les feuilles) qui correspond à la valeur minimale pour obtenir l'effet létal [C]c, 2) le rapport des concentrations entre racines et feuilles qui témoigne d'un facteur de transfert T, 3) la capacité de la racine à concentrer l'herbicide à partir d'un sol A et, 4) la capacité de la plante à inactiver la matière active M. On peut regrouper ces 4 facteurs pour évaluer la concentration " critique" de l'herbicide dans le sol par une formule de type. . Les valeurs obtenus pour [C]s sont semblables pour un grand nombre d'adventices étudiées, malgré des différences nettes du [C]c. Le tournesol bénéficie d'une sélectivité puissante dont nous avons montré qu'elle est issue d'une capacité très active de conjugaison de l'herbicide, d'un potentiel de ségrégation racinaire également remarquable et d'un effet de positionnement, associé à la présence d'une racine-pivot dont le rôle dans l'absorption de l'eau pourrait expliquer ce phénomène. Mots clés : Aclonifen, mode d'action, chlorophylles, caroténoïdes, sélectivité, pénétration, colza, tournesol, transferts

La tomate, fruit largement consommé frais mais aussi sous forme transformée, est reconnue pour ses qualités nutritionnelles. Riche en microconstituants, tels les caroténoïdes (le lycopène en particulier), les composés phénoliques et la vitamine C, sa consommation régulière permettrait de réduire les risques de maladies cardiovasculaires et de certains cancers. Cependant, les traitements thermiques appliqués lors de la préparation industrielle de produits à base de tomate peuvent être à l'origine de réactions chimiques entraînant la dégradation de ces antioxydants. D'autre part, l'ajout d'huile végétale, pour la préparation de la sauce tomate notamment, met en jeu des réactions d'oxydation des lipides pouvant contribuer à l'instabilité de ces microconstituants. L'objectif principal de cette thèse est la détermination des cinétiques réactionnelles impliquées dans l'évolution des microconstituants de la tomate lors des procédés industriels de transformation.Dans un premier temps, une étude qualitative et quantitative sur plusieurs produits industriels (concentrés, pulpe, sauces) à base de tomate a été menée afin de déterminer les microconstituants marqueurs de la qualité nutritionnelle : (E)-lycopène et (E)-β-carotène pour les caroténoïdes, rutine, 7-O-glucosyl-naringénine et acide chlorogénique pour les composés phénoliques ainsi que les vitamines C et E ont été retenus. Cette première étude a permis de déterminer l'impact de procédés industriels sur les teneurs en microconstituants pour des produits collectés en entrée et en sortie de process pour deux usines de la région PACA.Par la suite, la stabilité des 7 marqueurs sélectionnés a été étudiée dans trois systèmes modèles modélisant la sauce tomate à des températures simulant des conditions de cold et hot breaks. Ces systèmes modèles comprennent un milieu aqueux acide (pH 3,8) contenant de l'amidon, un milieu lipidique constitué d'huile et de phospholipides végétaux et une émulsion H/E (huile dans eau) intégrant ces divers constituants. L'oxydation des lipides et son éventuelle protection par les microconstituants ont été évaluées par détermination de l'évolution des teneurs en diènes conjugués et trilinoléine. Parmi tous les antioxydants, la vitamine C s'est avérée être le moins stable en émulsion comme en milieu aqueux; sa vitesse d'oxydation est influencée par la teneur en oxygène dans le milieu. Les teneurs en composés phénoliques sont peu affectées, même à haute température (95 °C) tandis que les caroténoïdes s'isomérisent rapidement quelles que soient les conditions appliquées. Dans l'émulsion modèle, l'oxydation lipidique est nettement accélérée quand la température s'élève et tous les marqueurs se dégradent plus rapidement qu'en milieu aqueux ou lipidique.La détermination des constantes de vitesses a été réalisée, soit individuellement pour chaque cinétique, soit par desapproches globales (modèle oxydation lipidique et modèle stoechio-cinétique). Ce dernier modèle a pour but de proposer des conditions limitant l'oxydation lipidique et la dégradation des microconstituants de la tomate au cours des procédés

Les Inuit du Nunavik entretiennent des liens très étroits avec la mer, qui comble une part importante de leurs besoins nutritifs par la consommation de viande, de gras et d'organes de mammifère marins, dont le phoque, le béluga et dans une moindre mesure, de morse. Cette relation étroite avec les écosystèmes marins nourriciers implique que l'alimentation des Inuit est susceptible d'être affectée par les changements climatiques et la pollution anthropique qui affectent l'abondance, l'accessibilité et la qualité des aliments de la mer. C'est dans cette optique que le présent projet mesure les concentrations de plusieurs nutriments (sélénium/sélénonéine, acides gras, vitamine A et caroténoïdes), ainsi que le mercure total (HgT) et le méthylmercure (MeHg) présent dans les tissus de différents mammifères marins, puis étudie les associations entre ces concentrations et des indicateurs de l'écologie alimentaires des animaux. Les résultats montrent que chez le béluga, les concentrations de HgT et de MeHg sont très élevées dans le foie et le muscle, mais moindres dans la peau, qui s'avère très riche en sélénium et sélénonéine. Les concentrations de HgT et MeHg sont aussi supérieures dans tous les tissus des individus appartenant au stock de l'est de la baie d'Hudson (EHB) comparativement aux individus de l'ouest de la baie d'Hudson (WHB), alors que les concentrations de sélénonéine ne varie que très peu. Chez les phoques annelés cependant, les concentrations de méthylmercure retrouvées sont beaucoup plus faibles dans tous les tissus, possiblement à cause du jeune âge des animaux chassés. Chez les bélugas et les phoques annelés, les concentrations de sélénonéine sont maximales dans la peau, tandis que chez le morse, cette valeur est maximale dans le muscle. Le gras des mammifères marins, en particulier de phoque annelé, présente des concentrations exceptionnellement élevées d'acides gras polyinsaturés de type oméga-3. Des mesures parallèles des teneurs en isotopes stables (carbone et azote) et en isoprénoïdes hautement ramifiés indiquent qu'environ 50% de l'alimentation des bélugas est composée d'organismes benthiques ou d'organismes utilisant les algues de glace comme source de nourriture primaire, tandis que 90% de l'alimentation des phoques annelés et des morses suit ce profil alimentaire. Ce profil alimentaire distinct pourrait expliquer certaines différences observées en ce qui concerne les concentrations de contaminant et de nutriment chez les phoques et les bélugas, telles que des niveaux supérieurs d'EPA et de DHA chez les jeunes phoques ou encore les niveaux de mercure et de méthylmercure supérieurs chez les bélugas. Toutefois, malgré une alimentation à première vue similaire, les morses et les phoques annelés ne possèdent pas les mêmes concentrations de nutriments et de contaminants, ce qui laisse croire que d'autres facteurs écologiques permettent d'expliquer les variations observées entre les espèces. Ce projet permet donc de mieux comprendre les liens qui unissent la qualité nutritive de ces espèces à leur alimentation et à comment la transformation des environnements marins arctiques causée par le changement global pourrait moduler les effets bénéfiques et néfastes de leur consommation sur la santé des Inuit.

Au Canada, les maladies cardiovasculaires (MCV) sont la deuxième cause de mortalité après le cancer, et l'une des principales causes d'hospitalisation. La prise en charge des individus souffrant de MCV repose sur l'évaluation et le traitement de plusieurs facteurs de risque cardiométabolique, lesquels comprennent le syndrome métabolique, l'activité physique et l'alimentation. L'adoption de saines habitudes de vie, incluant notamment une alimentation équilibrée, demeure la pierre angulaire de la prévention des MCV. En effet, une alimentation riche en fruits et légumes est inversement reliée à l'incidence de MCV. Les biomarqueurs d'exposition à la diète permettent par ailleurs d'étudier l'impact des facteurs alimentaires sur le développement des MCV. Les caroténoïdes plasmatiques, qui sont des biomarqueurs de la consommation de fruits et de légumes, sont associés à la santé cardiométabolique. L'alimentation influence en plus une multitude de facteurs omiques, modulant ainsi le risque de MCV. Les sciences omiques étudient l'ensemble complexe des molécules qui composent le corps. Parmi ces sciences, la génomique, l'épigénomique, la transcriptomique et la métabolomique s'intéressent respectivement à l'étude à grande échelle des gènes, de la méthylation de l'ADN, de l'expression génique et des métabolites. Étant donné qu'un seul type de données omiques ne permet généralement pas de saisir la complexité des processus biologiques, une approche intégrative combinant plusieurs données omiques s'avère idéale afin de déchiffrer la physiopathologie des traits complexes. La biologie des systèmes étudie les interactions complexes des différentes données omiques entre elles, et avec l'environnement ainsi que leur influence sur un trait d'intérêt, tel que la santé. Il existe plusieurs méthodes pour analyser et intégrer des données omiques. La génétique quantitative permet d'estimer les contributions des effets génétiques et environnementaux dans la variance de traits complexes. L'analyse de réseaux de corrélations pondérées permet de mettre en relation un grand nombre de données omiques interreliées avec un trait, comme par exemple un ensemble de facteurs de risque de maladies complexes. L'objectif général de cette thèse est d'étudier l'impact des déterminants omiques sur la relation entre l'alimentation et la santé cardiométabolique. Le premier objectif spécifique, utilisant une approche de la génétique quantitative, est de caractériser l'héritabilité des données omiques et des caroténoïdes plasmatiques ainsi que de vérifier si le lien avec des facteurs de risque cardiométabolique peut être expliqué par des facteurs génétiques et environnementaux. Le deuxième objectif spécifique, utilisant une approche de réseaux de corrélations pondérées, est d'évaluer le rôle des données omiques individuelles et combinées dans la relation entre les caroténoïdes plasmatiques et le profil lipidique. Ce projet de doctorat repose sur l'étude observationnelle GENERATION qui comprend 48 sujets en bonne santé répartis en 16 familles. Toutes les données omiques étudiées et les caroténoïdes plasmatiques ont démontré iii des ressemblances familiales dues, à des degrés divers, à l'effet de la génétique et de l'environnement partagé. La génétique et l'environnement sont également impliqués dans le lien entre la méthylation de l'ADN et l'expression génique ainsi qu'entre les métabolites, les caroténoïdes et les facteurs de risque cardiométabolique. L'utilisation de réseaux de corrélations pondérées a en outre permis de mieux comprendre le système moléculaire interactif qui relie les caroténoïdes, la méthylation de l'ADN, l'expression génique et le profil lipidique. En conclusion, ces travaux basés sur des données omiques individuelles et combinées analysées dans des approches de la génétique quantitative et de réseaux de corrélations pondérées ont mis en lumière la relation entre l'alimentation et la santé cardiométabolique. / After cancer, cardiovascular disease (CVD) is the second leading cause of death and one of the leading causes of hospitalization in Canada. CVD management is based on the assessment and treatment of several cardiometabolic risk factors, which include metabolic syndrome, physical activity, and diet. A healthy lifestyle, including a balanced diet, remains the key to prevent CVD. A diet rich in fruits and vegetables is inversely associated with CVD incidence. Biomarkers of exposure to diet are used to study the impact of dietary factors on the development of CVD. Plasma carotenoids, a biomarker of fruit and vegetable consumption, are associated with cardiometabolic health. Diet also influences a myriad of omics factors, thus modulating CVD risk. Omics sciences study the complex set of molecules that make up the body. Among these sciences, genomics, epigenomics, transcriptomics, and metabolomics consider the large-scale study of genes, DNA methylation, gene expression, and metabolites, respectively. Given that a single type of omics data usually does not capture the complexity of biological processes, an integrative approach combining multiple omics data proves ideal to elucidate the pathophysiology of diseases. Systems biology studies the complex interactions of different omics data among themselves and with the environment on a trait such as health. There are several methods for analyzing and integrating omics data. Quantitative genetics estimates the contributions of genetic and environmental effects to the variance of complex traits such as omics data. Weighted correlation network analysis allows the association of a large number of omics data with a trait such as risk factors for diseases. The general objective of this thesis is to study the impact of omics determinants in the link between diet and cardiometabolic health. The first specific objective, using a quantitative genetics approach, is to characterize the heritability of omics data and plasma carotenoids as well as to check if their link with cardiometabolic risk factors can be explained by genetic and environmental factors. The second specific objective, using a weighted correlation network approach, is to assess the role of individual and combined omics data in the relationship between plasma carotenoids and lipid profile. This project is based on the GENERATION observational study, which includes 48 healthy subjects from 16 families. All omics data studied showed familial resemblances due, to varying degrees, to genetic and common environmental effects. Genetics and environment are also involved in the link between DNA methylation and gene expression, as well as between metabolites, carotenoids, and cardiometabolic risk factors. Moreover, weighted correlation network analysis has provided insight into the interactive molecular system that links carotenoids, DNA methylation, gene expression, and lipid profile. In conclusion, the present study, using approaches from quantitative genetics and weighted correlation network analysis, brought to light the impact of some individual and combined omics data in the link between diet and cardiometabolic health

Les Inuit du Nunavik entretiennent des liens très étroits avec la mer, qui comble une part importante de leurs besoins nutritifs par la consommation de viande, de gras et d'organes de mammifère marins, dont le phoque, le béluga et dans une moindre mesure, de morse. Cette relation étroite avec les écosystèmes marins nourriciers implique que l'alimentation des Inuit est susceptible d'être affectée par les changements climatiques et la pollution anthropique qui affectent l'abondance, l'accessibilité et la qualité des aliments de la mer. C'est dans cette optique que le présent projet mesure les concentrations de plusieurs nutriments (sélénium/sélénonéine, acides gras, vitamine A et caroténoïdes), ainsi que le mercure total (HgT) et le méthylmercure (MeHg) présent dans les tissus de différents mammifères marins, puis étudie les associations entre ces concentrations et des indicateurs de l'écologie alimentaires des animaux. Les résultats montrent que chez le béluga, les concentrations de HgT et de MeHg sont très élevées dans le foie et le muscle, mais moindres dans la peau, qui s'avère très riche en sélénium et sélénonéine. Les concentrations de HgT et MeHg sont aussi supérieures dans tous les tissus des individus appartenant au stock de l'est de la baie d'Hudson (EHB) comparativement aux individus de l'ouest de la baie d'Hudson (WHB), alors que les concentrations de sélénonéine ne varie que très peu. Chez les phoques annelés cependant, les concentrations de méthylmercure retrouvées sont beaucoup plus faibles dans tous les tissus, possiblement à cause du jeune âge des animaux chassés. Chez les bélugas et les phoques annelés, les concentrations de sélénonéine sont maximales dans la peau, tandis que chez le morse, cette valeur est maximale dans le muscle. Le gras des mammifères marins, en particulier de phoque annelé, présente des concentrations exceptionnellement élevées d'acides gras polyinsaturés de type oméga-3. Des mesures parallèles des teneurs en isotopes stables (carbone et azote) et en isoprénoïdes hautement ramifiés indiquent qu'environ 50% de l'alimentation des bélugas est composée d'organismes benthiques ou d'organismes utilisant les algues de glace comme source de nourriture primaire, tandis que 90% de l'alimentation des phoques annelés et des morses suit ce profil alimentaire. Ce profil alimentaire distinct pourrait expliquer certaines différences observées en ce qui concerne les concentrations de contaminant et de nutriment chez les phoques et les bélugas, telles que des niveaux supérieurs d'EPA et de DHA chez les jeunes phoques ou encore les niveaux de mercure et de méthylmercure supérieurs chez les bélugas. Toutefois, malgré une alimentation à première vue similaire, les morses et les phoques annelés ne possèdent pas les mêmes concentrations de nutriments et de contaminants, ce qui laisse croire que d'autres facteurs écologiques permettent d'expliquer les variations observées entre les espèces. Ce projet permet donc de mieux comprendre les liens qui unissent la qualité nutritive de ces espèces à leur alimentation et à comment la transformation des environnements marins arctiques causée par le changement global pourrait moduler les effets bénéfiques et néfastes de leur consommation sur la santé des Inuit.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2013-2014. / Ce projet visait à déterminer l'efficacité du transfert du pouvoir antioxydant des caroténoïdes d’un extrait concentré de luzerne (ECL) de la ration de la vache au lait et d’évaluer la susceptibilité à l'oxydation de ce lait en le comparant avec celui de vaches n’ayant pas reçu d’antioxydants ou ayant reçu un supplément de vitamine E. Tous les animaux ont également reçu des perfusions intra-abomasales continues d’huile de lin. En comparaison aux animaux recevant le supplément de vitamine E, ceux alimentés avec l’ECL produisaient davantage de lait (tendance) et de protéines laitières. L’augmentation de la teneur en acides gras polyinsaturés des matières grasses du lait aura fragilisé leur stabilité oxydative du lait pendant l’entreposage, indépendamment des traitements. L’évaluation de la stabilité oxydative du lait frais a cependant permis de noter que l’ajout d’un ECL à la ration des vaches laitières contribue à prévenir la dégradation oxydative d’un lait enrichi en acides gras polyinsaturés.