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

Depuis les années soixante-dix, l'outil isotopique, d'abord développé en géochimie, s'est généralisé en anthropologie. Il est en effet susceptible d'apporter des informations métaboliques complémentaires à l'étude ostéologique, notamment sur la mobilité et l'alimentation des populations passées. Cependant, sur la trentaine d'éléments présente dans le corps humain, seuls six d'entre eux sont classiquement étudiés dans les ossements. Dès lors, les isotopes stables d'autres éléments représentent une source d'informations inexploitée. Ils pourraient effectivement contribuer aux questions cruciales que sont la diagnose sexuelle, l'estimation de la fécondité ou encore l'évaluation de l'âge au décès.Le but de ce travail de thèse est de comprendre l'origine de la variabilité isotopique du cuivre, du zinc et du fer dans le corps humain, et ainsi, d'évaluer l'apport potentiel de ces métaux de transition à l'anthropologie. Pour cela, les éléments ont été séparés par chromatographie sur résine échangeuse d'ions. Puis les rapports isotopiques ont été mesurés par spectrométrie de masse à source plasma et à multicollection (MC-ICP-MS).L'analyse du δ56Fe et δ65Cu de phalanges de squelettes du XVII-XVIIIèmes siècles provenant de Saint-Laurent de Grenoble a permis de mettre en évidence une différence isotopique entre hommes et femmes, reflet de celle observée dans le sang. Cette dissemblance isotopique est discutée à partir d'un modèle mathématique s'appuyant sur nos analyses du foie et de l'émail dentaire. Celui-ci nous a amenés à mettre en cause le rôle de la sollicitation hépatique dans la composition isotopique du sang plutôt que celui de l'absorption intestinale. L'étude du δ56Fe, δ65Cu et δ66Zn dans le sang d'une population française et d'une population yakoute a également contribué à dégager trois autres facteurs significatifs de variabilité isotopique : la ménopause, l'âge et le stress thermique.Nos résultats sont donc en faveur du développement de l'analyse des isotopes stables du Fe, Cu et Zn des restes humains en tant que vecteur potentiel d'informations sur leur âge au décès, âge à la ménopause, sexe et adaptation métabolique au froid.

Le développement du sexe est un processus fondamental et versatile qui forme la morphologie, la physiologie et le comportement des animaux. Le processus de développement sous-jacent est composé de la détermination et de la différentiation du sexe. Les mécanismes de détermination du sexe sont souvent génétiques et nommés gènes de détermination du sexe. A l’heure actuelle, parmi les gènes de détermination connus, trois familles de gènes nommément sox, dmrt and les facteurs TGF-ß gouvernent ce processus de développement.Comme exception à cette règle, sdY « sexually dimorphic on the Y » n’appartient à aucune de ces familles puisqu’il provient d’une duplication/évolution d’un gène ancestral de l’immunité, c’est-à-dire d’un facteur lié à l’interféron, irf9. sdY est le gène maître de la détermination du sexe chez les salmonidés, un groupe de poissons incluant des espèces tel que la truite arc-en-ciel et le saumon Altantique. L’étude présentée avait pour but de premièrement caractériser les propriétés de la protéine SdY. Deuxièment, l’étude a pour but de comprendre comment SdY pouvait entraîner la différentiation testiculaire. Les résultats pris dans leur ensemble proposent que SdY pourrait entraîner la différentiation testiculaire chez les salmonidés en interagissant avec un facteur prédominant de la voie femelle. / Sexual development is a fundamental and versatile process that shapes animal morphology, physiology and behavior. The underlying developmental process is composed of the sex determination and the sex differentiation. The initial triggers are often genetics called sex determining genes. To date, among the known sex determining genes, three gene families namely sox, dmrt and TGF-ß factors govern this developmental program. As exception to this rule, sdY “sexually dimorphic on the Y” does not belong to one of these families as it comes from the duplication / evolution of an ancestor gene related to immunity, i.e., the interferon related factor 9, irf9.sdY is the master sex determining gene in salmonids, a group of fishes that include species such as rainbow trout and Atlantic salmon. The present study was aimed to firstly characterize the features of SdY protein. Results indicate that SdY is predominantly localized in the cytoplasm, composed of a ß-sandwich core surrounded by three a-helices as well specific characteristics conferring a putative protein-protein interaction site. Secondly, the study was aimed to understand how SdY could trigger testicular differentiation. Altogether results propose that SdY would trigger testicular differentiation in salmonids by interacting with a prominent female factor.

Les ressources génétiques naturelles du Tilapia du Nil (Oreochromis niloticus) se trouvent en Afrique. Ces ressources sont menacées en raison de modifications des habitats naturels des poissons et des introductions incontrôlées d'espèces ou de souches exotiques. Les populations de tilapia du Nil qui vivent dans des habitats extrêmes sont emblématiques de cette situation. Elles représentent des ressources génétiques originales et potentiellement utiles pour l'aquaculture. Cependant, les populations sont menacées soit par des modifications fortes de l'environnement soit par l'introduction d'espèces exotiques dans leur habitat. La caractérisation de ces populations constitue la première étape de leur protection et par conséquent leur utilisation en aquaculture. Dans notre étude, nous nous sommes concentré sur deux populations différentes de tilapia du Nil. L'une d'entre elles vit dans le lac alcalin ‘Crocodile Lake' (10 590 S / cm, pH 10) qui est un lac de cratère situé dans Central Island, au milieu du lac Turkana. La deuxième population (ou groupe de population) vit dans les sources chaudes (Hot Springs) du marais de loboi (Loboi Swamp) près du lac Bogoria au Kenya. Ces poissons vivent dans une eau caractérisée par des températures élevées, autour de 36 ° c. Toutes les populations ci-dessus (Crocodile Lake et Loboi swamp Hot Springs) ont connu ou connaissent un certain nombre de pressions sélectives de la part de leurs environnements difficiles. Pour le lac Crocodile, les poissons ont certainement dû trouver un moyen d'excréter leurs déchets azotés car à pH 10, l'excrétion n'est pas possible par simple diffusion. Pour les populations de sources chaudes, la plupart des individus devraient être des mâles car les hautes températures sont connues pour induire une masculinisation chez O. niloticus. Cette population doit avoir accumulé des mutations nécessaires pour lui permettre de surmonter les effets masculinisants des températures élevées.Pour étudier ces populations, nous avons utilisé la morphométrie géométrique et des marqueurs génétiques (microsatellites et 16 ADNmt) et nous les avons comparés à d'autres populations proches de la région. En outre, trois gènes liés au sexe (Cyp19a, Wt1b, AMH) ont été analysés en utilisant des marqueurs SNP dans trois populations de tilapia du Nil habitant les sources chaudes du marais de Loboi, et nous les avons comparés à ceux que l'on observe chez huit autres populations de l'Afrique de l'Est, la région soudano-sahélienne et éthiopiennes . Des différences morphologiques significatives ont été observées entre toutes les populations étudiées, y compris entre les trois populations voisines du marais Loboi, et entre les deux populations génétiquement liées du Crocodile Lake et du lac Turkana. Nous concluons de cette analyse que les différences morphologiques observées peuvent avoir comme origine pour une part des différences génétiques et pour une autre part des facteurs environnementaux. De même, toutes les populations étudiées sont génétiquement différenciées, et nous avons montré que les populations du marais Loboi et celle du lac Baringo ont été introgresséess par des gèes de O. leucostictus. Les analyses des gènes liés au sexe ont révélé que le gène AMH est un gène candidat pour la détermination du sexe chez le tilapia du Nil, avec 12 SNPs montrant de fortes associations avec le sexe phénotypique des individus. Néanmoins, il n'existe pas de modèle général de la détermination du sexe, il semble plutôt que les mécanismes de détermination du sexe sont différents suivant les populations de cette espèce et qu'il n'existe pas de mécanisme unique pour l'espèce entière. / Nile tilapia (Oreochromis niloticus) natural genetic resources are found in Africa. These resources are threatened due to modifications of the natural habitats of fishes and uncontrolled introductions of alien species or strains. Nile tilapia populations living in extreme habitats are emblematic of this situation. They represent original and potentially useful genetic resources for Aquaculture. However, the populations are threatened either by strong modifications or introduction of alien species in their habitats. Characterizing these populations constitutes the very first step of their protection and consequently their utilization in aquaculture. In our study we concentrated on two different populations of Nile Tilapia. One living in the alkaline Crocodile Lake (10,590 µS/cm, 10 pH) which is a Crater Lake located in the central Island of Lake Turkana. The second group of population inhabit the hot springs of Loboi Swamp near Lake Bogoria in Kenya. These fish are living in water characterized by high temperatures, around 36°c. All above populations (Crocodile Lake and Loboi Swamp Hot springs) may have experienced some selective pressures to cope with their challenging environments. For Crocodile Lake, fish may have found a way to excrete their nitrogenous wastes because at pH 10, excretion is not possible by simple diffusion. For the hot spring populations, most individuals should have been males as high temperature is known to induce masculinization in O. niloticus. This population may have accumulated adequate mutations to enable them overcome masculinizing effects of high water temperature. To study these populations we used geometric morphometrics and genetic markers (16 microsatellites and mtDNA) and compared them with other related populations from the region. In addition, three sex-linked genes (Cyp19a, Wt1b, amh) were analysed using SNP markers in three populations of Nile tilapia inhabiting hot springs of Loboi Swamp, and compared them to eight other populations from East Africa, Sudano-Sahelian and Ethiopian regions. Significant morphological differences were observed in all populations studied, including three closely related populations of Loboi Swamp, and two genetically related populations from Lake Turkana basin. Both genetic differences and environmental factors were responsible for the observed morphological differences. Similarly, all studied populations were genetically differentiated, and we demonstrated that populations from Loboi Swamp and Lake Baringo have been introgressed by O. leucostictus genes. Analyses of the sex-linked clustered revealed that amh gene is a candidate gene for sex determination in Nile tilapia, with 12 SNPs showing strong associations to phenotypic sex. Nevertheless there is no general pattern of sex determination, rather it seems that sex determination mechanisms are different with respect to populations, but is not characteristic or unique for the entire species.

Le palmier dattier (Phoenix dactylifera L.) est une espèce fruitière dioïque tropicale qui revêt une importance capitale sur le plan alimentaire, socio-économique et écologique pour les régions arides du globe. Malgré l'intérêt de disposer d'un outil moléculaire pour discriminer les plante s mâles et femelles pour les programmes d'amélioration génétique, aucun marqueur spécifique du sexe n'a été identifié et validé à ce jour. Afin de pouvoir étudier et comprendre le déterminisme sexuel du palmier dattier, nous avons entrepris la description et la caractérisation des processus cellulaires et moléculaires associés à la différenciation des organes sexuels. L'étude histologique du développement reproducteur a montré que le bourgeon floral est d'apparence bisexuelle jusqu'à l'initiation des primordia de l'androcée et du gynécée. Le premier dimorphisme sexuel observé à ce stade correspondant à un gynécée plus large dans les fleurs femelles résulterait d'une activité mitotique plus importante dans les cellules du gynécée fertile par rapport à son équivalent non fonctionnel. Les organes sexuels stériles, staminodes et pistillodes, cessent ensuite leur développement et présentent une différentiation incomplète. Des études d'hybridation in situ de l'expression du gène codant l'histone H4, marqueur de l'activité mitotique, ont montré que le blocage du développement des staminodes et des pistillodes serait dû à un arrêt des divisions cellulaires. Nos investigations de l'intégrité cellulaire par des observations en microscopie électronique à transmission et par coloration de l'ADN confirmeraient que l'avortement des organes stériles ne résulte pas d'un processus de dégradation cellulaire et nucléaire. De plus, l'étude de la méthylation de l'ADN par immunodétection des cytosines méthylées révèle que, par rapport aux organes fertiles, les pistillodes et les staminodes se distinguent par leur niveau plus élevé de méthylation. Ces résultats sont en cohérence avec la réversibilité du blocage de ces organes observés in planta ou in vitro en réponse à une induction hormonale. L'ensemble de ces données montrent que l'unisexualisation des fleurs de palmier dattier est associée à une hyperméthylation globale de l'ADN suivi d'un arrêt des divisions cellulaires dans les organes sexuels stériles. Cette étude a permis d'améliorer nos connaissances sur les mécanismes qui gouvernent la différenciation des organes sexuels et permettra d'ouvrir des perspectives pour l'identification de marqueurs moléculaires du sexe chez le palmier dattier. / The date palm (Phoenix dactylifera L.) is a dioecious tropical fruit crop plant which has vital dietary, socio-economic and ecological importance in arid regions of the world. Despite the interest of developing molecular tools to discriminate male and female plants for the benefit of biodiversity preservation and genetic improvement programs, no sex-specific markers have been identified and validated to date. To study and understand the sex determination of date palm, we undertook to characterise the cellular and molecular processes underlying sex organ differentiation in this plant.A histological study of date palm reproductive development showed that the immature flower is bisexual in appearance until the initiation of the androecium and gynoecium. The first sign of sexual dimorphism is observed at this stage, namely a wider gynoecium in female flowers resulting from greater mitotic activity in the functional gynoecium of female flowers compared to the pistillode of male ones. The sterile sex organs (pistillode and staminodes) were observed to cease their development by progressive loss of cell proliferation and ultimately displayed incomplete differentiation.Cell division patterns and the nuclear integrity of reproductive organs were investigated respectively by RNA in situ hybridization to a histone H4 gene probe and by DNA coloration combined with scanning electron microscopy. The results obtained revealed an absence of cell cycle activity and nuclear degradation in the residual sex organs. In addition, a study of DNA methylation, by immunodetection of methylated cytosines revealed that compared to the fertile reproductive organs, staminodes and pistillodes displayed relatively high levels of global DNA methylation. These results are consistent with the observed reversibility of sterile organ developmental arrest observed in planta or in vitro in response to hormonal induction. Overall, these data demonstrate that the floral unisexuality of date palm is characterized by cell cycle arrest, higher DNA methylation in sterile sexual organs and an absence of cell degeneration rather than a cell death process. This study has improved our understanding of the mechanisms that govern the differentiation of sex organs and forms a useful starting point for research on the identification of molecular markers of sex determination in date palm.Kewords: Date palm - flower - sex determination - cell cycle - DNA methylation

Depuis les années soixante-dix, l’outil isotopique, d’abord développé en géochimie, s’est généralisé en anthropologie. Il est en effet susceptible d’apporter des informations métaboliques complémentaires à l’étude ostéologique, notamment sur la mobilité et l’alimentation des populations passées. Cependant, sur la trentaine d’éléments présente dans le corps humain, seuls six d’entre eux sont classiquement étudiés dans les ossements. Dès lors, les isotopes stables d’autres éléments représentent une source d’informations inexploitée. Ils pourraient effectivement contribuer aux questions cruciales que sont la diagnose sexuelle, l’estimation de la fécondité ou encore l’évaluation de l’âge au décès.Le but de ce travail de thèse est de comprendre l’origine de la variabilité isotopique du cuivre, du zinc et du fer dans le corps humain, et ainsi, d’évaluer l’apport potentiel de ces métaux de transition à l’anthropologie. Pour cela, les éléments ont été séparés par chromatographie sur résine échangeuse d’ions. Puis les rapports isotopiques ont été mesurés par spectrométrie de masse à source plasma et à multicollection (MC-ICP-MS).L’analyse du δ56Fe et δ65Cu de phalanges de squelettes du XVII-XVIIIèmes siècles provenant de Saint-Laurent de Grenoble a permis de mettre en évidence une différence isotopique entre hommes et femmes, reflet de celle observée dans le sang. Cette dissemblance isotopique est discutée à partir d’un modèle mathématique s’appuyant sur nos analyses du foie et de l’émail dentaire. Celui-ci nous a amenés à mettre en cause le rôle de la sollicitation hépatique dans la composition isotopique du sang plutôt que celui de l’absorption intestinale. L’étude du δ56Fe, δ65Cu et δ66Zn dans le sang d’une population française et d’une population yakoute a également contribué à dégager trois autres facteurs significatifs de variabilité isotopique : la ménopause, l’âge et le stress thermique.Nos résultats sont donc en faveur du développement de l’analyse des isotopes stables du Fe, Cu et Zn des restes humains en tant que vecteur potentiel d’informations sur leur âge au décès, âge à la ménopause, sexe et adaptation métabolique au froid. / First developed in geochemistry, isotopic analyses have progressively become a classical tool in anthropology since the seventies. They provide supplementary metabolic information to osteology, such as mobility or diet of past populations. However, isotopic studies only concern six elements among the thirty of the human body. Therefore, other elements could supply information on sex, age-at-death or fecundity, which still are crucial issues in anthropology.The aim of this thesis is to understand the origin of copper, iron and zinc isotopic variability in the human body, and to assess the contribution of these elements for anthropology. In order to do this, metals were purified from sample matrix by liquid chromatography on ion exchange resin and the isotope compositions were measured by multiple-collector inductively-coupled plasma mass spectrometry (MC-ICP-MS). δ56Fe and δ65Cu analyses performed on phalanx of skeletons coming from a french cementery (Saint-Laurent de Grenoble) revealed an isotopic sex difference which mirrors the one found in blood. Concerning its origin, calculations and data obtained on dental enamel support the hypothesis that the isotopic sex difference is due to a higher metal hepatic solicitation for women rather than differential intestinal absorption between men and women. Blood isotopic data from French and Yakut population also highlighted three other significant factors of variability: menopause, age, and cold stress. Our results argue for the development of Fe, Cu, and Zn stable isotope analyses in human remains as a potential vehicle for information on age-at-death, age at menopause, sex and metabolic adaptation to cold stress of past populations.

Les mécanismes de détermination génétique du sexe, qui requièrent la présence de régions chromosomiques non recombinantes ou bien de chromosomes sexuels, ont émergé de manière indépendante et répétée au sein de plusieurs lignées d'eucaryotes. La plupart des connaissances acquises dans ce domaine portent sur un nombre limité de groupes d'eucaryotes. La disponibilité d'une espèce modèle pour le groupe des algues brunes, Ectocarpus siliculosus, dont le génome a été séquencé, permet de disposer des outils nécessaires pour étudier ces mécanismes au sein d'une lignée phylogénétiquement éloignée des modèles classiquement étudiés. L'un des premiers défis a été d'identifier les chromosomes sexuels dans le génome d'E. siliculosus et de réaliser l'analyse comparative de ces structures. Par la suite, l'analyse de l'expression des gènes entre individus mâles et femelles à différents stades du cycle de vie a permis d'identifier les gènes différentiellement exprimés, de caractériser leurs fonctions et d'analyser leur évolution moléculaire. Les nombreuses données générées afin de réaliser ces différentes analyses ont permis de proposer une nouvelle version de l'assemblage du génome et de l'annotation structurale et fonctionnelle de l'ensemble des gènes codants et non-codants d'E. siliculosus. Ces différents travaux ont permis d'apporter une importante contribution sur les connaissances dans le domaine de l'analyse fonctionnelle et évolutive du déterminisme sexuel chez les algues brunes ainsi qu'une importante actualisation des ressources génomiques du modèle Ectocarpus. / Genetically determined sex determination mechanisms, which are controlled by non-recombinant chromosome regions or sex chromosomes, have emerged independently and repeatedly across several eukaryotic lineages. Most of the knowledge acquired in this area has been obtained for a limited number of eukaryotic groups. The availability of a model organism for the brown algae, Ectocarpus, whose genome has been sequenced, allows the development of tools to study these mechanisms in a lineage that is phylogenetically distant from classically studied models. One of the first challenges was to identify the sex chromosomes in Ectocarpus and to carry out a comparative analysis of these genomic structures. Analysis of gene expression in males and females at different stages of the life cycle then allowed the identification of differentially expressed genes. The functions and molecular evolution of these sex-biased genes was then studied. The large amount of data generated during the course of these analyses allowed the establishment of a new version of the genome assembly and refined structural and functional annotation of both coding and non-coding genes in Ectocarpus. This work helped made a significant contribution to knowledge in the field of functional and evolutionary analysis of sex determination in brown algae and a significantly updated the genomic resources available for the model organism Ectocarpus.

La compréhension des mécanismes moléculaires impliqués dans la détermination du sexe chez les plantes à fleurs est primordiale d’un point de vue fondamental et appliqué. Des processus liés à la biosynthèse des hormones, tel que l’éthylène, ou la régulation de l’expression génique via des petits ARN et des facteurs de transcription ont été associés à l’unisexualisation des fleurs chez des espèces dioïques. Cependant, les déterminants contrôlant le sexe chez les plantes sont encore largement méconnus. Le palmier dattier, Phoenix dactylifera L, est une espèce dioïque dont le dimorphisme sexuel est observé très tôt au cours du développement des fleurs. Des gènes différentiellement exprimés (DEGs) ont été identifiés pendant les stades précoces du développement floral mâle et femelle. Pour cela, un transcriptome de référence rassemblant des données d’expression relatives aux deux sexes a été généré. L’analyse d'enrichissement GO des DEGs, a révélé des processus biologiques communs aux mâles et aux femelles, associés au développement reproducteur et à la réponse aux stimuli. Ce résultat indique que des mêmes processus peuvent solliciter des gènes différents au cours du développement floral précoce en fonction du sexe. Cette analyse a également mis en évidence que le développement des fleurs mâles requiert des processus biologiques spécifiques impliqués dans la régulation cellulaire et l'expression des gènes. En outre, deux DEGs femelles, une S-adenosylmethionine synthase et une Flap endonuclease et un DEG mâle, un élément transposable, ont été identifiés dans les régions non-recombinantes du génome du palmier dattier.Cette étude est la première analyse globale des processus biologiques associés à l’acquisition du dimorphisme sexuel. Elle contribue également à la compréhension de la détermination du sexe chez le palmier dattier, et plus largement à la connaissance de ces processus chez les espèces dioïques. / Unraveling molecular mechanisms involved in sex determination in flowering plants is of outstanding basic and applied interest. Several studies on dioecious species have highlighted the molecular basis of sex determination, such as cell death and ethylene biosynthesis pathway. Sex determination mechanisms in plants are, however, still largely unknown. The date palm, Phoenix dactylifera L, is a dioecious species where sexual dimorphism is observed very early in development of flowers. Differentially expressed genes (DEGs) were identified during the early stages of the male and female flower development. A reference transcriptome including male and female data was constructed to gain insight into this process in the dioecious palm Phoenix dactylifera L. Differentially expressed genes (DEG) were subsequently identified between males and females in the early flower development stages in which the first morphological gender difference occurs in date palms.Gene ontology enrichment analysis of DEG revealed biological processes shared between males and females involved in reproductive development and response to stimulus, indicating that same processes could require different genes during early flower development in date palm. This analysis also suggested that date palm triggers biological processes specifically involved in cellular regulation and gene expression to develop male flowers. Furthermore, two female DEGs related to DNA methylation S-adenosylmethionine synthase and DNA metabolism Flap endonuclease, and one male DEGs, a transposable element were found in non-recombinant date palm regions. This study provided the first insight into biological processes involved in sex determination in date palms and more widely to knowledge of this process in dioecious species.

Les systèmes sexuels et les mécanismes responsables de la détermination du sexe chez les animaux sont issus de stratégies diverses. Cette incroyable diversité se reflète notamment chez les bivalves, où autant les facteurs génétiques qu’environnementaux y jouent un rôle, avec des espèces utilisant divers modes de reproduction, tels que le gonochorisme ou l’hermaphroditisme simultané ou séquentiel. La découverte la plus notable est celle d’un système de déterminisme sexuel unique qui impliquerait les mitochondries. Spécifiquement, un système de transmission sexe-spécifique de l’ADN mitochondrial, connu sous le nom de DUI (« Double Uniparental Inheritance » ou double transmission uniparentale), serait lié au maintien du gonochorisme chez certaines espèces de bivalves. La DUI implique un ADN mitochondrial qui est transmis de façon maternelle (ADNmt F) aux femelles et aux mâles, et l’autre transmis de façon paternelle (ADNmt M) aux mâles seulement. Les ADNmt F et M chez les espèces à DUI sont caractérisés par des traits uniques, comme une modification du gène cox2, ou encore la présence de nouveaux gènes associés à chacun des génomes mitochondriaux (des gènes sexe-spécifiques) qui ont une fonction autre que la production d’énergie contrairement aux autres gènes mitochondriaux typiques. Le lien entre la DUI et la détermination du sexe étant encore flou, trois approches ont été proposées pour aider à le démystifier, chacune des approches constituant un chapitre de cette thèse. Les deux premiers chapitres se sont concentrés sur des espèces de moules d’eau douce de l’ordre des Unionida, où une corrélation entre gonochorisme et DUI et hermaphroditisme et SMI (« Strictly Maternally Inheritance » ou transmission strictement maternelle) a été décrite. La première approche consistait à produire une analyse transcriptomique comparative entre les gonades mâles et femelles de deux espèces à DUI gonochoriques, Venustaconcha ellipsiformis et Utterbackia peninsularis (famille Unionidae), pour mieux comprendre les mécanismes sous-jacents à la détermination du sexe et à la DUI chez ces bivalves. Cette étude a révélé 12 000 gènes orthologues, avec 2 583 gènes différentiellement exprimés chez les deux espèces, dont les gènes Sry, Dmrt1 et Foxl2 connus pour être des éléments clés dans la détermination du sexe chez les vertébrés et d’autres bivalves. Nos résultats ont aussi été comparés avec d’autres espèces à DUI, notamment avec la palourde marine Ruditapes philippinarum, pour identifier des éléments partagés entre des espèces éloignées qui pourraient être responsables de la régulation de la DUI. Globalement, ces résultats corroborent l'hypothèse selon laquelle un mécanisme d'ubiquitination modifié pourrait être responsable de la rétention de l'ADNmt paternel chez les bivalves mâles. Les analyses ont aussi révélé que la méthylation de l'ADN pourrait être impliquée dans la régulation de la DUI. Une deuxième analyse transcriptomique comparative a été réalisée afin de discerner les mécanismes sous-jacents à la détermination du sexe et à la DUI, mais cette fois-ci entre l’espèce à DUI gonochorique U. peninsularis et l’espèce proche parente à SMI hermaphrodite U. imbecillis. Cette étude a permis de supporter l’hypothèse d’une implication des mécanismes d’ubiquitination et de méthylation dans la régulation de la DUI, ainsi que de confirmer un rôle des gènes conservés liés à la détermination du sexe également chez les bivalves hermaphrodites. Nos résultats ont également révélé de nouveaux gènes candidats ayant des rôles potentiels dans la DUI, y compris des nucléases et des facteurs impliqués dans l’autophagie / mitophagie. Finalement, afin d’identifier des éléments génétiques mitochondriaux qui pourraient faire partie des mécanismes sous-jacents à la DUI et la détermination du sexe chez les bivalves, nous avons séquencé les ADNmt F et M complets de deux nouvelles espèces à DUI de deux familles de l’ordre des Venerida, Scrobicularia plana (famille Semelidae) et Limecola balthica (famille Tellinidae). En effet, la description complète des ADNmt chez les espèces à DUI a été effectuée chez plusieurs espèces de moules d’eau douce (ordre Unionoida), mais peu d’espèces l’ont été pour les ordres Mytilida et Venerida. Ces études sont essentielles pour retracer des signatures génétiques mitochondriales partagées par différentes espèces à DUI. Nos résultats ont révélé les plus grosses différences de taille (>10kb) et de divergence nucléotidique (jusqu’à 50% de divergence) entre les ADNmt M et F, parmi toutes les espèces à DUI. Ces différences de taille sont principalement dues à une immense insertion (>3.5kb) dans la séquence du gène cox2 du génome mitochondrial M, chez nos deux espèces, un trait précédemment décrit chez les moules d’eau douce. Le gène cox2 des mâles de S. plana est la plus longue séquence à travers le règne animal. Une autre fonctionnalité importante portés par les ADNmt F et M est la présence de nouveaux gènes spécifiques au sexe, comme reportée chez toutes les autres espèces à DUI jsuqu’à maintenant. Les résultats combinés de cette thèse soutiennent le partage de plusieurs éléments génétiques clés entre les espèces à DUI. De plus, un parallèle avec le système CMS (« Cytoplasmic Male Sterility » ou stérilité cytoplasmique mâle) chez les plantes, les seuls autres organismes possédant un déterminisme sexuel qui implique les mitochondries, est proposé pour expliquer le rôle de l’ADNmt dans la détermination du sexe chez les espèces de bivalves à DUI. / Sexual systems and sex determining mechanisms described among animals are extraordinarily diverses. This amazing diversity is present in bivalves where both environment and genetic factors occur, leading to, among others, gonochoric and simultaneous or sequential hermaphroditic species. The most impressive discovery is a sex-determining system that would involve mitochondria. Specifically, a unique mitochondrial DNA inheritance system, known as Doubly Uniparental Inheritance (DUI), would be related to the maintenance of gonochorism in some bivalve species. DUI involves two mitochondrial DNA lineages, one that is maternally transmitted (F mtDNA) to females and males, and the other that is transmitted paternally (M mtDNA) to males only. The F and M mtDNAs, in DUI species, are characterized by unique traits, such as a modification of the cox2 gene, or the presence of new genes associated with each of the mitochondrial genomes (sex-specific genes) that have a function other than energy production, unlike other typical mitochondrial genes. Since the link between DUI and sex determination is still unclear, three approaches have been proposed to help demystify it, with each of the approaches constituting a chapter of this thesis. The first two chapters focused on freshwater mussel species of the order Unionida, where a correlation between gonochorism and DUI and hermaphroditism and SMI (Strictly Maternally Inheritance) was described. The first approach was to produce a comparative transcriptomic analysis between the male and female gonads of two gonochoric DUI species; Venustaconcha ellipsiformis and Utterbackia peninsularis (Unionidae family), to better understand the mechanisms underlying sex determination and DUI in these bivalves. This study revealed 12,000 orthologous genes, with 2 583 genes differentially expressed in both species, including Sry, Dmrt1, and Foxl2 known to be key sex-determining genes in vertebrates and other bivalve species. Our results were also compared with other DUI species, including the marine clam Ruditapes philippinarum, to identify shared elements between distant species that may be responsible for DUI regulation. Overall, these results support the hypothesis that a modified ubiquitination mechanism may be responsible for the retention of paternal mtDNA in male bivalves. The analyzes also revealed that DNA methylation could be involved in DUI regulation. 7 A second comparative transcriptomic analysis was performed to discern the mechanisms underlying sex determination and DUI between the gonochoric DUI species, U. peninsularis, and the closely related SMI hermaphroditic species, U. imbecillis. This study supported the hypothesis of an involvement of ubiquitination and methylation mechanisms in DUI regulation, as well as confirmed a role of conserved genes related to sex determination in hermaphroditic bivalves. Our results also revealed novel candidate genes with potential roles in DUI, including nucleases and factors involved in autophagy / mitophagy mechanisms. Finally, to identify mitochondrial genetic elements that could be part of the mechanisms underlying DUI and sex determination in bivalves, we sequenced the complete F and M mtDNAs of two new DUI species, from two families of the order Venerida; Scrobicularia plana (Semelidae family) and Limecola balthica (Tellinidae family). The complete description of mtDNAs in DUI species has been carried out for several species of freshwater mussels (Unionoida order), but very few species have been described for the orders Mytilida and Venerida. Such studies are essential for tracing mitochondrial genetic signatures shared by different DUI species. Our results revealed the largest differences in size (>10kb) and nucleotide divergence (up to 50% divergence) between M and F mtDNAs, among all DUI species. These differences in size are mainly due to a huge insertion (> 3.5kb) in the cox2 gene of the M mtDNA from both species, a trait previously described in freshwater mussels. The cox2 gene in S. plana males represents the longest cox2 sequence across the animal kingdom. Another important feature of F and M mtDNAs is the presence of new sex-specific genes, as reported in all other DUI species so far. The combined results of this thesis support the sharing of several key genetic elements among DUI species. In addition, a parallel with the Cytoplasmic Male Sterility (CMS) system in plants, the only other organisms with a sex determination system that involves mitochondria, is proposed to explain the role of mtDNA in sex determination in DUI bivalve species.

Des modifications dans le gène codant pour la sous-unité II du cytochrome c oxydase du génome mâle (Mcox2) ont été recensées chez des espèces de bivalves présentant un mode unique de transmission mitochondriale nommé double transmission uniparentale (DUI). Dans la DUI, les mitochondries paternelles (et leur ADNmt mâle) ainsi que les mitochondries maternelles (et leur ADNmt femelle) sont transmises aux descendants mâles. Scrobicularia plana, une espèce de bivalves présentant ce modèle d'hérédité, possède une insertion importante d'environ 4,8 kb dans son gène Mcox2 qui ne change pas le cadre de lecture et qui est traduite en un polypeptide de 1 892 acides aminés, ce qui en fait la plus grande protéine COX2 connue à ce jour chez les métazoaires. L’objectif de cette étude était de caractériser l'évolution et la fonction potentielle de l'insertion dans Mcox2 chez S. plana par RT-PCR, tests immunologiques et analyses bio-informatiques. L'insertion est présente parmi les individus de différentes populations, contient des variations dans la longueur de sa séquence, est riche en zones de désordre intrinsèque et évolue sous sélection purificatrice. La longue insertion pourrait modifier la structure 3D du complexe IV de la chaîne de transport d'électrons (CTE), affectant sa fonction dans la phosphorylation oxydative (OXPHOS) ce qui pourrait expliquer les faibles taux d'OXPHOS observés dans les mitochondries mâles des bivalves à DUI. L'insertion pourrait également modifier le métabolisme mitochondrial mâle en interagissant avec d'autres complexes de la CTE et avec l'ATP synthase. Comme pour les autres modifications de Mcox2 chez les bivalves à DUI, un rôle potentiel dans la détermination du sexe peut être prédit pour MCOX2 chez S. plana. / Modifications in the cytochrome c oxidase subunit II gene of male-transmitted genome (Mcox2) have been found in some bivalve species that exhibit a unique mode of mitochondrial transmission named doubly uniparental inheritance (DUI). In DUI, paternal mitochondria (and their male mtDNA) as well as maternal mitochondria (and their female mtDNA) are transmitted to male offspring. Scrobicularia plana, a bivalve specie exhibiting this inheritance model possesses an important in-frame insertion of approximately 4,8 kb in its Mcox2 gene that is translated into a polypeptide of 1 892 amino acids making it the largest metazoan COX2 protein known to date. The aim of this study was to characterize the evolution and possible function of the Mcox2 insertion in S. plana through RT-PCRs, immunoassays, and bioinformatic analysis. The insertion is present amongst individuals from different populations, contains some variations in its sequence length, is rich in intrinsically disordered regions and evolves under purifying selection. The long insertion could modify the 3D structure of complex IV in the electron transport chain (ETC), impacting its function in oxidative phosphorylation (OXPHOS) which could explain low OXPHOS rates that were found in male mitochondria of DUI bivalves. The insertion could also alter male mitochondrial metabolism by interacting with other complexes of the ETC and with ATP synthase. As for other modifications of Mcox2 in DUI bivalves, a role in sex determination can also be predicted for MCOX2 in S.plana.