Les régions centromériques reposent, chez les Primates, sur une famille de séquences répétées en tandem appelée l'ADN alpha satellite. Les monomères de cet ADN (≈170 pb) se sont diversifiés au cours de l'évolution, formant des familles de séquences aux profils d'organisation et distribution variés. La diversité des alphas satellites chez les primates non-humains reste cependant peu caractérisée, et la compréhension de la dynamique évolutive de cet ADN nécessite son intégration dans de plus larges analyses comparatives. Les Cercopithèques, qui présentent une évolution chromosomique originale par fissions et émergences de nouveaux centromères, apparaissent comme des modèles d'étude prometteurs.Nous avons appliqué une nouvelle technologie de séquençage à des monomères et dimères d'alpha satellites, isolés à partir des génomes de Cercopithecus solatus (2n = 60) et C. pogonias (2n = 72). Ces deux espèces appartiennent à des lignées primaires distinctes au sein des Cercopithèques, et ont divergé l'une de l'autre il y a plusieurs millions d'années. L'analyse computationnelle des séquences collectées a permis la caractérisation de six familles d'alpha satellites, dont quatre sont partagées entre espèces et deux ne sont retrouvées que chez C. pogonias. Au moins trois familles seraient impliquées dans des répétitions d'ordre supérieur, profil d'organisation jusque-là inconnu dans l'ADN alpha satellite des Cercopithèques. L'hybridation in situ en fluorescence des familles identifiées, réalisée grâce à des sondes oligonucléotidiques hautement discriminantes, a permis de visualiser leur distribution sur les chromosomes de C. solatus et C. pogonias. Certaines de ces familles se distribuent différentiellement entre chromosomes, révélant l'existence d'une diversité interchromosomique de l'ADN alpha satellite chez les singes de l'Ancien Monde. Leurs positions sur les régions centromériques vont en faveur de l'hypothèse du gradient d'âge des alphas satellites, selon laquelle les familles se forment aux centromères en déplaçant les familles préexistantes vers les péricentromères. L'extension de cette analyse cytogénétique à quinze espèces et l'interprétation de ses résultats à la lumière d'une phylogénie moléculaire, nouvellement reconstruite, nous ont permis de proposer un scénario évolutif pour l'ADN alpha satellite chez les Cercopithèques. Celui-ci apparaît évoluer de manière concertée avec les chromosomes, se diversifiant et se déplaçant sur les régions centromériques à mesure que ces derniers se fissionnent et voient l'émergence de nouveaux centromères. Ces travaux ont enfin apporté des informations nouvelles quant aux relations de parenté entre Cercopithèques, invitant à une intégration de l'ADN alpha satellite dans l'étude de l'histoire évolutive des Primates. L'approche méthodologique mise au point a permis de caractériser la diversité et de comprendre l'évolution de l'ADN alpha satellite chez les Cercopithèques. Elle pourra être appliquée à l'étude de ces séquences particulières chez d'autres primates, ainsi qu'à l'étude de différents satellites chez des espèces primates comme non-primates. / Alpha satellite DNA is the main family of tandemly repeated sequences lying in primate centromere regions. Alpha satellite monomers (≈170 bp) diversified during the course of evolution, forming distinct families of alpha satellite sequences that exhibit specific organizational and distribution patterns. The limited amount of studies concerning non-human primates is a restriction to the understanding of alpha satellite evolutionary dynamics, which calls for the integration of this element into comparative studies. Cercopithecini, which display an unusual chromosomal evolution by multiple fissions and new centromere formations, constitute a promising study model.We carried out next generation sequencing of alpha satellite monomers and dimers isolated from the Cercopithecus solatus (2n = 60) and C. pogonias (2n = 72) genomes. These species belong to different primary lineages within the Cercopithecini tribe and diverged from each other several million years ago. Computational tools were used to analyze the collected sequences and characterize six alpha satellite families, four of them being shared between species and two being limited to C. pogonias. At least three families belong to higher order repeats, an organizational pattern that had never been observed in Cercopithecini. The fluorescence in situ hybridization of each family, performed with highly discriminant oligonucleotide probes, showed their distribution on C. solatus and C. pogonias chromosomes. Some of them distribute on distinct sets of chromosomes, disclosing the existence of alpha satellite interchromosomal diversity in Old World monkeys. Their position along centromeric regions is largely in accordance with the age-gradient hypothesis, according to which new families expand at centromere, thereby splitting and displacing older families toward pericentromeres. The extension of this analysis to fifteen species, combined to a newly reconstructed molecular phylogeny, allowed us to propose an evolutionary scenario for alpha satellite DNA in Cercopithecini. Alpha satellite DNA diversification and displacement on centromere regions appear intimately connected to chromosome rearrangement dynamics, including new centromere formations, which suggests that centromeres and chromosomes evolve in a concerted manner. Finally, this work provided information about Cercopithecini relationships and thus encourages the integration of alpha satellite DNA into the study of primate evolutionary history.Our new methodological approach allowed deciphering alpha satellite diversity and dynamics in Cercopithecini. This framework could be used to study alpha satellite DNA in other primates, and be applied to different satellites in primates as in non-primate species.

Selon une vision populaire, l’évolution serait un processus de « progrès » qui s’accompagnerait d’un accroissement de la complexité moléculaire des êtres vivants. Cependant, les programmes de séquençage des génomes ont révélé l’existence d’espèces dont les lignées ont, au contraire, subi une réduction massive de leur génome. Ainsi, chez les cyanobactéries Prochlorococcus et Pelagibacter ubique, certaines lignées ont subi une réduction de 30% de leur génome. Une telle évolution « à rebours », dite évolution réductive, avait déjà été observée pour des bactéries endosymbiotiques, pour lesquelles la sélection naturelle n’est pas assez efficace pour éliminer les mutations délétères comme les pertes de gènes. Cela vient notamment du fait que ces bactéries endosymbiotiques subissent, à chaque reproduction de leur hôte, une réduction drastique de leur taille de population. Cette explication semble peu plausible pour des cyanobactéries marines comme Prochlorococcus et Pelagibacter, qui ont un mode de vie libre et qui font partie des bactéries les plus abondantes des océans. D’autres hypothèses ont ainsi été proposées pour expliquer l’évolution réductive comme l’adaptation à un environnement stable et pauvre en nutriments, des forts taux de mutation, mais aucun de ces hypothèses ne semble capable d’expliquer toutes les caractéristiques génomiques observées. Dans cette thèse, nous nous intéressons au cas de l’évolution réductive chez Prochlorococcus, pour laquelle de nombreuses séquences et données sont disponibles. Deux approches sont utilisées pour cette étude : une analyse phylogénétique des génomes de Prochlorococcus, et une approche théorique de simulation où nous testons différents scénarios évolutifs pouvant conduire à une évolution réductive. La combinaison de ces deux approches permet finalement de proposer un scénario plausible pour expliquer l'évolution réductive chez Prochlorococcus. / Given a popular view, evolution is an incremental process based on an increase of molecular complexity of organisms. However, some organisms have undergo massive genome reduction like the endosymbionts. In this case the reduction can be explained by the Muller’s ratchet due to the endosymbiont lifestyle with small population and lack of recombination. However, in some marine bacteria, like Prochlorococcus et Pelagibacter, lineage have undergo up to 30% of genome reduction. Their lifestyle is almost the opposite to the one of the endosymbionts and reductive genome evolution can not be easily explicable by the Muller’s ratchet. Some other hypothesis has been proposed but none can explain all the observed genomic characteristics. In the thesis, I am interested in the reductive evolution of Prochlorococcus. I used two approaches: a theoretical one using simulation where different scenarios are tested and an analysis of Prochlorococcus genomes in a phylogenetic framework to determine the causes and characteristics of genome reduction. The combination of these two approaches allows to propose an hypothetical evolutive history for the reductive genome evolution of Prochlorococcus.