Dans le contexte de changement climatique, la compréhension des mécanismes régissant les pertes en eau de la vigne peut permettre d'adapter le matériel végétal pour maintenir la productivité de la vigne et la qualité du vin. L'adaptation à la sécheresse est un caractère complexe faisant intervenir des mécanismes physiologiques liés aux génotypes du greffon et du porte-greffe. Mais les effets du porte-greffe sur la régulation stomatique du greffon sont mal connus. La production par les racines de signaux chimiques tels que l'ABA et/ou hydraulique pourraient y contribuer. La réponse physiologique et moléculaire à la contrainte hydrique a été analysée sur de jeunes boutures pour 7 porte-greffes plus ou moins adaptés à la sécheresse et 2 cépages connus pour leur caractère iso ou anisohydrique. Puis 23 combinaisons greffon/porte-greffe issues de ces génotypes ont été étudiées. Une analyse métabolique sur l'accumulation de l'ABA et ses dérivés a été menée sur feuilles, racines et dans la sève xylémienne. Ces informations ont été couplées à des analyses transcriptomiques sur des gènes du métabolisme et de la signalisation de ABA, et codant des aquaporines de type PIP. L‘analyse conjointe des données physiologiques, métabolomiques et transcriptomiques ont permis d'identifier des composants moléculaires discriminant les porte-greffes selon leur fond génétique et leur adaptation à la sécheresse. Les réponses globales à la contrainte hydrique sont mieux coordonnées au sein d‘un même tissu qu‘entre racines et feuilles. A l‘échelle de la plante greffée, une prépondérance du signal hydraulique est probable. Certains gènes répondent spécifiquement aux interactions greffon/porte-greffe. / In the context of climate change, understanding the mechanisms governing the water loss of the vine is necessary to adapt the plant material to maintain the productivity of the vine and wine quality. The adaptation to drought is a complex trait involving physiological mechanisms related to scion and rootstock genotypes. But the effects of the rootstock on stomatal regulation graft are still unknown. Production by roots of chemical signals such as ABA and / or hydraulic ones be involved. Molecular and physiological responses to water stress were analyzed on young cuttings for 7 rootstocks more or less adapted to drought and 2 varieties known for their iso or anisohydric behaviour. Then 23 combinations scion / rootstock from these genotypes were investigated. Metabolic analyses for ABA and its derivatives was conducted in leaves, roots and in the xylem sap. The information was integrated with transcriptomic analyzes for genes involved in ABA metabolism and signaling, and encoding PIP aquaporins. Joint analyses of physiological data, metabolomic and transcriptomic allow the identification of the molecular components discriminating rootstocks according to their genetic background and their adaptation to drought. Global responses to water stress are better coordinated within the same tissue between roots and leaves. At the scale of the grafted plant, a preponderance of the hydraulic signal is likely. Some genes specifically respond to the scion / rootstock interactions.

Les strongles gastro-intestinaux, dont Haemonchus contortus constituent un problème majeur pour l'élevage des ovins allaitants. Ils entrainent des pertes de production et le recours aux anthelminthiques est remis en question par l'apparition de souches de vers résistantes. La sélection d'ovins plus résistants fait partie des stratégies complémentaires de lutte les plus sérieuses. Cependant sa mise en oeuvre requiert une meilleure compréhension des mécanismes sous-jacents. Cette thèse vise à identifier les régions du génome ovin impliquées dans la résistance aux strongles gastro-intestinaux. Une analyse statistique d'association entre des marqueurs génétiques et des mesures de résistance d'un troupeau d'ovins croisés Martinik Black-belly x Romane a mis en évidence un nombre limité de régions d'intérêt. Parmi celles-ci, un segment du chromosome 12 a été choisi pour effectuer des accouplements raisonnés et valider son rôle dans la résistance à H. contortus. L'effet de cette région a été validé chez les descendants issus d'accouplements assistés par marqueurs génétiques. Cette région semble limiter fertilité des vers femelles tout en contribuant à une réponse immunitaire plus forte. Le rôle d'une région du chromosome 21 dans la variation de concentration plasmatique en pepsinogène, un marqueur de lésions abomasales, a également été confirmé. Un gène candidat sous-jacent est en cours de séquençage et l'analyse des polymorphismes devrait contribuer à la validation de son rôle. Deux autres gènes très proches pourraient également être impliqués et mériteraient une considération future. Ces travaux illustrent à la fois la variation génétique disponible pour les caractères de résistance à H. contortus et la complexité des mécanismes mis en jeu. Des études complémentaires de séquençage et d'étude d'expression par séquençage devrait contribuer à une meilleure compréhension des fonctions des gènes impliqués et de leurs interactions. / Gastro-intestinal nematodes, among which Haemonchus contortus are a major threat to the meat sheep industry. They are responsible for production losses and the apparition of worm populations resistant to drugs limits their use as worm control strategy. Breeding more resistant sheep is among the most practicable alternative strategy. However its implementation requires a deeper understanding of underlying mechanisms. This PhD aims at identifying regions of the ovine genome affecting resistance to gastro-intestinal nematodes. A statistical analysis of existing associations between genetic markers and resistance traits of a Martinik Black-belly x Romane cross-bred sheep flock unraveled a limited number of key players. Among these, a fragment of the chromosome 12 was chosen to perform marker-assisted matings and to validate its role in resistance to H. contortus. The effect of this region was validated in the progenies born from matings. It seems this chromosomic fragment limits female worms fertility and is associated to a stronger immune response. The putative role played by a fragment of the chromosome 21 in plasmatic pepsinogen concentration (a biomarker of abomasal lesions) was also confirmed in this work. A candidate gene underlying this region has been sequenced and the analysis of the detected polymorphisms should confirm its role. Further, two other genes in its vicinity could also play a role in this biological phenomenon and they should also deserve future considerations. This work illustrated both the existing genetic variation for resistance to H. contortus and the associated complexity of underlying mechanisms. Additional sequencing and gene expression sequencing studies should help understanding gene functions and interactions.

La majorité des polluants organiques persistants, tels que les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), sont hydrophobes et de ce fait s’accumulent au cours du temps dans les sédiments aquatiques. Dans ce contexte, des tests ont été mis en œuvre sur embryons et pro-larves de truite arc-en-ciel Oncorhynchus mykiss et de médaka japonais Oryzias latipes pour étudier la toxicité de ces contaminants. Un sédiment artificiel et de nouveaux critères d’effets sur l’intégrité de l’ADN et l’activité natatoire ont été développés pour améliorer la reproductibilité et la sensibilité des tests. Ces bioessais ont été appliqués à la comparaison de la toxicité de trois mélanges de HAP : un extrait pyrolytique et deux extraits issus d’un pétrole léger Arabian Light et lourd de type Erika. Les trois mélanges de HAP ont été enrobés sur un sédiment artificiel ou sur des graviers à des concentrations comparables à celles retrouvées dans l’environnement. L’exposition des embryons à ces matrices contaminées a provoqué des perturbations de l’expression de gènes impliqués dans le fonctionnement mitochondrial, le métabolisme de la vitamine A, la formation de dommages à l’ADN ainsi que la synthèse d’hormones. Parallèlement ces mélanges ont induit des effets tératogènes, des perturbations de l’activité natatoire et des effets génotoxiques. Le degré de toxicité et le spectre d’effets induits étaient différents selon la composition des mélanges testés. Les mélanges pétrogéniques présentant une forte proportion en HAP de faibles poids moléculaires et HAP alkylés, se sont avérés plus toxiques envers les jeunes stades de développement de poissons que le mélange pyrolytique, composé en majorité de HAP à hauts poids moléculaires non substitués. Des résultats comparables ont été obtenus avec les modèles médaka japonais et truite arc-en-ciel. / Most persistent organic pollutants, such as polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), are hydrophobic and therefore accumulate over time in aquatic sediments. In this context, tests were performed on rainbow trout Oncorhynchus mykiss and Japanese medaka Oryzias latipes embryos and prolarvae to study the toxicity of these contaminants. Artificial sediment and new integrative endpoints including DNA integrity and swimming activity were developed to improve reproducibility and sensitivity of the tests. These bioassays were applied to the toxicity assessment of three PAH mixtures: a pyrolytic extract and two petrogenic extracts from Arabian Light and Erika oils. The three PAH mixtures were spiked onto sediment or gravel at environmental relevant concentrations. Embryonic exposure to these contaminated matrices induced alteration of gene expressions involved in mitochondrial functions, vitamin A metabolism, DNA damages and hormone synthesis. In parallel, these mixtures induced teratogenicity, alteration of swimming activity and genotoxicity. The toxicity potency and spectrum of effects differed according to PAH mixture composition. The petrogenic mixtures, with high proportions of low molecular weight PAHs and alkylated PAHs, were more toxic to fish early life stages than the pyrolytic mixture, mainly composed of high molecular weight PAHs non substituted. Comparable results were obtained with Japanese medaka and rainbow trout early life stages.

Avec l'avènement de la téléphonie et des réseaux mobiles, l'impact des radiofréquences (RF) sur la santé humaine est plus que jamais un sujet d'actualité. Les résultats des recherches Homme et animal restent controversés et ne permettent pas de conclusion définitive sur l’existence ou non d’effets des RF, notamment sur le cerveau. Ainsi, nos résultats montrent que chez le rat, jeune, adulte et âgé, une exposition de 3 mois à un signal LTE 4G (900 MHz, 61V/m, DAS = 0,33 W/kg) n’a aucun effet sur l’apprentissage et la mémoire spatiale récente et ancienne, ni sur l’anxiété ou la locomotion. L’expression des gènes a été étudiée par séquençage haut débit des ARNm, en conditions "Basal" et "Apprentissage" dans l’hippocampe dorsal et le cortex préfrontal médian. Nos résultats montrent que des gènes appartenant à des regroupements fonctionnels spécifiques sont modulés en réponse à l’exposition aux RF dans l'hippocampe dorsal en condition "Basal" et dans le cortex préfrontal médian, pendant et suite à un apprentissage spatial. Cependant, il est important de noter que ces modulations génétiques n'impactent pas le rappel d'un souvenir récent ou ancien. En perspective, il sera important de connaître les possibles répercussions que ces régulations peuvent avoir à plus long terme sur le fonctionnement cérébral. / The increasing development of mobile phone technology and networks raises the question of the impact of electromagnetic fields in the radiofrequency range (RF) on human health and well-being. However, data from humans and animal scientific research remain controversial and do not allow to conclude about potential harmful effects of RF, particularly on the brain. Thus, our results showed that, in young, adult and aged rats, a chronic exposure (3 months) to a 4G LTE signal (900 MHz, SAR = 0.33 W/kg, 61V/m) had no impact on spatial learning and long-term memory, nor on anxiety and locomotion. Gene expression was studied using high throughput RNA sequencing in the dorsal hippocampus and medial prefrontal cortex, both in "Basal" and "Learning" conditions. Our results show that some genes belonging to specific functional groups were modulated by RF in the dorsal hippocampus in "Basal" condition and, in the median prefrontal cortex during and after spatial learning. However, it is to note that these gene expression modulations have no impact on recent or remote memory. In perspective, it will be important to explore the potential effects of such changes in brain functioning.

De nombreux travaux récents ont démontré l’importance de la stochasticité dans l’expression des gènes à différentes échelles. On passera tout d’abord en revue les principaux résultats expérimentaux pour motiver l’étude de modèles mathèmatiques prenant en comptedes effets aléatoires. On étudiera ensuite deux modèles particuliers où les effets aléatoires induisent des comportements intéressants, en lien avec des résultats expérimentaux : une dynamique intermittente dans un modèle d’auto-régulation de l’expression d’un gène ; et l’émergence d’hétérogénéité à partir d’une population homogène de protéines par modification post-traductionnelle. Dans le Chapitre I, nous avons étudié le modèle standard d’expression des gènes à trois variables : ADN, ARN messager et protéine. L’ADN peut être dans deux états, respectivement “ON“ et “OFF“. La transcription (production d’ARN messagers) peut avoir lieu uniquement dans l’état “ON“. La traduction (production de protéines) est proportionnelleà la quantité d’ARN messager. Enfin la quantité de protéines peut réguler de manière non-linéaire les taux de production précédent. Nous avons utilisé des théorèmesde convergence de processus stochastique pour mettre en évidence différents régimes de ce modèle. Nous avons ainsi prouvé rigoureusement le phénomène de production intermittente d’ARN messagers et/ou de protéines. Les modèles limites obtenues sont alors des modèles hybrides, déterministes par morceaux avec sauts Markoviens. Nous avons étudié le comportement en temps long de ces modèles et prouvé la convergence vers des solutions stationnaires. Enfin, nous avons étudié en détail un modèle réduit, calculé explicitement la solution stationnaire, et étudié le diagramme de bifurcation des densités stationnaires. Ceci a permis 1) de mettre en évidence l’influence de la stochasticité en comparant aux modèles déterministes ; 2) de donner en retour un moyen théorique d’estimer la fonctionde régulation par un problème inverse. Dans le Chapitre II, nous avons étudié une version probabiliste du modèle d’agrégation fragmentation. Cette version permet une définition de la nucléation en accord avec les modèles biologistes pour les maladies à Prion. Pour étudier la nucléation, nous avons utilisé une version stochastique du modèle de Becker-Dôring. Dans ce modèle, l’agrégation est réversible et se fait uniquement par attachement/détachement d’un monomère. Le temps de nucléation est définit comme le premier temps où un noyau (c’est-à-dire un agrégat de taille fixé, cette taille est un paramètre du mod`ele) est formé. Nous avons alors caractérisé la loi du temps de nucléation dans ce modèle. La distribution de probabilitédu temps de nucléation peut prendre différente forme selon les valeurs de paramètres : exponentielle, bimodale, ou de type Weibull. Concernant le temps moyen de nucléation, nous avons mis en évidence deux phénomènes importants. D’une part, le temps moyen denucl´eation est une fonction non-monotone du paramètre cinétique d’agrégation. D’autre part, selon la valeur des autres paramètres, le temps moyen de nucléation peut dépendre fortement ou très faiblement de la quantité initiale de monomère . Ces caractérisations sont importantes pour 1) expliquer des dépendances très faible en les conditions initiales,observées expérimentalement ; 2) déduire la valeur de certains paramètres d’observations expérimentales. Cette étude peut donc être appliqué à des données biologiques. Enfin, concernant un modèle de polymérisation-fragmentation, nous avons montré un théorème limite d’un modèle purement discret vers un modèle hybride, qui peut-être plus utile pourdes simulations numériques, ainsi que pour une étude théorique. / The importance of stochasticity in gene expression has been widely shown recently. Wewill first review the most important related work to motivate mathematical models thattakes into account stochastic effects. Then, we will study two particular models where stochasticityinduce interesting behavior, in accordance with experimental results : a bursting dynamic in a self-regulating gene expression model ; and the emergence of heterogeneityfrom a homogeneous pool of protein by post-translational modification.In Chapter I, we studied a standard gene expression model, at three variables : DNA, messenger RNA and protein. DNA can be in two distinct states, ”ON“ and ”OFF“. Transcription(production of mRNA) can occur uniquely in the ”ON“ state. Translation (productionof protein) is proportional to the quantity of mRNA. Then, the quantity of proteincan regulate in a non-linear fashion these production rates. We used convergence theoremof stochastic processes to highlight different behavior of this model. Hence, we rigorously proved the bursting phenomena of mRNA and/or protein. Limiting models are then hybridmodel, piecewise deterministic with Markovian jumps. We studied the long time behaviorof these models and proved convergence toward a stationary state. Finally, we studied indetail a reduced model, explicitly calculated the stationary distribution and studied itsbifurcation diagram. Our two main results are 1) to highlight stochastic effects by comparisonwith deterministic model ; 2) To give back a theoretical tool to estimate non-linear regulation function through an inverse problem. In Chapter II, we studied a probabilistic version of an aggregation-fragmentation model. This version allows a definition of nucleation in agreement with biological model for Prion disease. To study the nucleation, we used a stochastic version of the Becker-Döring model. In this model, aggregation is reversible and through attachment/detachment of amonomer. The nucleation time is defined as a waiting time for a nuclei (aggregate of afixed size, this size being a parameter of the model) to be formed. In this work, we characterized the law of the nucleation time. The probability distribution of the nucleation timecan take various forms according parameter values : exponential, bimodal or Weibull. Wealso highlight two important phenomena for the mean nucleation time. Firstly, the mean nucleation time is a non-monotone function of the aggregation kinetic parameter. Secondly, depending of parameter values, the mean nucleation time can be strongly or very weakly correlated with the initial quantity of monomer. These characterizations are important for 1) explaining weak dependence in initial condition observed experimentally ; 2) deducingsome parameter values from experimental observations. Hence, this study can be directly applied to biological data. Finally, concerning a polymerization-fragmentation model, weproved a convergence theorem of a purely discrete model to hybrid model, which may beuseful for numerical simulations as well as a theoretical study.

Les phytoplasmes sont des bactéries phytopathogènes, sans paroi, qui appartenant à la classe des Mollicutes. Ils ne peuvent pas etre cultivés in vitro et sont limités à des tubes du phloème. Ils provoquent des centaines de maladies chez de nombreuses espèces végétales dans le monde entier, ce qui conduit à des pertes de récolte importantes. Les phytoplasmes sont transmis naturellement par des insectes suceurs de sève dans laquelle ils se multiplient. Ils induisent des symptômes graves, notamment le jaunissement, la croissance limitée, déclin, ainsi que des anomalies des fleurs et des fruits. L'infection par le phytoplasme du stolbur, en particulier, affect fortement la morphologie florale. Dans la tomate, deux isolats différents du phytoplasme du stolbur, nommé C et PO, induisent des symptômes différents. La tomate infectée par le phytoplasme du stolbur PO montrent des malformations florale telles que les sépales hypertrophiés, les pétales et les étamines avortées ce qui conduit à la stérilité. En revanche, la tomate infecté par le phytoplasme du stolbur C ont de petites feuilles de tomate en retrait, mais les fleurs presque normale, et produisent des fruits. Nous avons précédemment montré que SlDEF, un gène impliqué dans la formation des pétales est réprimé dans des plantes de tomate infectée par le stolbur phytoplasme PO. Toutefois, l'expression de son facteur de transcription, codée par le gène FA, est resté stable ou voir légèrement augmentée. Nous avons donc émis l'hypothèse que la répression de SlDEF pourrait être dû à une méthylation de l'ADN. Pour tester cette hypothèse, nous avons étudié l'expression des gènes de méthylases et de déméthylases. Ils étaient en général réprimés dans les tomates infectées par le phytoplasme du stolbur PO, ce qui était en accord avec l'hypothèse De plus, nous avons étudié les voies de défense activée chez les tomates infectées par le phytoplasme du stolbur. Pour se défendre, les plantes utilisées des molécules de signalisation comme l'acide salicylique (SA), l'acide jasmonique (JA) et d'éthylène (ET). Nous avons étudié l'expression de 21 gènes de défense dépendants SA / JA / ET, des gènes de biosynthèse et les facteurs de transcription chez les tomates infectées par les phytoplasmes du stolbur C et PO. Nous avons également étudié l'effet de la pré-activation des voies de SA et JA sur la production des symptômes. Nos résultats montrent clairement que les voies de défense ont été activées différemment dans les tomates infectés par le phytoplasme du stolbur C et PO. En effet, les voies de défense dépendantes de SA, ET et JA ont été activées chez les tomates infectées par le phytoplasme du stolbur C alors que seulement les voies dépendantes SA et ET ont été activés dans les tomates infectées par stolbur PO . En outre, la pré-activation de la voie de défense dépendante SA par l'application de BTH modifie légèrement l'évolution des symptômes de maladies causées par le phytoplasme du stolbur PO / Phytoplasma are cell wall-less, phytopathogenic bacteria belonging to the class Mollicutes. They have not been cultured in vitro and are restricted to the phloem sieve tubes. They cause hundreds of diseases in many plant species worldwide, resulting in important crop losses. Phytoplasmas are naturally transmitted by sap-sucking insects in which they multiply. They induce severe symptoms including yellowing, restricted growth, decline, as well as major flowers and fruits abnormalities.The stolbur phytoplasma infection, in particular, has been reported to strongly affect floral morphology. In tomato, two different isolates of stolbur phytoplasma, named C and PO, induce different symptoms. The stolbur PO phytoplasma-infected plants show abnormal flower development such as hypertrophied sepals, and aborted petals and stamens leading to sterility. In contrast, stolbur C phytoplasma-infected tomato have small indented leaves but nearly normal flowers, and produce fruits. We have previously shown that SlDEF, one gene involved in petal formation, was repressed in stolbur PO phytoplasma-infected tomato. However, the expression of its transcription factor, encoded by the gene FA, was unchanged or slightly up-regulated. So we hypothesized that SlDEF repression could be due to DNA methylation. To test this hypothesis, we studied the expression of DNA methylases and demethylases genes. They were in general down-regulated in stolbur PO infected tomato, which was in agreement with the hypothesis. However, the regulation of SlDEF expression could not be firmly correlated to the DNA methylation status of its promoter region. In addition, we studied the plant defense pathways activated in stolbur phytoplasma-infected tomato. To defend themselves, plants used signalling molecules like Salicylic acid (SA), Jasmonic acid (JA) and Ethylene (ET). We studied the expression of 21 SA/JA/ET regulated defense and biosynthesis genes including transcription factors in stolbur C and PO phytoplasma-infected tomato as compared to healthy ones. We also studied the effect of pre-activation of SA and JA mediated defense pathways on symptom production. Our results clearly showed that defense pathways were activated differently in stolbur C and PO phytoplasma-infected tomato. Indeed, SA ET and JA dependant pathways were activated in stolbur C-infected tomato while only SA and ET dependant pathways were activated in stolbur PO-infected plants. In addition, pre-activation of SA-dependent defense pathway by application of BTH slightly modify the evolution of disease symptoms caused by stolbur PO phytoplasma whereas no effect was observed after treatment with an analogue of JA.

L’association mycorhizienne à arbuscules (AM) est le résultat d’une interaction compatible entre les génomes des deux partenaires symbiotiques. Dans ce contexte, le but de mes recherches a été de mieux caractériser le rôle des gènes de pois liés aux stades tardifs de la symbiose, PsSym36, PsSym33 and PsSym40, dans le fonctionnement de la symbiose MA (i) en étudiant l’effet des mutations de ces trois gènes sur l’expression des gènes de la plante et du champignon, et (ii) en créant les conditions pour positionner deux de ces gènes, PsSym36 and PsSym40, sur la carte génétique afin d’envisager leur clonage futur. L’expression d’un groupe de dix gènes fongiques et de huit gènes de plante, déjà décrits pour être activés durant le développement de la mycorhize, a été comparée dans les racines de pois inoculées avec G. intraradices chez les plantes de génotypes sauvages, ou les mutants Pssym36, Pssym33 et Pssym40. L’expression de la plupart des gènes fongiques a été inhibée dans les racines du mutant Pssym36 où la formation des arbuscules est avortée, tandis que l’expression de plusieurs d’entre eux a été activée lorsqu’il existe un développement plus rapide du champignon dans les racines du mutant Pssym40. Des microdisséquats obtenus à partir de racines mycorhizées du mutant PsSym40 confirment l’expression préférentielle de trois gènes de G. intraradices (SOD, DESAT et PEPISOM) dans les cellules contenant les arbuscules. L’inactivation du gène PsSym36 provoque également une inhibition des gènes de plante alors que la mutation des gènes PsSym33 and PsSym40 affecte l’expression des gènes de plante plutôt de façon temporelle. Les résultats indiquent ainsi une implication des gènes SYM de pois dans la modulation des interactions moléculaires entre la plante et le champignon impliquées au niveau de la signalisation, des échanges nutritifs ou de la régulation des réponses au stress durant la formation et/ou le fonctionnement de la symbiose AM. Les conditions pour la localisation des gènes PsSym36 and PsSym40 sur la carte génétique du pois ont été développées pour leur clonage basé sur la cartographie. En utilisant les marqueurs moléculaires obtenus, il a été possible de conclure que la localisation du gène PsSym40 réside vraisemblablement à l’extérieur des groupes de liaison I, II, III ou V de la carte génétique du pois. / The arbuscular mycorrhizal (AM) association results from a successful interaction between the genomes of the two symbiotic partners. In this context, the aim of my research was to better characterize the role of the late stage symbiosis-related pea genes PsSym36, PsSym33 and PsSym40 in the functional AM (i) by investigating the effect of mutations in the three genes on fungal and plant gene responses and (ii) by creating conditions for the localization of two of the genes, PsSym36 and PsSym40, on the pea genetic map for future map-based cloning. The expression of a subset of ten fungal and eight plant genes,previously reported to be activated during mycorrhiza development, was compared in Glomus intraradices-inoculated roots of wild type and Pssym36, Pssym33 and Pssym40 mutant pea plants. Most of the fungal genes were down-regulated in roots of the Pssym36 mutant where arbuscule formation is defective, and several were upregulated with more rapid fungal development in roots of the Pssym40 mutant. Microdissection of mycorrhizal PsSym40 roots corroborated preferential expression of the three G. intraradices genes SOD, DESAT and PEPISOM in arbuscule-containing cells. Inactivation of PsSym36 also resulted in down regulation of plant genes whilst mutation of the PsSym33 and PsSym40 genes affected plant gene responses in a more time-dependent way. Results thus indicate an implication of the investigated pea SYM genes in the modulation of plant and fungal molecular interactions linked to signaling, nutrient exchange or stress response regulation during AM symbiosis formation and functioning. Conditions for localization of the PsSym36 and PsSym40 genes on the pea genetic map were developed for their future map-based cloning. Based on the molecular markers obtained, it was possible to conclude that localization of the PsSym40 gene most likely resides outside the linkage groups I, II, III or V of the genetic map of pea. / Формирование арбускулярной микоризы (АМ) является результатом успешного взаимодействия между геномами двух симбиотических партнёров. Целью моего исследования являлось изучение роли поздних симбиотических генов гороха PsSym36, PsSym33 и PsSym40 в формировании функционального АМ симбиоза. Для этого было проведено исследование эффекта мутаций в генах PsSym36, PsSym33 и PsSym40 на экспрессию грибных и растительных генов, предположительно (по литературным данным) вовлечённых в процессы формирования АМ, а так же проведена работа по локализации генов PsSym36 и PsSym40 на генетической карте гороха для последующего более точного картирования и позиционного клонирования данных генов. Экспрессия десяти грибных и восьми растительных генов была определена в корнях растений дикого типа и PsSym36, PsSym33 и PsSym40 мутантов, инокулированных G. intraradices. В корнях PsSym36 мутанта, имеющего дефект развития арбускул, большая часть грибных генов была супрессирована, в то время как в корнях PsSym40 мутанта, для которого характерна более быстрая по сравнению с диким типом микоризация, был отмечен более высокий уровень экспрессии грибных генов. Использование метода микродиссекций позволило выделить клетки, содержащие арбускулы, из микоризованных корней мутанта PsSym40 и подтвердить, что гены G. intraradices SOD, DESAT и PEPISOM преимущественно экспрессируются в клетках, содержащих арбускулы. Мутация в гене PsSym36 также привела к подавлению экспрессии большинства вовлечённых в анализ растительных генов, тогда как мутации в генах PsSym33 и PsSym40 оказали влияние на ксперессию растительных генов в меньшей степени. Полученные результаты свидетельствуют о роли исследуемых SYM генов гороха в контролировании растительно-грибных молекулярных взаимодействий, связанных с сигналингом, обменом питательными веществами и стрессовыми реакциями в процессе формирования и функционирования АМ симбиоза. Проведённое генетическое картирование не привело к локализации генов PsSym36 и PsSym40 на генетической карте гороха. Однако разработка и использование молекулярных маркеров для картирования позволили исключить локализацию гена PsSym40 в I, II, III и V группах сцепления с высокой долей вероятности.

Talaromyces versatilis est un champignon filamenteux d’intérêt industriel grâce à sa capacité deproduction d’enzymes hydrolytiques. La Société Adisseo commercialise un cocktail enzymatiqueproduit par fermentation à partir de T. versatilis, sous le nom de Rovabio™. Ce cocktail est utilisé entant qu'additif alimentaire en nutrition animale, car la grande variété d'enzymes hydrolytiques qu’ilcontient peut dégrader les polysaccharides présents dans l’enveloppe des céréales, améliorant ainsila digestibilité la valeur nutritionnelle des matières premières agricoles. Malgré les efforts consentispour mieux connaître la biologie de T. versatilis, très peu est connu sur ce champignon.L’étudeprésentée ici vise à décrire les réseaux de régulation qui contrôlent l’expression des gènes codantpour ces enzymes hydrolytiques, en utilisant des approches génomiques et transcriptomiques.Avoir accès à une annotation correcte de la séquence génomique et posséder les outilsnécessaires pour l'ingénierie génétique sont essentiels pour réaliser des études de génomiquefonctionnelle. Donc, le premier volet de cette thèse a été l’analyse de la séquence génomique et lacuration manuelle de l'annotation, ce qui nous a conduits à évaluer le vaste potentiel génétique de T.versatilis pour la production et la sécrétion d'enzymes hydrolytiques impliquées dans la dégradationde la lignocellulose. Deuxièmement, un système de délétion des gènes initialement conçu pourAspergillus niger a été adapté à T. versatilis. Cette méthode permet le recyclage du marqueur desélection et est efficace dans des souches dont le système NHEJ est actif (Delmas, et al., 2014, AEM).Au cours de ce travail, deux mutants de délétion de T. versatilis ont été obtenus: ΔxlnR et ΔclrA.La première approche mise en place pour avoir une meilleure compréhension des réseaux derégulation via une vue globale du transcriptome, fut l’utilisation de la technique de RNAseq sur troiséchantillons issus de la souche sauvage de T. versatilis exposée au glucose, à la paille de blé et auglucose et paille de blé simultanément comme sources de carbone, respectivement. Les données ontmontré une augmentation massive des niveaux d’expression de nombreux gènes, en particulier ceuxcodant pour des enzymes hydrolytiques, lorsque le mycélium est exposé à la lignocellulose. Enfin, la dernière partie du projet s’est appuyée sur la la RT-qPCR, technique appropriée pourétudier un nombre limité de gènes dans une grande variété de conditions. Toutefois la normalisationdes données est une étape essentielle du flux de travail qui peut conduire à une interprétationbiologique incorrecte de la régulation des gènes. Le travail effectué sur les données de RNAseq nousa amené à reconsidérer la nature des gènes de référence classiquement utilisés, puisque la plupartd'entre eux présentaient des changements d'expression considérables en présence de lignocellulose.En conséquence, un nouvel ensemble de gènes de référence putatifs a été identifié et la stabilité deleur expression validée par RT-qPCR chez T. versatilis cultivé dans plus de 30 conditions différentes.Des jeux de données de RNAseq de 18 champignons filamenteux phylogénétiquement éloignés ontpar ailleurs été collectés, afin de démontrer que la sélection des gènes candidats pour lanormalisation des données de RT-qPCR chez T. versatilis peut être étendue à d'autres champignons(Llanos et al., 2014, BMC Genomics). Ces aspects méthodologiques validés, nous avons enfin réaliséune étude plus détaillée de la transcription d'un groupe de gènes d'intérêt par RT-qPCR, dans unegrande variété de conditions et 2 souches différentes, la souche sauvage et la mutante ΔxlnR.L'analyse de ces données a permis d'identifier des gènes aux profils d'expression similaires, quirépondent de la même façon aux substrats inducteurs et qui partagent probablement les mêmesmécanismes de régulation. / Talaromyces versatilis is an industrially important enzymes producing filamentous fungus.Adisseo Company commercializes the enzymatic cocktail, produced from T. versatilis fermentation,with the name of Rovabio™. This cocktail is applied as an animal feed additive as it contains a widevariety of hydrolytic enzymes that can degrade the polysaccharides present in the seed-coat and thusimproves the digestibility and increases the nutritional value of the agricultural raw materials.Although efforts have been done to study different aspects of the biology of T. versatilis, very little isknown about this fungus. This study aimed to describe the regulatory networks of genes encodingplant cell wall-degrading enzymes from this biotechnologically important fungus using genomic andtranscriptomic approaches.Having a correct annotation of the genomic sequence together with efficient tools for genomeengineering are essential for downstream functional genomics works and characterization of theregulatory networks. Therefore, the first task carried out an analysis of the genomic sequence and amanual curation of the annotation, which led us to assess the vast genetic potential of T. versatilis forthe production and secretion of hydrolytic enzymes involved in the degradation of lignocellulosicmaterials. Secondly, I adapted a gene deletion system initially designed for Aspergillus niger. Thismethod allows recycling of the selection marker and is efficient in a non-homologous end-joining(NHEJ)-proficient strain (Delmas, Llanos et al., 2014, AEM). During this work, two deletion mutants ofT. versatilis were obtained: ΔxlnR and ΔclrA.Towards better understanding of the regulatory network, I first contributed to an RNAseq-basedtranscriptomic study that was performed on the wild type strain of T. versatilis exposed to glucoseand wheat straw as carbon sources. The data showed a massive increase in transcript levels ofnumerous genes, in particular those encoding hydrolytic enzymes, when the mycelium wasincubated with lignocellulose.If RT-qPCR is indeed a suitable technique to study a limited number of genes in a large variety ofconditions, data normalisation is a critical step of the workflow that can lead to incorrect biologicalinterpretation of gene regulation. The work done on the RNA-seq data led me to reconsider the useof the classical reference genes, since most of them exhibited expression changes in the presence oflignocellulosic substrate. I therefore identified a new set of putative reference genes and validatedtheir expression stability by RT-qPCR in T. versatilis cultivated under more than 30 differentconditions. Then, I collected about a hundred RNA-seq datasets from 18 phylogenetically distantfilamentous fungi, to demonstrate that the use of the suitable candidates for RT-qPCR datanormalisation in T. versatilis can be extended to other fungi (Llanos et al., 2014 BMC genomics (minorrevisions)). Thereafter, I performed a more detailed RT-qPCR based transcriptional study of a groupof genes of interest, in a wide variety of conditions and in 2 strains, the wild-type and the ΔxlnRmutant. The analysis of expression data of the genes of interest allowed to identify genes with similarexpression patterns, which probably share the same regulatory mechanisms and also the substratesthat act as inducers for their expression

L’objectif de ce travail est de mettre au point une nouvelle approche automatique pour identifier les réseaux de gènes concourant à une même fonction biologique. Ceci permet une meilleure compréhension des phénomènes biologiques et notamment des processus impliqués dans les maladies telles que les cancers. Différentes stratégies ont été développées pour essayer de regrouper les gènes d’un organisme selon leurs relations fonctionnelles : génétique classique et génétique moléculaire. Ici, nous utilisons une propriété connue des réseaux de gènes fonctionnellement liés à savoir que ces gènes sont généralement co-régulés et donc co-exprimés. Cette co-régulation peut être mise en évidence par des méta-analyses de données de puces à ADN (micro-arrays) telles que Gemma ou COXPRESdb. Dans un travail précédent [Al Adhami et al., 2015], la topologie d’un réseau de co-expression de gènes a été caractérisé en utilisant deux paramètres de description des réseaux qui discriminent des groupes de gènes sélectionnés aléatoirement (modules aléatoires, RM) de groupes de gènes avec des liens fonctionnels connus (modules fonctionnels, FM), c’est-à-dire des gènes appartenant au même processus biologique GO. Dans le présent travail, nous avons cherché à généraliser cette approche et à proposer une méthode, appelée TopoFunc, pour améliorer l’annotation existante de la fonction génique. Nous avons d’abord testé différents descripteurs topologiques du réseau de co-expression pour sélectionner ceux qui identifient le mieux des modules fonctionnels. Puis, nous avons constitué une base de données rassemblant des modules fonctionnels et aléatoires, pour lesquels, sur la base des descripteurs sélectionnés, nous avons construit un modèle de discrimination LDA [Friedman et al., 2001] permettant, pour un sous-ensemble de gènes donné, de prédire son type (fonctionnel ou non). Basée sur la méthode de similarité de gènes travaillée par Wang et ses collègues [Wang et al., 2007], nous avons calculé un score de similarité fonctionnelle entre les gènes d’un module. Nous avons combiné ce score avec celui du modèle LDA dans une fonction de fitness implémenté dans un algorithme génétique (GA). À partir du processus biologique d’ontologie de gènes donné (GO-BP), AG visait à éliminer les gènes faiblement co-exprimés avec la plus grande clique de GO-BP et à ajouter des gènes «améliorant» la topologie et la fonctionnalité du module. Nous avons testé TopoFunc sur 193 GO-BP murins comprenant 50-100 gènes et avons montré que TopoFunc avait agrégé un certain nombre de nouveaux gènes avec le GO-BP initial tout en améliorant la topologie des modules et la similarité fonctionnelle. Ces études peuvent être menées sur plusieurs espèces (homme, souris, rat, et possiblement poulet et poisson zèbre) afin d’identifier des modules fonctionnels conservés au cours de l’évolution. / The aim of this work is to develop a new automatic approach to identify networks of genes involved in the same biological function. This allows a better understanding of the biological phenomena and in particular of the processes involved in diseases such as cancers. Various strategies have been developed to try to cluster genes of an organism according to their functional relationships : classical genetics and molecular genetics. Here we use a well-known property of functionally related genes mainly that these genes are generally co-regulated and therefore co-expressed. This co-regulation can be detected by microarray meta-analyzes databases such as Gemma or COXPRESdb. In a previous work [Al Adhami et al., 2015], the topology of a gene coexpression network was characterized using two description parameters of networks that discriminate randomly selected groups of genes (random modules, RM) from groups of genes with known functional relationship (functional modules, FM), e.g. genes that belong to the same GO Biological Process. We first tested different topological descriptors of the co-expression network to select those that best identify functional modules. Then, we built a database of functional and random modules for which, based on the selected descriptors, we constructed a discrimination model (LDA)[Friedman et al., 2001] allowing, for a given subset of genes, predict its type (functional or not). Based on the similarity method of genes worked by Wang and co-workers [Wang et al., 2007], we calculated a functional similarity score between the genes of a module. We combined this score with that of the LDA model in a fitness function implemented in a genetic algorithm (GA). Starting from a given Gene Ontology Biological Process (GO-BP), AG aimed to eliminate genes that were weakly coexpressed with the largest clique of the GO-BP and to add genes that "improved" the topology and functionality of the module. We tested TopoFunc on the 193 murine GO-BPs comprising 50-100 genes and showed that TopoFunc aggregated a number of novel genes to the initial GO-BP while improving module topology and functional similarity. These studies can be conducted on several species (humans, mice, rats, and possibly chicken and zebrafish) to identify functional modules preserved during evolution.

Les traits quantitatifs complexes sont des caractéristiques mesurables d’organismes vivants qui résultent de l’interaction entre plusieurs gènes et facteurs environnementaux. Les locus génétiques liés à un caractère complexe sont appelés «locus de traits quantitatifs » (QTL). Récemment, en considérant les niveaux d’expression tissulaire de milliers de gènes comme des traits quantitatifs, il est devenu possible de détecter des «QTLs d’expression» (eQTL). Alors que ces derniers ont été considérés comme des phénotypes intermédiaires permettant de mieux comprendre l’architecture biologique des traits complexes, la majorité des études visent encore à identifier une mutation causale dans un seul gène. Cette approche ne peut remporter du succès que dans les situations où le gène incriminé a un effet majeur sur le trait complexe, et ne permet donc pas d’élucider les situations où les traits complexes résultent d’interactions entre divers gènes. Cette thèse propose une approche plus globale pour : 1) tenir compte des multiples interactions possibles entre gènes pour la détection de eQTLs et 2) considérer comment des polymorphismes affectant l’expression de plusieurs gènes au sein de groupes de co-expression pourraient contribuer à des caractères quantitatifs complexes. Nos contributions sont les suivantes : Nous avons développé un outil informatique utilisant des méthodes d’analyse multivariées pour détecter des eQTLs et avons montré que cet outil augmente la sensibilité de détection d’une classe particulière de eQTLs. Sur la base d’analyses de données d’expression de gènes dans des tissus de souris recombinantes consanguines, nous avons montré que certains polymorphismes peuvent affecter l’expression de plusieurs gènes au sein de domaines géniques de co-expression. En combinant des études de détection de eQTLs avec des techniques d’analyse de réseaux de co-expression de gènes dans des souches de souris recombinantes consanguines, nous avons montré qu’un locus génétique pouvait être lié à la fois à l’expression de plusieurs gènes au niveau d’un domaine génique de co-expression et à un trait complexe particulier (c.-à-d. la masse du ventricule cardiaque gauche). Au total, nos études nous ont permis de détecter plusieurs mécanismes par lesquels des polymorphismes génétiques peuvent être liés à l’expression de plusieurs gènes, ces derniers pouvant eux-mêmes être liés à des traits quantitatifs complexes. / Complex quantitative traits are measurable characteristics of living organisms resulting from the interaction between multiple genes and environmental factors. Genetic loci associated with complex trait are called "quantitative trait loci" (QTL). Recently, considering the expression levels of thousands of genes as quantitative traits, it has become possible to detect "expression QTLs " (eQTL). These eQTL are considered intermediate phenotypes and are used to better understand the biological architecture of complex traits. However the majority of studies still try to identify a causal mutation in a single gene. This approach can only meet success in situations where the gene incriminate as a major effect on the complex trait, and therefore can not elucidate the situations where complex traits result from interactions between various genes. This thesis proposes a more comprehensive approach to: 1) take into account the possible interactions between multiple genes for the detection of eQTLs and 2) consider how polymorphisms affecting the expression of several genes in a module of co-expression may contribute to quantitative complex traits. Our contributions are as follows: We have developed a tool using multivariate analysis techniques to detect eQTLs, and have shown that this tool increases the sensitivity of detection of a particular class of eQTLs. Based on the data analysis of gene expression in recombinant inbred strains mice tissues, we have shown that some polymorphisms may affect the expression of several genes in domain of co-expression. Combining eQTLs detection studies with network of co-expression genes analysis in recombinant inbred strains mice, we showed that a genetic locus could be linked to both the expression of multiple genes at a domain of gene co-expression and a specific complex trait (i.e. left ventricular mass). Our studies have detected several mechanisms by which genetic polymorphisms may be associated with the expression of several genes, and may themselves be linked to quantitative complex traits.