Les systèmes toxine-antitoxine (TA) sont très répandus au sein des génomes bactériens. Ces opérons bicistroniques de petite taille ont été découverts sur des plasmides à bas nombre de copies. Dans ce contexte génétique, les systèmes TA confèrent un avantage sélectif à leurs molécules-hôtes en tuant les bactéries-filles qui ne les ont pas héritées par le mécanisme de tuerie post-ségrégationnelle (PSK, post-segregational killing). Ces systèmes génétiques sont également appelés modules d’addiction étant donné qu’ils rendent la descendance des bactéries qui les contiennent dépendantes de leur présence. Alors que leur rôle dans les molécules d’ADN épisomiques est relativement bien établi, le sens biologique de la présence d’homologues à ces systèmes épisomiques au sein des chromosomes bactériens est sujet à d’intenses débats. L’idée que les systèmes TA chromosomiques confèrent un avantage sélectif a été mise en évidence dans plusieurs modèles. Selon ces modèles, les systèmes TA permettent aux bactéries de mieux faire face à des conditions environnementales stressantes. <p>Entre-temps, la compréhension de l’évolution des génomes bactériens a connu des avancées significatives. L’impressionnante capacité d’adaptation des bactéries est aujourd’hui majoritairement attribuée au transfert horizontal de gènes (THG) provoqué par les éléments génétiques mobiles (phages, plasmides, transposons…). Dans le débat du rôle des systèmes TA chromosomiques, très peu d’attention a été accordée aux relations phylogénétiques et interactions entre systèmes plasmidiques et chromosomiques co-existant au sein d’un même hôte ainsi qu’à l’impact du THG sur leur évolution. Notre travail de thèse vise à mieux comprendre la biologie des systèmes TA en tenant compte de ces paramètres. Nous nous sommes intéressés à des systèmes homologues au système plasmidique ccdF. Nous avons étudié expérimentalement les 4 systèmes ccd (ccd1, ccd2, ccd3 et ccd4) qui co-habitent au sein du chromosome d’Erwinia chrysanthemi 3937 (une bactérie phytopathogène), leurs interactions intragénomiques et les interactions de ces systèmes avec le système plasmidique ccdF. Ce cadre expérimental a mené à la construction du modèle d’anti-addiction. Ce modèle propose que certains systèmes chromosomiques puissent conférer un avantage sélectif à leurs hôtes bactériens en interférant avec le PSK médié par leurs homologues plasmidiques. Cet avantage sélectif pourrait permettre la fixation de systèmes TA latéralement acquis au sein des populations bactériennes. Nous avons également recherché de nouveaux systèmes ccd au sein des génomes bactériens afin d’avoir un aperçu de leur distribution, des contextes génétiques dans lesquels ils existent et de l’implication du THG dans leur dispersion. Les réflexions qui ont accompagné notre recherche nous ont mené à proposer une synthèse sur le rôle des systèmes TA (plasmidiques et chromosomiques). Celle-ci se nourrit des avancées qui ont été effectuées, ces dernières années, dans la compréhension de l’évolution des génomes bactériens, de la théorie hiérarchique de la sélection naturelle et des processus non-adaptatifs et contingents qui pourraient expliquer la présence et la propagation des systèmes TA au sein des génomes bactériens sans que ceux-ci en soient les agents causaux. <p><p> / Doctorat en sciences, Spécialisation biologie moléculaire / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Dans cette thèse nous nous intéressons à la manière dont la structure des plantes émerge du fonctionnement de leur méristème apical. Pour cela, nous étudions la structure du méristème apical d'Arabidopsis thaliana à différentes échelles. La thèse commence par étudier les plantes à l'échelle macroscopique dont la phyllotaxie a été perturbée et par le développement d'outils mathématiques pour quantifier et analyser ces perturbations. Ensuite, nous étudions à une échelle plus microscopiques quelles peuvent être les raisons de telles perturbations. Pour cela, nous avons testé une version étendue d'un modèle proposé par Douady et Couder (1996) dans lequel plusieurs paramètres clés sont modifiés par différentes sources de bruit. Cette étude de modélisation suggère que la stabilité de la taille de la zone de la zone centrale peut être un facteur clé dans la robustesse phyllotaxie. Alors que des modèles 3D réalistes des champs d'inhibition autour des primordia ont été développés récemment, une telle étude est toujours manquante pour les tissus réalistes en 3D dans le cas de la zone centrale. Cela nous conduit finalement à analyser en profondeur le réseau de régulation génétique qui contrôle la taille de la zone centrale dans le méristème. Nous avons implémenté une version 3D d'un modèle de la littérature de la zone centrale et testé ce modèle sur des méristèmes 3D obtenues à partir des images 3D de la microscopie laser.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

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

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Le maïs est une plante de culture vivrière commerciale très importante, cultivée partout dans le monde. Sa croissance et les rendements en champ sont affectés par de nombreuses contraintes environnementales. Dans ce travail, l'impact du polluant gazeux phytotoxique, l'ozone, a été étudié sur les feuilles de maïs en utilisant une approche moléculaire et biochimique. Les concentrations en ozone dans la troposphère ont considérablement augmenté dans un passé récent, et actuellement l'ozone affecte clairement les cultures. Un système de fumigation récemment développé à l'INRA a été utilisé pour exposer à l'ozone les maïs en champs de façon contrôlée. Soixante et onze jours après le semis, les plantes ont été soumises à une fumigation d'ozone de 98 ppb.h-1 en moyenne. Les feuilles 10 et 12 ont été récoltées après 20, 35 et 50 jours de traitement. L'expression de trois gènes codant les metacaspases (ZmMCII-1, ZmMCII-2 and ZmMCII-3) ainsi que de leur activité enzymatique globale ont été étudiées lors de la sénescence, et en réponse à l'ozone, dans les feuilles. Pour la première fois, nous avons montré une accumulation significative de l'ARNm des trois metacapases en réponse à l'ozone. Par ailleurs, l'activité enzymatique cellulaire globale des metacaspases est également fortement stimulée dans les deux cas (ozone et sénescence). La surexpression des gènes et la stimulation de l'activité des metacaspases pourraient êtres liés à un ajustement des catabolismes protéiques des feuilles lors de la sénescence et en réponse à l'ozone. Au cours d'autres expériences, les mêmes réponses ont été observées dans le cas de la papaïne-like protéase à cystéine (Mor-CP). De plus, un nouvel inhibiteur des protéases à cysteine, une cystatin a été identifiée dans des feuilles de maïs et a été nommée CC11. L'ADNc complet a été isolé et la protéine recombinante CC11 correspondante a été obtenue et purifiée, à partir d'un système bactérien hétérologue (Vecteur pET30 (EK/LIC) et E. coli BL21 (DE3) plyS). Cette nouvelle cystatine présente une activité inhibitrice optimale vis-à-vis de la papaïne (100%) et très importante (57-80%) vis à vis des protéases à cystéine de feuilles de maïs. Par conséquent, son implication dans la régulation de l'activité des protéases à cystéine en réponse à l'ozone, peut être supposée. Enfin, la production de protéines recombinantes à partir d'ADNc isolés a été réalisée, correspondant aux régions actives de la metacaspase ZmMCII-2 et de la protéase à cystéine Mor-CP. Les anticorps polyclonaux ont été obtenus pour une étude future des événements post-transcriptionels. En conclusion, les protéases à cystéine (caspase-like et papaïne-like) pourraient être utilisées comme paramètres nouveaux pour le criblage de géniteurs dans les programmes d'amélioration du maïs pour la tolérance à l'ozone / Maize is a major crop cultivated all over the world. Its yield and growth is affected by numerous environmental stresses. In the present work, the impact of the gaseous phytotoxic pollutant, ozone, on maize leaves was studied, using a molecular and biochemical approach. Concentrations of ozone in the troposphere have increased dramatically in the recent past and it now negatively affects crops growth and yield. In this work, a recently developed fumigation system was used to expose maize plants in the field. Seventy-one days after sowing, the plants were submitted to ozone fumigation at an average concentration of 98 ppb.h-1. The 10th and 12th leaves were harvested after 20, 35 and 50 days of treatment. Expression of three genes coding caspase-like cysteine proteases “metacaspases” (denoted as ZmMCII-1, ZmMCII-2 and ZmMCII-3) and their global activity was studied in senescent and ozone-exposed maize leaves. For the first time, we observed that mRNA accumulation of the three caspase-like cysteine proteases increased significantly in response to ozone exposure. Moreover, the global activity of metacaspases also increased significantly in both senescencing and ozone-exposed plants. The metacaspases activity and mRNA up-regulation could represent control points for leaf tissues to determine the degree and timing of protein catabolism during senescence and ozone treatment. Protein catabolism was indeed stimulated in response to ozone since increases in the expression of a gene coding an ozone-induced papain-like cysteine protease (Mor-CP) and in global papain-like cysteine proteases activities in leaf tissues were observed. In addition, we identified new cysteine protease inhibitor CC11 “cystatin” in maize leaves. After the recombinant CC11 protein was purified from a bacterial heterologous system (E. coli strain BL21 (DE3) plyS with a pET 30 (EK/LIC) vector), it was shown to be active in vitro against commercial papain (100% inhibition) and against total maize leaf cysteine protease extract (57-80% inhibition). Therefore its involvement in the regulation of cysteine protease activity in response to ozone exposure could be supposed. Production of the recombinant proteins corresponding to the active regions of ZmMCII-2 and Mor-CP was achieved. The corresponding polyclonal antibodies were obtained to study post-transcriptional events in maize leaves, in the future. In conclusion, we have identified the new enzymes, metacaspases and cysteine proteases involved in proteolysis which could be used as novel parameters for screening different maize varieties for improved tolerance to ozone pollution

Les mycoplasmes sont des bactéries atypiques, dépourvues de paroi et souvent considérées comme des cellules minimales du fait de la taille réduite de leur génome. De nombreuses espèces sont pathogènes et ont un impact économique important dans les filières d'élevage, notamment pour les ruminants. Les mycoplasmes n'échappent pas au phénomène mondial de la résistance aux antibiotiques. Contrairement à la plupart des autres bactéries, les mycoplasmes ne contiennent pas de plasmides conjugatifs souvent incriminés dans la dissémination horizontale de gènes de résistance, la base moléculaire principalement décrite étant la mutation chromosomique des gènes cibles. De façon générale, le transfert horizontal de gènes (HGT) chez les mycoplasmes a longtemps été sous-estimé. Récemment, deux mécanismes de HGT ont été décrits chez Mycoplasma agalactiae : le transfert d'élément conjugatif et intégratif (ICE), et le transfert non-conventionnel de régions chromosomiques par conjugaison appelé MCT (Mycoplasma Chromosomal Transfer). Nos travaux se sont attachés à explorer ce dernier mécanisme et à évaluer son impact sur l'acquisition de la résistance aux antibiotiques. Une analyse de génomique comparative a été conduite à partir du séquençage de nombreux mutants spontanément résistants et de transconjugants générés par des expériences de mating et sélectionnés pour leur résistance. Nos résultats montrent que le MCT conduit de façon distributive au transfert simultané de nombreux fragments. En une seule étape de conjugaison impliquant deux souches, ce phénomène génère une population variée de génomes hautement mosaïques. Il accélère la dissémination de l'antibiorésistance, permettant l'acquisition de plusieurs mutations distantes associées à la résistance en un seul événement. De par les multiples possibilités de réassemblage génomique qu'il produit, le MCT pourrait avoir des conséquences importantes sur d'autres processus adaptatifs comme la virulence ou la spécificité d'hôte. Enfin, les modalités distributives et l’ampleur du MCT expliquent l'origine des transferts de gènes précédemment détectés in silico entre de nombreux mycoplasmes. Ce phénomène pourrait donc avoir eu des répercussions importantes sur l'évolution de ces bactéries minimales et être un facteur clé de leur persistance et virulence actuelles.