Les méthodes de cartographie fine sont des modèles qui estiment la position d'un allèle mutant pouvant causer une maladie dans un groupe d'individus. Le travail de Larribe et al. (2002, 2003), MapArg, n'a pas tenu compte des paramètres de pénétrance jusqu'à maintenant. Ce mémoire démontre les effets de ces paramètres, soit la pénétrance et la phénocopie, sur la performance de MapArg, dans des populations haploïdes. De plus, deux méthodes que nous avons développées seront ensuite incorporées à MapArg dans le but d'améliorer son efficacité si il y a pénétrance et/ou phénocopie. Les résultats démontrent que la phénocopie peut avoir une influence négative sur l'efficacité de MapArg. La pénétrance ne semble pas avoir d'effet majeur sur MapArg. La première méthode développée est un modèle simple qui n'apporte pas d'amélioration majeure de MapArg par rapport à ce même modèle sans ajustement. Par contre, cela procure un point de départ pour les développements futurs dans les populations diploïdes. La deuxieme méthode améliore l'efficacité de MapArg sous certaines conditions, en particulier, si la taille de l'échantillon est assez grande. La deuxieme méthode fonctionne également très bien pour les données réelles de la Fibrose Kystique (Kerem et al., 1989). ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Phénocopie, Pénétrance, Pénétrance incomplète, Cartographie fine.

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Le facteur de transcription GATA4 est essentiel au développement et à la fonction des tissus dérivant du mésoderme et de l’endoderme, incluant les gonades. Le gène GATA4 est exprimé sous différents transcrits qui se distinguent par la séquence de leur premier exon non codant. Deux de ces transcrits sont majoritairement exprimés et sont conservés à travers les espèces : le transcrit GATA4 E1a (généré par un promoteur proximal 1a) et le transcrit GATA4 E1b (produit par le promoteur distal 1b). Des études effectuées chez des modèles de souris ont démontré qu’une séquence de 5 kb en amont du promoteur 1a du gène Gata4 est suffisante pour récapituler l’expression endogène du gène seulement dans une sous-population de cellules ayant le facteur GATA4, incluant les cellules de Sertoli dans les gonades mâles. Nous avons donc émis l’hypothèse que le promoteur 1b, tout comme le promoteur 1a, contribue au profil d’expression cellules- et tissus-spécifique de Gata4. Afin d’étudier les mécanismes qui contrôlent l’activité du promoteur alternatif 1b du gène Gata4 in vivo, nous avons généré une souris transgénique exprimant la protéine GFP sous le contrôle d’une séquence de 2 kb en amont de l’exon 1b. L’expression du transgène a été analysée dans plusieurs tissus et à différents stades de développement en détectant la protéine GFP par épifluorescence, immunohistochimie et Western Blot. Les résultats ont démontré qu’une séquence de 2 kb n’est pas suffisante pour induire l’expression du transgène chez la souris et suggèrent que des éléments de régulation supplémentaires sont nécessaires pour permettre l’expression endogène du gène Gata4 via son promoteur alternatif 1b. Afin d’identifier ces éléments, divers outils bio-informatiques couplés à des analyses in vitro ont été utilisés. Mes travaux de maîtrise mettent en évidence huit nouveaux enhancers potentiellement impliqués dans la régulation de l’activité du promoteur 1b de Gata4. Les résultats de cette étude permettent une meilleure compréhension des mécanismes transcriptionnels de l’activité du promoteur 1b de Gata4 dans différents types cellulaires et à différents stades du développement. / The GATA4 transcription factor is essential for the development and function of multiple tissues derived from both mesoderm and endoderm, such as the gonads. The GATA4 gene is expressed as multiple transcripts that differ in their first untranslated exon sequence. Two of them are predominantly expressed and are conserved among species: transcripts GATA4 E1a (generated by the proximal 1a promoter) and GATA4 E1b (via its distal 1b promoter). Previous studies using transgenic mice demonstrated that a 5 kb sequence upstream of 1a promoter is sufficient to recapitulate endogenous Gata4 expression only in a subset of cells normally containing GATA4, including Sertoli cells in the male gonad. We therefore hypothesized that 1b promoter, like 1a promoter, contributes to cell- and tissue-specific Gata4 expression. To gain insight into the mechanisms that control the activity of the Gata4 1b promoter in vivo, we generated transgenic mice expressing a GFP reporter under the control of 2 kb of sequences upstream of the distal promoter. Transgene expression was assessed in several tissues and at many developmental stages by detecting GFP protein by epifluorescence, immunohistochemistry and Western Blot. The results showed that 2 kb of upstream sequences of Gata4 1b promoter are not sufficient to direct transgene expression in the mouse and suggest that other elements are required for endogenous transcription of the gene from its distal 1b promoter. To identify these elements, several bioinformatic analyses coupled with in vitro assays were performed. My work highlights eight new enhancers potentially involved in Gata4 1b promoter activity. The results from this thesis will help to provide a better understanding of the mechanisms involved in the transcriptional regulation of the GATA4 gene in different cell types and at different developmental stages.

Le matériel génétique des cellules de notre organisme est continuellement exposé à différents types d'agressions. En effet, on estime qu'une cellule subit des dizaines de milliers de lésions dans l'ADN par jour. Ces dernières peuvent provoquer une instabilité génomique, une caractéristique du cancer, si elles ne sont pas réparées adéquatement. La recombinaison homologue (RH) est un des mécanismes de réparation des cassures double-brin de l'ADN. À la suite de l'action de nucléases sur les cassures double-brin, des extrémités simple-brin 3'-protubérants sont générées et protégées par la protéine RPA. Celle-ci doit ensuite être enlevée par l'activité médiatrice des protéines PALB2 et BRCA2 afin de permettre à la recombinase RAD51 de polymériser sur l'ADN et catalyser l'invasion du brin endommagé au niveau de la chromatide sœur. PALB2, est au cœur de ce processus, coordonnant les fonctions des protéines BRCA1/BRCA2 et interagissant avec l'ADN brisé pour faciliter la RH. Dans un premier temps, nous avons identifié un site majeur de liaison à l'ADN de PALB2 dans lequel des mutations réduisent de 50% la formation des foyers RAD51 et l'efficacité globale de la HDR (Homology-directed repair) dans les cellules. Le domaine de liaison à l'ADN situé en N-terminal de PALB2 (N-DBD) stimule la fonction recombinase de RAD51. Étonnamment, il possède une activité d'échange de brins sans RAD51. De plus, N-DBD stimule l'échange de brins inverse et peut utiliser des substrats d'ADN et d'ARN. Ces résultats révèlent une propriété d'interaction polyvalente de PALB2 et démontrent un rôle essentiel de la liaison à l'ADN par PALB2 pour la réparation des chromosomes dans les cellules. Ensuite, nous avons utilisé la microscopie électronique à transmission combinée à la biochimie pour caractériser la participation séquentielle de RPA, RAD52 et BRCA2 dans l'assemblage, l'architecture et l'activité du filament RAD51. Nous avons observé que RAD52 peut se lier étroitement à l'ADN simple-brin revêtu de RPA, inhiber le rôle médiateur de BRCA2 et former des filaments mixtes contenant RAD52 et RAD51 plus courts. Ces derniers sont plus efficaces dans la recherche d'homologie ultérieure, dans la formation de complexes synaptiques et de D-loops et entraine des multi-invasions plus fréquentes Une déficience dans la RH peut mener à une instabilité génomique et aux cancers. Dans la plupart des cas, ces défauts de réparation des cassures double-brin par RH surviennent à la suite d'altérations génétiques dans les gènes impliqués dans ce mécanisme tels que BRCA1, PALB2 et BRCA2. Ces tumeurs déficientes en RH peuvent être traitées par des inhibiteurs de PARP grâce au concept de létalité synthétique. En effet, il a été observé que l'inhibition de PARP-1, une protéine impliquée dans la réparation de l'ADN, entraine une létalité synthétique dans ces tumeurs déficientes sans pour autant affecter les tissus sains. Cependant, de nombreux patients vont développer une résistance à ces inhibiteurs de PARP, seulement quelques mois après le début du traitement, entrainant ainsi une récidive du cancer. C'est pourquoi il apparait essentiel de trouver de nouvelles options thérapeutiques. Nous avons utilisé plusieurs molécules commerciales dérivées du DIDS (4,4′-Diisothiocyano-2,2′-stilbenedisulfonic acid), un inhibiteur de RAD51, pour caractériser les déterminants structuraux impliqués dans la modulation de l'activité de RAD51. En combinant des approches biochimiques et biophysiques, nous avons montré que le DIDS et deux analogues étaient capables d'inhiber la liaison de RAD51 à l'ADN simple-brin et d'empêcher la formation de structure D-loop par RAD51. Les deux substituants isothiocyanate du DIDS semblent être essentiels dans l'inhibition de RAD51. Ces résultats ouvrent la voie à la synthèse de nouvelles molécules dérivées du DIDS qui devraient être de plus grands modulateurs de RAD51 et plus efficaces pour l'inhibition de la RH. Finalement, nous avons identifié de nouvelles molécules qui inhibent la RH. Pour cela, nous avons mis au point une technique de criblage *in cellulo* permettant de tester l'effet direct de composés chimiques sur la formation des foyers RAD51. À l'aide de cette technique, nous avons identifié que, parmi 1381 molécules chimiques, l'enzyme nicotinamide phosphoribosyltransférase (NAMPT) pouvait être une cible thérapeutique intéressante pour le traitement de certaines tumeurs notamment celles présentant une surexpression de RAD51 et celles ayant développé une résistance aux inhibiteurs de PARP. En effet, l'inhibition de NAMPT entraine une diminution drastique des foyers RAD51 ainsi que des niveaux protéiques de RAD51 et BRCA2 conduisant à la mort des cellules par apoptose. / The cellular genetic material is continuously exposed to different sources of damages. Indeed, it is estimated that a cell undergoes tens of thousands of DNA lesions per day. These will cause genomic instability, a characteristic of cancer, if they are not correctly repaired. Homologous recombination (HR) is one of the repair mechanisms for DNA double-strand breaks. As a result of the action of nucleases on double-strand breaks, single-stranded 3'-overhang ends are generated and protected by the RPA protein. PALB2 and BRCA2 proteins will then remove RPA to allow the RAD51 recombinase to polymerize on the DNA and catalyze the invasion of the damaged strand to the sister chromatid. PALB2, is central to this process, coordinating the functions of the BRCA1/BRCA2 proteins and interacting with broken DNA to facilitate HR. First, we identified a major DNA-binding site of PALB2, mutations in which reduce RAD51 foci formation and the overall HDR (Homology-directed repair) efficiency in cells by 50%. PALB2 N-terminal DNA-binding domain (N-DBD) stimulates the function of RAD51 recombinase. Surprisingly, it possesses the strand exchange activity without RAD51. Moreover, N-DBD stimulates the inverse strand exchange and can use DNA and RNA substrates. Our data reveal a versatile DNA interaction property of PALB2 and demonstrate a critical role of PALB2 DNA binding for chromosome repair in cells. Then, we have used Transmission Electron Microscopy combined with biochemistry to characterize the sequential participation of RPA, RAD52 and BRCA2 in the assembly of the RAD51 filament, its architecture and its activity. Despite our results confirm that RAD52 lacks a mediator activity, we observed that RAD52 can tightly bind to RPA-coated ssDNA, inhibit the mediator role of BRCA2 and form shorter RAD52- and RAD51-containing mixed filaments that are more efficient in subsequent homology search and formation of synaptic complexes and D-loops, resulting in more frequent multi-invasions as well. A deficiency in HR can lead to genomic instability and cancers, notably breast and ovarian cancers. Most commonly, these defects in the repair of double-strand breaks by RH arise as a result of genetic alterations in the genes involved in this mechanism such as BRCA1, PALB2 and BRCA2. HR-deficient tumors can be treated with PARP inhibitors leading to synthetic lethality. Indeed, it has been observed that the inhibition of PARP-1, a protein involved in DNA repair, leads to synthetic lethality in these deficient tumors without affecting healthy tissues. However, many patients will develop resistance to these PARP inhibitors only a few months after starting treatment, leading to cancer recurrence. Therefore, it seems essential to find new therapeutic options. We used several commercial molecules derived from DIDS (4,4′-Diisothiocyano-2,2′-stilbenedisulfonic acid) to characterize the structural determinants involved in modulating the activity of RAD51. By combining biochemical and biophysical approaches, we have shown that DIDS and two analogs were able to inhibit the binding of RAD51 to ssDNA and prevent the formation of D-loop by RAD51. Both isothiocyanate substituents of DIDS appear to be essential in the inhibition of RAD51. These results open the way to the synthesis of new molecules derived from DIDS that should be greater modulators of RAD51 and more efficient for HR inhibition. Finally, we identified new molecules that inhibit HR. We have developed an *in cellulo* screening technique to test the direct effect of chemical compounds on the RAD51 foci formation. Using this technique, we have identified that, among 1381 chemical molecules, the enzyme nicotinamide phosphoribosyltransferase (NAMPT) could be an interesting therapeutic target for the treatment of certain tumors, in particular those presenting an overexpression of RAD51 and those having developed a resistance to PARP inhibitors. Indeed, inhibition of NAMPT leads to a drastic decrease in RAD51 foci as well as protein levels of RAD51 and BRCA2 leading to cell death by apoptosis.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2009-2010 / L'anémie de Fanconi est une maladie génétique récessive rare se manifestant par des troubles développementaux, sanguins, et une prédisposition à certains cancers. Les cellules de patients montrent une sensibilité élevée aux agents causant des ponts interbrins dans l'ADN, dont la réparation implique l'activation de la recombinaison homologue. La présence de PALB2, mutée dans l'anémie de Fanconi, est nécessaire pour la localisation chromatinienne de BRCA2 et RAD51, en réponse aux dommages à l'ADN. Comme BRCA2, PALB2 est un gène de prédisposition au cancer du sein. Il devient important de mieux comprendre le rôle de PALB2/FANCN dans la recombinaison homologue. Nous avons entrepris la caractérisation de l'activité biochimique de PALB2 en la purifiant, de même qu'un mutant associé au cancer du sein, PALB2Q775X, afin de clarifier son rôle dans la réparation de l'ADN. Les données obtenues suggèrent que PALB2 possède les caractéristiques d'un médiateur de la recombinaison homologue, ce qui en fait une cible privilégiée dans le développement de thérapies anticancéreuses dans le futur.

PALB2 (Partner And Localizer of BRCA2) est un gène de prédisposition au cancer du sein à forte pénétrance. En effet, les mutations pathogéniques dans PALB2 augmentent le risque de développer la maladie de 8 à 9 fois pour les porteuses de moins de 40 ans et de 3 à 4 fois au cours de leur vie. À ce jour, environ 200 variations de type faux sens localisées dans PALB2 ont été identifiées en clinique, chez des patientes atteintes d’un cancer du sein, mais très peu ont été caractérisées fonctionnellement. De plus, aucune méthode d’analyse fonctionnelle à grande échelle de ces variants de signification incertaine n’a été élaborée pour le moment. Par conséquent, les médecins et conseillers en génétique ne sont pas en mesure d’interpréter l’effet de ces variations en termes de risque et la prise de décision quant au suivi de ces porteuses, la communication de leur risque, la divulgation aux membres de la famille, le recours aux chirurgies préventives ou encore le choix des stratégies de traitement est complexe. La compréhension de l’effet des variations faux sens sur la fonction de PALB2 est donc indispensable pour leur classification et leur interprétation en clinique. PALB2 étant un médiateur de la réparation des cassures double-brin par recombinaison homologue, nous avons proposé d’établir une méthode systématique d’essais biochimiques et cellulaires, centrée sur la fonction de PALB2 dans la recombinaison homologue. Nous avons émis l’hypothèse que cette méthode de caractérisation fonctionnelle est suffisante pour classer ces variants comme bénins ou délétères pour la fonction de PALB2 dans la recombinaison homologue. Ainsi, au cours de mon doctorat, j’ai participé à la caractérisation fonctionnelle d’une centaine de variations faux sens ainsi qu’une mutation tronquante localisées dans PALB2. Nos travaux montrent que notre méthode systématique est pertinente pour la caractérisation fonctionnelle des variants de signification incertaine. En effet, nous avons identifié plusieurs variants faux sens qui présentent des défauts importants ou intermédiaires de recombinaison homologue et qui favorisent ainsi l’instabilité génomique et la carcinogénèse. Enfin, nous avons montré que le score de formation de foyers RAD51 est un bon marqueur des tumeurs de cancer du sein avec des défauts de recombinaison homologue sensibles aux traitements basés sur les inhibiteurs de PARP.

Leishmania est un parasite protozoaire dimorphique causant la leishmaniose à travers le monde. Puisque aucune régulation transcriptionnelle n'a été décrite chez ce parasite, l'étude de la régulation de la traduction est devenue essentielle. Il a été décrit chez les eucaryotes supérieurs que le facteur d'initiation de la traduction, eIF2[alpha], lorsqu'il est phosphorylé en condition de stress, est capable d'inhiber la traduction. Les objectifs de ce travail étaient de 1) déterminer si le facteur eIF2[alpha] est phosphorylé chez Leishmania au cours de la différenciation ou à la suite de certains stress et 2) de caractériser une des eIF2[alpha] kinases, la PKR. Cette kinase est activée, entres autres par la présence d'ARN double brins et s'autophosphoryle. Par des expériences d'immunoprécipitation, de précipitation à l'aide d'ARNdb et d'immunobuvardage, il semble que, dans les deux cas (le facteur eIF2[alpha] et la kinase PKR), soit majoritairement phosphorylés au stade amastigote intracellulaire du parasite. Les stress de pH et de température, qui mimiqueraient l'environnement du macrophage, et de la drogue thapsigargine, qui induit un stress du RE, ne semblent pas affecter l'expression de ces facteurs mais auraient un effet sur leur phosphorylation. De plus, ces protéines sont aussi associées particulièrement aux monosomes suggérant un rôle dans l'initiation de la traduction.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2009-2010 / Le diabète de type 2 constitue aujourd'hui un problème majeur de santé publique à l'échelle mondiale. Une meilleure compréhension de l'étiologie de la maladie, en étudiant notamment les facteurs de susceptibilité génétiques ainsi que les interactions gène-gène et gène-environnement, est nécessaire pour développer des stratégies préventives et thérapeutiques efficaces. Dans cette thèse, différentes approches ont été utilisées afin de mieux caractériser l'implication des facteurs génétiques dans l'homéostasie glucidique. Un criblage génomique a été effectué sur les niveaux circulants d'adiponectine, d'interleukine 6 (IL6), du facteur de tumeur nécrosant-α (tumor necrosis factor α ou TNFα) et de la protéine C réactive (CRP). Plusieurs régions chromosomiques ont été identifiées incluant 15q21.1, 3q13.33, 20q13.2 et 14q32.2 pour l'adiponectine, 12p11.23 et 12q15 pour CRP et 14q12 pour IL6. Par ailleurs, plusieurs gènes candidats du diabète de type 2 ont été étudiés pour vérifier leur association avec des phénotypes liés à l'homéostasie glucidique. Un variant fonctionnel (Asn40Asp) au sein du gène codant pour le récepteur mu 1 aux opioïdes (OPRM1) a été associé avec la sensibilité à l'insuline et la tolérance au glucose. Aussi, les gènes de susceptibilité au diabète, identifiés et confirmés par l'approche du gène candidat ou par les études à grande échelle du génome humain (genome-wide association studies, GWAS), soit CDKAL1 (CDK5 regulatory subunit associated protein I-like 1), CDKN2A/2B (cyclin-dependent kinase inhibitor 2A/2B), HHEX/IDE (haematopoietically expressed homeobox/insulin-degrading enzyme), HNF1B (hepatocyte nuclear factor 1 β), IGF2BP2 (insulin-like growth factor 2 mRNA-binding protein 2), KCNJ11 (potassium inward rectifier channel Kir6.2), SLC30A8 (solute carrier family 30, member 8), TCF7L2 (transcription factor 7 like 2) et WFS1 (wolframin 1) ont été associés à la sensibilité à l'insuline, à la sécrétion d'insuline et/ou à la tolérance au glucose. Aussi, des effets significatifs d'interaction entre certains de ces gènes (CDKN2A/2B, IGF2BP2, KCNJ11 et TCF7L2) et l'apport en matière grasse ont été observés pour des paramètres liés à l'adiposité et à l'homéostasie glucidique. Nous avons également voulu tester si des gènes de susceptibilité au diabète (CDKAL1, CDKN2A/2B, HHEX/IDE, IGF2BP2, KCNJ11, PPARG et TCF7L2) pouvaient influencer les changements du profil glucidique suite à un programme d'entraînement. Notre étude a démontré que le variant Pro12Ala de PPARG (peroxisome proliferator activated receptor-y) modulait la réponse à un programme d'entraînement en endurance d'une durée de 20 semaines, les porteurs de l'allèle Ala ayant davantage amélioré leur profil glucidique que les porteurs du génotype Pro/Pro. Aucune association n'a été observée avec les autres gènes. En plus d'interagir avec l'exercice, le variant Pro12Ala de PPARG interagit aussi avec le variant Gly482Ser de PPARGC1A (co-activateur de PPARG). Les porteurs de la combinaison génotypique Gly/+-Ala/+ présentaient une résistance à l'insuline plus importante que les porteurs de la combinaison génotypique Ser/Ser-Ala/+, alors que l'effet du variant Gly482Ser de PPARGC1A n'était pas différent parmi les Pro/Pro de PPARG. Un autre gène candidats du diabète, le gène HNF4A, a été étudié en association avec l'homéostasie glucidique, de manière indépendante et en interaction avec l'activité physique. Les individus ayant rapporté un niveau d'activité physique élevé durant l'année écoulée (> 2 heures/semaine) présentaient une meilleure tolérance au glucose s'ils étaient homozygotes A/A pour le variant rsl 885088 et une sécrétion d'insuline plus faible s'ils étaient homozygotes T/T pour le variant rs745975. Finalement, la création d'un modèle de prédiction de la détérioration glycémique, incluant des marqueurs génétiques et des facteurs de risque traditionnels du diabète, a permis de démontrer que la combinaison de facteurs génétiques et non génétiques a le potentiel d'améliorer la prédiction du risque de pré-diabète et de diabète. Les résultats de ces travaux de recherche suggèrent que des gènes candidats du diabète de type 2 peuvent influencer l'étiologie de la maladie via différents mécanismes physiologiques et qu'ils peuvent interagir entre eux ou avec des facteurs environnementaux pour moduler le profil de risque en plus de contribuer à prédire le risque de la maladie.

L'utilisation de lignées de soya possédant différents gènes Rps (« Resistant to Phytophthorasojae ») demeure la meilleure méthode de lutte pour combattre la pourriture phytophthoréenne. La résistance conférée par les gènes Rps repose sur le concept gène-pour-gène où une relation existe entre un gène de résistance (gène Rps) chez la plante et un facteur d'avirulence correspondant (gène Avr) chez l'agent pathogène. Sept gènes Rps ont été introduits avec succès dans les cultivars commerciaux, soit les gènes Rps1a, Rps1b, Rps1c, Rps1d, Rps1k, Rps3a et Rps6. À long terme, l'agent pathogène arrive à contourner la résistance conférée par ces différents gènes Rps par la diversification génétique de ces gènes d'avirulence, entraînant la complexification des pathotypes de P. sojae. Afin d'exploiter efficacement ce type de résistance, il devient donc primordial de pouvoir identifier ces pathotypes pour connaître l'interaction des différentes souches de P. sojae avec les gènes Rps utilisés. Ce projet de doctorat avait donc comme objectif une meilleure compréhension de la diversité haplotypique des populations de P. sojae, concernant l'interaction avec les gènes Rps d'intérêt commercial, afin de permettre aux producteurs de faire un choix éclairé qu and vient le temps de choisir des lignées résistantes à la maladie. Dans un premier volet de recherche, notre hypothèse stipulait que l'analyse des variations nucléotidiques et structurales associées aux sept principaux gènes d'avirulence de P. sojae permettrait d'identifier le spectre des haplotypes associés aux phénotypes des isolats, relativement à leur compatibilité avec les gènes de résistance Rps correspondants. Le séquençage du génome complet de 31 isolats représentant la diversité des pathotypes canadiens a permis d'identifier les différents haplotypes des sept principaux gènes d'avirulence (1a, 1b, 1c, 1d, 1k, 3a et 6) et d'y associer un profil de virulence pour chaque gène Rps correspondant. L'utilisation d'une méthode de phénotypage en bassin hydroponique a permis de constater que le test traditionnel d'inoculation de l'hypocotyle menait à une proportion importante de faux positifs, ce qui a pu nuire à la compréhension de certaines interactions Rps-Avr par le passé. Notre étude a révélé que l'utilisation unique des signatures génomiques permettait de prédire 99,5 % des interactions possibles et que ces dernières pouvaient donc être utilisées pour prédire précisément le profil de virulence des isolats de P.sojae. Ces résultats ont mené à notre deuxième volet de recherche qui visait à démontrer que les marqueurs discriminants identifiés dans le premier volet de l'étude permettraient de s'affranchir du test de phénotypage, par le développement d'un outil moléculaire de type multiplex PCR, capable de prédire le pathotype des isolats de P. sojae. Des amorces spécifiques permettant d'amplifier les allèles associés à l'avirulence envers chaque gène Rps ont été conçues et multiplexées. Le multiplex PCR développé a démontré une efficacité de 97 % lorsque testé sur un panel d'isolats au profil inconnu de virulence. Le troisième volet de recherche visait à mieux comprendre l'interaction de P. sojae avec le gène de résistance Rps8. Notre hypothèse suggérait que l'avirulence de P. sojae envers le produit du gène de résistance Rps8 était déterminée par un effecteur RXLR, codé par un gène d'avirulence correspondant. L'analyse d'une descendance F2 en ségrégation par génotypage par séquençage couplée à l'utilisation des données de séquençage des 31 isolats de P. sojae a permis de cibler Avr3a comme le meilleur gène candidat. En utilisant la méthode d'édition de génome médiée par CRISPR/Cas9, nous avons démontré que le knock-out complet du gène Avr3a chez P. sojae induisait un gain de virulence envers Rps8. Nous avons aussi démontré qu'un allèle spécifique d'Avr3a était reconnu de façon différentielle par Rps3a et Rps8, ce qui représente la première distinction nette entre ces deux gènes de résistance. L'ensemble de ce projet de doctorat a permis de fournir de nouvelles informations sur la complexité des gènes Avr en plus de démontrer que leurs signatures génomiques pouvaient être utilisées pour prédire précisément l'interaction de l'agent pathogène avec les différents gène Rps du soya. Le développement d'un test moléculaire simple et précis offre aux producteurs et sélectionneurs une solution concrète afin d'exploiter efficacement l'utilisation des gènes Rps. L'identification du gène d'avirulence reconnu par Rps8 permet également d'avoir une longueur d'avance dans la gestion de la maladie, en prévision de l'apparition inévitable de nouveaux pathotypes dans le futur. / The use of soybean lines with different Rps ("Resistant to Phytophthora sojae") genes remains the best control method to control Phytophthora root rot. The resistance conferred by Rps genes is based on the gene-for-gene concept where a relationship exists between a resistance gene (Rps gene) in the plant and a corresponding avirulence factor (Avr gene) in the pathogen. Seven Rps genes have been successfully introduced into commercial cultivars, namely Rps1a, Rps1b, Rps1c, Rps1d, Rps1k, Rps3a and Rps6. In the long term, the pathogen manages to by pass the resistance conferred by these different Rps genes by the genetic diversification of its avirulence genes, leading to the complexification of P. sojae pathotypes. To effectively exploit this type of resistance, it is therefore essential to be able to identify those pathotypes in order to know the interaction of the different strains of P. sojae with the Rps genes in use. This doctoral project aims to have a better understanding of the haplotypic diversity of P. sojae populations, concerning their interaction with the Rps genes of commercial interest, in order to allow producers to make an informed choice when the time comes to choose soybean lines resistant to the disease. In a first approach, our hypothesis stipulated that the analysis of the nucleotide and structural variations associated with the seven main avirulence genes of P. sojae would allow the identification of the spectrum of haplotypes associated with the phenotypes of the isolates, relative to their compatibility with the corresponding Rps resistance genes. The whole-genome-sequencing of 31 isolates representing the diversity of Canadian pathotypes made it possible to identify the different haplotypes of the seven main avirulence genes (1a, 1b, 1c, 1d, 1k, 3a and 6) and to associate a virulence profile for each corresponding Rps gene. The use of a hydroponic phenotyping method showed that the traditional hypocotyl inoculation test leads to a high proportion of false positives, which could have hampered the understanding of certain Rps-Avr interactions in the past. Our study found that the unique use of genomic signatures predicted 99.5% of the possible interactions and that these could therefore be used to accurately predict the virulence profile of P. sojae isolates. These results led to the second part of this doctoral project, which aimed to demonstrate that the discriminating markers identified in the first part of the study would make it possible to bypass the cumbersome phenotyping method by the development of a molecular tool capable of predicting the pathotype of P. sojae isolates. Specific primers for amplifying the alleles associated with avirulence towards each Rps gene were designed and multiplexed. The multiplex PCR developed demonstrated an efficiency of 97% when tested on a panel of isolates with an unknown virulence profile. The third objective of this project was to understand the interaction of P. sojae with the resistance gene Rps8. Our hypothesis suggested that the avirulence of P. sojae towards the Rps8 resistance gene product was determined by an RXLR effector encoded by a corresponding avirulence gene. Analysis of a segregating F2 progeny by using a genotyping-by-sequencing method coupled with the use of sequencing data from the 31 P. sojae isolates led to the identification of Avr3a as the best candidate gene. Using the CRISPR/Cas9-mediated genome editing method, we demonstrated that the complete knockout of the Avr3a gene in P. sojae induced a gain of virulence towards Rps8. We also demonstrated that a specific Avr3a allele is differentially recognized by Rps3a and Rps8, which results in the first clear distinction between those two resistance genes. This doctoral project provided new information about the complexity of Avr genes and demonstrated that their genomic signatures could be used to precisely predict the interaction of the pathogen with the various Rps genes in soybean. The development of a simple and precise molecular test offers to producers and breeders a concrete solution to effectively exploit the use of Rps genes. Identifying the avirulence gene recognized by Rps8 also provides a head start in disease management, in anticipation of the inevitable emergence of new pathotypes in the future.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2009-2010 / Les cassures double-brin de l'acide désoxyribonucléique (ADN) sont parmi les lésions les plus cytotoxiques car une seule lésion non réparée est létale chez la levure. Dans le but de réparer efficacement ces dommages, la cellule dispose de différents mécanismes tels que le Non Homologous End Joining (NHEJ). Toutefois ces mécanismes peuvent causer des mutations et, lorsqu' il est possible, la cellule privilégie un système qui permet une réparation très fiable: la recombinaison homologue. Ce processus peut aussi être utilisé lors de la méiose pour créer de la diversité génétique. La méiose est un mécanisme complexe et une mauvaise régulation peut mener à des problèmes tels que l' aneuploïdie. La recombinaison homologue méiotique se divise en quatre étapes majeures: (i) l' initiation qui crée des cassures double-brin par un complexe muItiprotéique incluant Rec12; (ii) la résection de l'ADN ou les protéines majeures sont Rad32/Rad50/Nbsl; (iii) l'invasion d'un duplex homologue avec les protéines RadSl et Dmcl, et pour terminer (iv) la résolution des jonctions de Holliday. Lors de mes études de doctorat, je me suis concentré sur la caractérisation biochimique des principales protéines des trois premières étapes (initiation, résection et particulièrement l'invasion) de la recombinaison méiotique chez Schizosaccharomyces pombe permettant la réparation des cassures double-brin. Mes travaux avaient pour but de caractériser les protéines Dmcl et le complexe Hop2/Mndl chez S.pombe. Nous avons déterminé que Dmcl avait comme Rad 51 la capacité de former un filament hélical sur l'ADN simple brin, ansi que de catalyser des réactions d'échange de brin. D'autre part j'ai mis en évidence le rôle que joue le complexe Hop2/Mndl dans la stimulation de Dmc 1, ainsi que les différences entre les protéines de S.pombe et de la SOurIS.