Malgré la relocalisation au noyau d'une majorité des gènes du procaryote ancestral à l'origine des mitochondries, une poignée de gènes réside encore dans l'organite après près de deux milliards d'années d'évolution. Les raisons du maintien d'un génome mitochondrial sont mal comprises. Je me suis intéressé à cette problématique via des expériences de relocalisation artificielle de gènes mitochondriaux chez la levure Saccharomyces cerevisiae. Nous avons réussi, pour la première, à exprimer de manière fonctionnelle depuis le noyau le gène ATP9 qui encode une petite protéine hydrophobe essentielle au canal à protons de l'ATP synthase. Majoritairement mitochondrial chez les eucaryotes, comme S.cerevisiae, ce gène est retrouvé dans le génome nucléaire de la majorité des métazoaires, des algues vertes chlorophycées et des champignons filamenteux ascomycètes tel que Podospora anserina. Nos résultats montrent que l'hydrophobicité de la sous-unité Atp9p doit être diminuée pour qu'elle puisse être importée dans la mitochondrie depuis le cytosol. Nous avons également identifié un certain nombre d'autres adaptations pour optimiser l'expression du gène ATP9 relocalisé. Il apparaît donc que si le transfert du gène ATP9 est en principe possible chez la levure, il s'agit d'un processus très complexe. Une telle évolution n'a donc que peu de chances de se produire et d'être maintenue par la sélection naturelle, à moins que le transfert du gène ATP9 au noyau ne confère quelque avantage à l'organisme. Nous avons confirmé cette hypothèse par une étude menée chez P.anserina où nous avons montré que la relocalisation au noyau du gène ATP9, qui s'est produite naturellement au cours de l'évolution, a permis la mise en place de régulations spécifiques permettant d'ajuster les besoins en ATP synthase au cours du cycle de vie de ce champignon. Les résultats de cette étude nous amènent à introduire une nouvelle hypothèse selon laquelle les variations de contenu en gènes des génomes mitochondriaux ne sont pas influencées uniquement par des contraintes au niveau de la structure de leur produits, mais aussi par le mode de vie de l'organisme. / Despite the nuclear relocation of most genes of the ancestral procaryotic genome which gave birth to mitochondria, a small set of genes still remains into the organite after 2 billions years of evolution. The reasons for this maintenance of mitochondrial genome are currently not clear. I studied these questions by experimenting artificial relocations of mitochondrial genes in the yeast Saccharomyces cerevisiae. We managed, for the first, to functionally express the ATP9 gene from the nucleus, which encodes a small hydrophobic essential subunit of the proton chanel of the ATP synthase. Mostly mitochondrial within eukaryotes like S.cerevisiae, this gene can be found in the nuclear genome in most metazoans, chlorophyceans green algae and ascomycota filamentous fungi like Podospora anserina. Our results show that the hydrophobicity of the Atp9p subunit has to be decreased to be imported into the mitochondria from the cytosol. We also identified some adaptations optimizing the expression of the relocated ATP9 gene. It seems that if the ATP9 gene relocation is possible within the yeast, yet it is a complex and difficult process. Such an evolution has only few chances to occur and to be maintained by natural selection, unless it could confer some advantage to the organism. We have confirmed this hypothesis in a study made on P.anserina, in which we showed that the natural ATP9 relocation to the nucleus that appeared during its evolution allowed the setting up of specific regulations modulating the ATP synthase needs during the life-cycle of this fungus. The results presented here lead us to introduce a new hypothesis postulating that the variations of the set of genes contained in the mitochondrial genome are influenced not only by the constraints generated by their products structure, but also by the lifestyle of the organism.

Les bactéries des microbiotes vivent avec l'homme une interaction mutualiste et tout facteur perturbant l'un ou l'autre des protagonistes peut rompre l'équilibre établi engendrant diverses modifications des interactions existantes. Dans ce contexte instable, les bactéries pathogènes opportunistes d'origine endogène et environnementale qui ont une grande adaptabilité vont pouvoir étendre leur niche écologique ou trouver une nouvelle niche. La diversité des bactéries atypiques ainsi que l'évolution génétique et génomique des bactéries du microbiote respiratoire des patients atteints de mucoviscidose (CF) illustrent ces phénomènes d'adaptation. Le déficit de l'immunité innée locale va en effet être à l'origine d'une colonisation des voies respiratoires (VRCF) par des bactéries endogènes et exogènes qui vont alors mettre en jeu divers mécanismes d'adaptation à cette niche écologique particulière. Le but de notre travail était d'étudier des marqueurs phénotypiques, génétiques et génomiques, témoins potentiels de l'adaptation bactérienne, en particulier au cours de la mucoviscidose. Pour cela, l'étude de la diversité intragénomique des copies du gène de l'ARN ribosomique 16S (rrs), reflétant la capacité d'adaptation bactérienne à des conditions environnementales fluctuantes, a été réalisée par une méthode de PCR et d'électrophorèse avec dénaturation en gradient de température (PCR-TTGE) sur un grand nombre de Veillonella spp. (n=149), d'Achromobacter xylosoxidans (n=164), ainsi que sur 6 autres espèces impliquées dans la colonisation des VRCF (Pseudomonas aeruginosa, Stenotrophomonas maltophilia, Staphylococcus aureus, Haemophilus influenzae, Moraxella catarrhalis et Streptococcus pneumoniae). L'étude de la dynamique du génome de 90 isolats de 12 patients colonisés chroniquement par A. xylosoxidans a été menée par PCR-TTGE, analyse du polymorphisme des fragments de restriction après électrophorèse en champ pulsé et PCR sur séquences répétées. Enfin, l'effet de contraintes environnementales chimiques sur la croissance d'une partie du microbiote CF a été évalué, incluant une étude approfondie de l'effet du NaCl sur 85 isolats de P. aeruginosa.Ces différentes approches nous ont permis de mettre en évidence : i) la diversité intra-génomique des copies de rrs chez Veillonella (74% d'isolats présentant des copies divergentes), H. influenzae (61%), S. maltophilia (38%), A. xylosoxidans (28%), et S. aureus (17%), ii) la clonalité des isolats d'A. xylosoxidans colonisant chroniquement les patients CF associée à une évolution génétique et/ou génomique intra-clonale, iii) l'effet de contraintes environnementales telles que la salinité, le pH et la température sur le microbiote cultivable des VRCF, iv) l'effet antimicrobien du NaCl inhibant la croissance de 100% des P. aeruginosa isolés des VRCF à une concentration de 6%, inférieure à celle utilisée en thérapeutique, et montrant une action bactéricide sur 90% des isolats à une concentration de 10%, v) l'effet multiple du NaCl sur la croissance, le biofilm et la mobilité de P. aeruginosa. Les rrs et le génome constituent des témoins de l'adaptation des bactéries au sein des microbiotes et permettent de mettre en évidence l'importance et la diversité de ces phénomènes dans la niche pathologique que représentent les VRCF. Les contraintes environnementales de la niche écologique influencent cette adaptation. Au cours de la mucoviscidose, le potentiel thérapeutique de la modification de facteurs environnementaux tels que la salinité ou le pH doit être considéré compte tenu de l'impact de ces perturbations sur les communautés microbiennes pathologiques adaptées aux VRCF. / Bacterial microbiotae and human beings developed mutualist interactions. All disrupting factors impacting this equilibrium can modify relationships among microbiota members with diverse consequences. In such an unstable context, opportunistic bacterial pathogens (OBPs) of endogenous or environmental origin showing great adaptability may find favorable conditions leading to ecological niche extension or to new niche colonization. This is illustrated by the diversity of atypical bacteria as well as by genetic and genomic evolution of members of the cystic fibrosis (CF) respiratory tract (CFRT) microbiota. The deficit in local innate immunity allowed colonization by endogenous and exogenous bacteria that will further develop adaptation processes to this particular ecological niche. The aim of this study was to evaluate phenotypic, genetic and genomic potential adaptation markers in different models of OBPs, particularly in CF. For this purpose, we described the variability in the multiple rrs gene copies using PCR and temperature-based denaturing electrophoresis (PCR-TTGE) on large collections of Veillonella (n=149) and Achromobacter xylosoxidans (n=164), as well as on isolates of six other species involved in the CFRT colonization (Pseudomonas aeruginosa, Stenotrophomonas maltophilia, Staphylococcus aureus, Haemophilus influenzae, Moraxella catarrhalis and Streptococcus pneumoniae). Genome dynamics of 90 isolates from 12 patients chronically colonized by A. xylosoxidans was studied by PCR-TTGE, restriction fragment length polymorphism analysis after pulsed-field gel electrophoresis and PCR on repetitive sequences. Finally, the effect of environmental stress was evaluated on part of the growing CF microbiota and a thorough study of NaCl effect on 85 CF P. aeruginosa isolates was performed.These different approaches highlight: i) the intragenomic heterogeneity of the rrs gene copies in Veillonella (74% of isolates), H. influenzae (61%), S. maltophilia (38%), A. xylosoxidans (28%), and S. aureus (17%), ii) a clonal chronic colonization with A. xylosoxidans in 12 CF patients associated with rrs genetic and/or genomic intra-clonal evolution, iii) the effect of environmental stress such as salinity, pH and temperature on the CFRT microbiota, iv) the antimicrobial effect of NaCl on CF P. aeruginosa isolates, a 6% NaCl concentration inhibiting the growth of all the isolates and a bactericidal action being observed for 90% of the isolates with 10% NaCl, v) multiple effects of NaCl on growth, biofilm and mobility of P. aeruginosa. This study shows that rrs genes and genome dynamics witness for bacterial adaptability within microbiota according to environmental constraints and underlines the diversity and importance of adaptation processes in the long-term pathological adapted microbial communities of the CFRT. Modification of environmental factors such as salinity or pH of the CFRT niche may impact the microbiota and should be considered as targets for CF therapeutics.

Les duplications de gènes et de génome sont considérées comme des moteurs de l’évolution des génomes eucaryotes. Trois duplications de génome complet (ou polyploïdisations) sont survenues au cours de l’évolution des vertébrés, dont deux à la base des vertébrés, et une troisième chez l’ancêtre commun des poissons téléostéens. La diversité morphologique, anatomique et écologique des espèces qui partagent un ancêtre commun polyploïde chez les chordés suggère un rôle des duplications de génome dans la diversification des espèces. En particulier, les duplications de génome semblent avoir facilité l’émergence du plan d’organisation des vertébrés, et être à l’origine de la radiation évolutive survenue chez les poissons téléostéens. Cependant, la portée évolutive des duplications de génome, et notamment les deux hypothèses majeures formulées ci-Avant, restent des questions ouvertes et en grande partie non résolues. Le groupe des téléostéens, qui compte plus de la moitié des espèces vertébrés existantes et partage un ancêtre commun polyploïde, constitue un modèle pertinent pour évaluer la contribution des duplications de génome dans l’expansion des familles multigéniques chez les vertébrés, pour comprendre les mécanismes évolutifs qui façonnent l’évolution des familles de gènes, et finalement tester les hypothèses moléculaires qui peuvent relier duplication de génome et biodiversité. Ainsi, nous avons étudié l’impact de la duplication de génome survenue à la base des téléostéens sur l’évolution de la famille multigénique sox, essentielle pour le développement et l’homéostasie des vertébrés. Notre analyse du contenu et de l’organisation des gènes sox dans 15 génomes de vertébrés, dont 10 téléostéens, révèle une importante expansion de l’ensemble de la famille des gènes sox dans ce vaste groupe de vertébrés, et démontre que cette expansion est essentiellement due à la duplication de génome survenue à la base des téléostéens. Les gènes sox dupliqués par duplication de génome semblent avoir été perdus par non-Fonctionnalisation dans certaines lignées, et préservés en deux copies par sous-Fonctionnalisation et/ou néo-Fonctionnalisation dans certaines autres lignées. Notre étude indique en effet une divergence lignée-Spécifique des patrons d’expression entre les gènes sox dupliqués chez différentes espèces de téléostéens. Ainsi, l’expansion du répertoire des gènes sox à la base des téléostéens semble avoir été suivi d’une évolution lignée-Spécifique du contenu et des fonctions de la famille des gènes sox chez les poissons téléostéens. Cette étude supporte l’hypothèse d’un rôle des duplications de génome dans l’enrichissement et la diversification subséquente des répertoires de gènes du développement tels que les gènes sox, et son rôle potentiel dans la diversification des espèces vertébrés. / Gene and genome duplications are major engines of eukaryotic genome evolution. Three rounds of whole genome duplication (WGD) have occurred during vertebrate evolution, two rounds at the base of the vertebrate lineage, and a third round in the common ancestor of the teleostean fish (the so-Called teleost-Specific WGD). In chordates, species that share a polyploid ancestor are characterized by a huge morphological, anatomical and ecological diversity suggesting a role of WGDs in species diversification. For instance, it is considered that these drastic genomic events provided the raw material for the emergence of the vertebrate body plan, and facilitated speciation processes during the teleost radiation. However, how WGD is related to phenotypic diversification or to major evolutionary transitions are fundamental questions that remain largely unsolved. Teleostean fish constitute more than half of all extant vertebrates and share a polyploid ancestor. Thus, they provide a relevant model to study the importance of WGDs in gene families expansion, to understand evolutionary mechanisms that drive the evolution of these families and, finally, to test molecular hypotheses that might relate WGD and biodiversity. In this project, we studied the impact of the teleost-Specific WGD on the evolution of the sox gene family which are involved in development and homeostasis in vertebrates. Our analysis of the content and the genomic organization of the sox genes in 15 vertebrate genomes, including 10 teleosts, reveals an important expansion of this family in the teleost lineage, and demonstrates that this expansion is mainly due to the teleost-Specific WGD. The duplicated sox genes seem to have been lost by non-Functionalization in certain lineages, and preserved in two copies in others by neo-Functionalization and/or sub-Functionalization. Indeed, this study indicates lineage-Specific divergence in expression patterns between duplicated sox genes in different teleostean species. Hence, the sox family expansion that occurred in the last common ancestor of teleostean fish seems to have been followed by a lineage-Specific evolution of the content and functions of the sox family in this group. Our study supports the hypothesis for a role of WGDs in the enrichment and diversification of developmental genes repertories and its potential role in species diversification in vertebrates.

Blastocystis spp. est un Straménopile parasite anaérobie fréquemment rencontré dans le tractus gastro-intestinal de l’homme et de divers animaux. Ce parasite est associé à des troubles gastro‐intestinaux aspécifiques, et semble impliqué dans des désordres fonctionnels tels que le syndrome de l’intestin irritable (IBS). Ce travail de thèse s’appuie sur le séquençage du génome de Blastocystis sp. ST7 réalisé en collaboration avec le Génoscope d’Evry, l’Université Nationale de Singapour, l’Institut Pasteur de Lille et l’Université de Provence. Ce génome est constitué d’un génome nucléaire de 18,8 Mpb pour 6020 gènes, et d’un génome mitochondrial de 29 kpb localisé dans des organites apparentés aux mitochondries. L’analyse de ce génome apporte des informations au niveau de l’évolution de ce microorganisme, de son adaptation à l’environnement intestinal et de ces facteurs de virulence potentiels. En effet, les analyses in silico de ce génome ont montré que Blastocystis sp. ST7 possède plusieurs gènes codant des protéines pouvant agir à l’interface entre l’hôte et le parasite et connues chez d’autres protozoaires pour être impliquées dans des phénomènes de pathogénie. Ce sont en particulier des PKS, des NRPS, et des hydrolases dont des protéases. D’autre part, des activités protéolytiques ont été mises en évidence expérimentalement dans les surnageants de culture du parasite. Deux protéases à cystéines (une cathepsine B et une légumaïne) pouvant être impliquées dans la physiopathologie du parasite, ont été identifiées et caractérisées dans les surnageants, confirmant ainsi nos analyses in silico. Ce travail ouvre de nombreuses pistes intéressantes à explorer pour évaluer l’impact de ce parasite en santé humaine. / Blastocystis spp. is a highly prevalent anaerobic Stramenopile parasite found in the intestinal tract of humans and various animals. This parasite is associated with non specific intestinal disorders, and could be involved in functional disorders such as the irritable bowel syndrome (IBS). In this work, the Blastocystis sp. ST7 genome sequencing project was carried out in collaboration with the Génoscope of Evry, the National University of Singapore, the Pasteur Institute of Lille and the University of Provence. This genome consists in a nuclear genome of 18,8 Mpb encoding 6020 genes, and a mitochondria‐like genome of 29 kpb localised in the mitochondrion‐like organelles. The analysis of this genome brings information about the evolution of this micro‐organism, its adaptation to the intestinal environment and its potential virulence factors. Blastocystis sp. ST7 was predicted to harbor several genes coding proteins that could act at the parasite‐host interface, and that are known to be involved in the pathogeny of many protozoa. They are PKS, NRPS, and hydrolases among them proteases. In addition, proteolytic activities were highlighted in the parasite culture supernatants. Two cysteine proteases (a cathepsin B and a legumain) were identified and characterized from the supernatants and could play a role in the physiopathology of the parasite, that confirm our in silico analyses. This work opens new ways to evaluate the impact of this parasite in human health.

Les relations entre le microbiote intestinal et la santé humaine ont été suggérées par les études métagénomiques. Microbial culturomics utilise de nombreuses conditions de culture avec une méthode d'identification rapide par MALDI-TOF, ou par séquençage de l'ARN 16S pour les colonies non identifiées. L'étude pionnière a permis d'identifier 340 bactéries différentes, dont 31 nouvelles espèces bactériennes et 174 espèces bactériennes décrite pour la première de l'intestin humain. Le séquençage du génome de chaque nouvelle espèce a permis de décrire le plus grand génome d'une bactérie isolée chez l'homme (Microvirga massiliensis, 9,3 Mo) et de générer environ 10 000 gènes précédemment inconnus (ORFans) facilitant les futures études métagénomiques. Le pyroséquençage sur les mêmes échantillons a révélé que seulement 51 espèces étaient détectées par les 2 techniques. Culturomics a démontré sa supériorité par rapport au pyroséquençage lors de l'étude d'une selle d'une patiente traitée pour une tuberculose ultra-résistante. Le pyroséquençage de 2 échantillons de selles de patients traités par antibiotiques a révélé 45 à 80% de séquences assignées au phylum des Verrucomicrobia. L'étude par culture de ces mêmes échantillons n'a pas permis d'isoler cette espèce.Grâce à l'étude de 14 échantillons de selles différents par culturomics, nous avons cultivé 520 espèces bactériennes différentes, dont 57 nouvelles espèces bactériennes et 260 espèces décrites pour la première fois à partir du microbiote digestif. Après cette phase de description, les études suivantes pourront tenter d'établir un lien entre les nouvelles espèces bactériennes et le statut clinique des patients étudiés. / Relationships between gut microbiota and human health have been already suggested thanks to metagenomics studies. Microbial culturomics is based on the use of a large number of culture conditions with a rapid identification method by MALDI-TOF or by 16SrRNA amplification and sequencing for the unidentified colonies. The seminal study allowed to identify 340 different bacteria including 31 new bacterial species, 174 bacterial species first described from the human gut. The genome sequencing of each new species allowed to describe the largest genome for a human bacteria (Microvirga massiliensis; 9,3 Mb) and to generate approximately 10,000 previously unknown genes (ORFans) facilitating the future metagenomics studies. In parallel, pyrosequencing performed on the 3 same samples revealed a dramatic low overlapping between the 2 methods with only 51 species detected. In addition, culturomics has demonstrated its superiority than pyrosequencing of a stool from a patient treated for a XDR-tuberculosis. Conversely, the pyrosequencing performed on 2 stool samples of patients treated by antibiotics revealed from 45 to 80% of sequences assigned to Verrucomicrobia although the culturomics study of these same samples did not allowed to culture this species.Currently, thanks to the study of 14 different stool samples by culturomics, we have cultured 520 different bacterial species including 57 new bacterial species and 260 species first described from human gut. After this comprehensive description phase, the following studies will attempt to make a link between new bacterial species and clinical status of the patients studied.

Chez le cilié Paramecium tetraurelia, la différentiation du génome somatique à partir du génome germinal est caractérisée par la délétion massive et reproductible d'éléments transposables et de 45 000 courtes séquences en copie unique dispersées sur l'ensemble du génome. Des petits ARN non codants produits par la lignée germinale, les scanARN, sont impliqués dans la régulation épigénétique des délétions d'ADN mais les mécanismes sous-jacents sont peu compris. Nous avons montré que la triméthylation de H3 (H3K27me3 et H3K9me3) présente une localisation dynamique pendant le développement du noyau somatique qui est altérée si l'endonucléase requise pour les événements d'élimination d'ADN est déplétée. Nous avons identifié une histone méthyltransférase, Ezl1p, nécessaire à la méthylation de H3 et requise pour les réarrangements du génome. Des analyses à l'échelle du génome entier ont montré que Ezl1p et les scanARN sont nécessaires à l'élimination des longues séquences germinales répétées tandis que les courtes séquences uniques présentent des sensibilités différentes à la déplétion de ces facteurs. Des déterminants cis tels que la longueur de l'ADN à éliminer peuvent contribuer à définir les séquences délétées. Dans une seconde étude, nous avons montré que chez Paramecium, la fonction centromérique est restreinte aux chromosomes germinaux. Un processus d'inactivation des centromères se produit pendant le développement du noyau somatique. L'endonucléase requise pour la délétion des séquences germinales est nécessaire pour l'inactivation des centromères suggérant fortement que l'inactivation des centromères germinaux repose sur l'élimination physique de l'ADN centromérique. / In the ciliate Paramecium tetraurelia, differentiation of the somatic genome from the germline genome is characterized by massive and reproducible deletion of transposable elements and of 45,000 short, dispersed, single-copy sequences. A specific class of small RNAs produced by the germline during meiosis, the scnRNAs, are involved in the epigenetic regulation of DNA deletion but the underlying mechanisms are poorly understood. We showed that trimethylation of histone H3 (H3K27me3 and H3K9me3) displays a dynamic nuclear localization that is altered when the endonuclease required for DNA elimination is depleted. We identified the histone methyltransferase Ezl1p responsible for H3 methylations establishment and showed that it is required for correct genome rearrangements. Genome-wide analyses showed that scnRNA-mediated H3 methylation is necessary for the elimination of long, repeated germline DNA, while single copy sequences display differential sensitivity to depletion of the scnRNA pathway or Ezl1p. Our study reveals cis acting determinants such as DNA length that may contribute to define the deleted germline sequences. In a second study, we showed that in Paramecium cells, the centromeric function is restricted to the germline chromosomes. A process of centromere inactivation occurs during the development of the somatic lineage, concomitantly with the events of DNA elimination. Our genetic analyses show that the endonuclease required for DNA elimination and Ezl1p but not the scnRNA are necessary for centromere inactivation. Our data strongly suggest that centromere inactivation relies on the physical elimination of the centromeric sequences from the somatic genome.

La pomme est l’un des fruits les plus consommés au monde. En utilisant les dernières technologies de séquençage (PacBio) et de cartes optiques (BioNano), nous avons généré un assemblage de novo de haute qualité du génome du pommier (Malus domestica Borkh.). Nous avons réalisé une annotation des gènes et des éléments transposables pour permettre à cet assemblage d’être utilisé en tant que génome de référence. La grande contiguité de l’assemblage a permis de détecter les éléments transposables de façon exhaustive, ce qui fournit une opportunité sans précédents d’étudier les régions non-caractérisées d’un génome d’arbre. Nous avons également trouvé que le génome du pommier est entièrement dupliqué, comme montré par les relations de synthénie entre les chromosomes. En utilisant du Whole Genome Bisulfite Sequencing (WGBS) ainsi que l’assemblage précédemment généré, nous avons montré des cartes de méthylation de l’ADN pour tout le génome et montré une corrélation générale entre la méthylation de l’ADN près des gènes et l’expression des gènes. De plus, nous avons identifié plusieurs Régions Différentiellement Méthylées (RDMs) entre les méthylomes de fruits et de feuilles du pommier, associées à des gènes candidats qui pourraient être impliqués dans des traits agronomiques importants tel que le développement du fruit. Enfin, nous avons développé un pipeline rapide, simple et complet qui prend entièrement en charge l’analyse des données WGBS, de l’alignement des reads au calcul des RDMs. / Apple is one of the most consumed fruits in the world. Using the latest sequencing (PacBio) and optical mapping (BioNano) technologies, we have generated a high-quality de novo assembly of the apple (Malus domestica Borkh.) genome. We performed a gene annotation as well as a transposable element annotation to allow this assembly to be used as a reference genome. The highcontiguity of the assembly allowed to exhaustively detect the transposable elements, which represented over half the assembly, thus providing an unprecedented opportunity to investigate the uncharacterized regions of a tree genome. We also found that the apple genome is entirely duplicated as showed by the synteny links between chromosomes. Using Whole Genome Bisulfite Sequencing (WGBS) and the previously generated assembly, we produced genome-wide DNA methylation maps and showed a general correlation between DNA methylation next to genes and gene expression. Moreover, we identified several Differentially Methylated Regions (DMRs) between apple fruits and leaf methylomes associated to candidate genes that could be involved in agronomically relevant traits such as apple fruit development. Finally, we developped a complete and easyto- use pipeline which aim is to handle the complete treatment of WGBS data, from the reads mapping to the DMRs computing. It can handle datasets having a low number of biological replicates.

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Entre espèces, les génomes présentent des différences dans leur organisation, que ce soit au niveau du caryotype ou de l'ordre des gènes. Ceci reste vrai même entre espèces relativement proches comme l'humain et la souris, et est du aux réarrangements chromosomiques. Reconstruire l'histoire évolutive d'une lignée revient donc à déterminer des scénarios de réarrangements qui transforment un génome actuel en un autre. Le génome ancestral se trouve alors être l'un des états intermédiaires atteint par l'un de ces scénarios.Les réarrangements chromosomiques sont des évènements biologiques violents pour la cellule. En effet, de nombreux mécanismes moléculaires ont pour fonction de stopper le cycle cellulaire dans le cas où le génome aurait été altéré. De plus, les réarrangements peuvent être à l'origine de phénotypes aberrants, et donc probablement désavantageux pour leur porteur. Au vu de tout cela, il paraît raisonnable de poser l'hypothèse selon laquelle les scénarios de réarrangements sont parcimonieux.Cependant, il est admis que ce seul critère ne permet pas de reconstruire efficacement l'histoire évolutive des génomes. En effet, quelque soit le modèle utilisé pour générer les scénarios, leur nombre est exponentiel en le nombre de réarrangements. Une autre contrainte biologique doit donc être ajoutée. La conservation de la structure spatiale de la chromatine pourrait être un critère manquant essentiel. Il a été montré in vitro que lors d'une cassure double-brin suivie d'une réparation non-homologue, le brin utilisé pour la réparation se situe spatialement proche de la cassure. Notre hypothèse est donc que les points de cassures qui sont proches en 3D ont plus probablement participé à des réarrangements que les autres. Cela est appuyé par des analyses génomiques sur des cellules somatiques et entre espèces. Nommons cette hypothèse: l'hypothèse de localité.Notre approche a été de proposer une méthode pour utiliser l'information structurale afin de prioriser les scénarios de réarrangements. Les données de Hi-C ont été l'information structurale qui nous a permis d'appliquer la méthode aux scénarios entre D. melanogaster et D. yakuba.Ces résultats nous ont ensuite menés à nous demander si la structure de la chromatine ne pouvait pas elle-même évoluer. Elle serait alors susceptible d'être considérée comme un caractère phylogénétique. Cette idée est appuyée par d'autres résultats montrant la conservation de domaines topologiques entre espèces.Cette question ne semble pas avoir été posée auparavant. Elle est pourtant très intéressante car elle permet d'ouvrir tout un champ d'étude. En effet, si la structure de la chromatine porte un signal phylogénétique, alors il devient possible de s'interroger sur les mécanismes en œuvre lors de la sélection, ou sur la possibilité de reconstruire l'état ancestral de cette structure. Par la suite, il serait même possible de comparer l'évolution de la séquence et celle de la structure de la chromatine.Nous avons ainsi défini une distance entre les structures des génomes, basée sur la comparaison des contacts entre loci orthologues. Nous l'avons appliquée à une ensemble de six espèces comprenant l'humain, la souris et quatre drosophiles. Ces résultats confirment la présence d'un signal phylogénétique dans la structure spatiale des génomes. Ils mettent également en lumière l'intérêt de la mise en place de méthodes permettant de comparer efficacement des données de contacts entre espèces. / Different species have different genome organization. Whether it be the karyotype or gene order, these differences are seen even with relatively close species like Human and Mouse. This is caused by the chromosomal rearrangement. Infererence of rearrangement scenarios that transform one present-day species into another can give insight into evolutionary states, the ancestral genome being one of the intermediates of the true scenario.The chromosomal rearrangements are violent biological events for the cell. Indeed, numerous mechanisms are present to stop the cell cycle when the genome sequence is altered. Moreover, rearrangements can be the source of aberrant phenotypes, which are probably unfavorable for the carrier. With all that, it seams reasonable to assume the rearrangement scenarios are parsimonious.However, it is accepted that this criterion alone is not sufficient to efficiently build the evolutionary history of the genomes. Indeed, for whatever model we choose, the number of scenario is exponential in the number of rearrangements. Another biological constraint is needed. The spatial structure of the chromatin could be an essential missing criterion. It has been shown in vitro that when a double-stranded break of the DNA is non-homologously repaired, the strand used for repairing is close in space to the breakpoint. Our hypothesis is that the closer the breakpoints are in space, the more probable they are to participate in a rearrangement. This hold on genomics analysis of somatic cells, and between species. Let's name that hypothesis the locality hypothesis.We proposed a method to use the structural information in order to prioritize the rearrangements scenarios. The Hi-C data were the structural information that allowed us to apply our method to scenarios between D. melanogaster and D. yakuba.This results led us to ask whether the chromatin structure could evolve by itself. Then, it could be used as a phylogenetic mark. This idea is related to previous results showing the conservation of topological domains between species.This question seams to be new, and could open a new line of investigation. If the chromatin structure holds a phylogenetical signal, it becomes possible to ask ourselves about the mechanisms that occur during the selection, or if it is possible for the ancestral state to be inferred. Then, it could even be possible to compare the evolution of the sequence with the one of the chromatin structure.Thus, we defined a distance between genome structures, based on the comparison of contacts between orthologous loci. We applied this distance to a set of six species, including the Human, the Mouse and four Drosophila. This result confirms the presence of a phylogenetic signal in the spatial structure of the genomes. They also showed that we're in need for efficient methods to compare contacts data between species.

Depuis plusieurs années, le rôle joué par le cytomégalovirus humain (HCMV) dans le développement des maladies inflammatoires et du cancer a été étudié par plusieurs groupes de recherche. Divers tissus tumoraux, notamment dans le cancer du colon, du foie, de la prostate, du cerveau (glioblastome, médulloblastome) et du sein, ont montré la présence d’antigènes ou d’ADN du HCMV. Cette accumulation de preuves de l'implication de l'infection par le HCMV dans les maladies malignes de diverses entités cancéreuses a conduit au développement du concept d'«oncomodulation», qui est expliqué par la capacité du HCMV à contribuer au processus d’oncogenèse, sans toutefois aucun potentiel de transformation directe. HCMV-DB (KT959235) est un isolat clinique provenant d'un échantillon de col de l'utérus d'une femme enceinte de 30 ans, préalablement isolé dans notre laboratoire. Cette souche virale a montré sa capacité à infecter les macrophages primaires et a montré une réplication productive dans les cellules épithéliales mammaires humaines (HMECs). Les HMECs infectées entraînaient l’établissement d’un environnement cellulaire pro-oncogène avec une hyperphosphorylation de Rb et une activité fonctionnelle réduite de p53, une régulation positive de c-Myc, une surexpression de l'activité télomérase et de STAT3, et une régulation positive de la cycline D1, provoquant une prolifération cellulaire accrue. En outre, HCMV-DB a montré son potentiel pour transformer les HMECs primaires par test de formation de colonies sur gélose molle, un test connu pour l’observation de la transformation cellulaire. De manière intéressante, les HMECs infectées par HCMV-DB en culture ont montré l’émergence d’amas de cellules sphéroïdes, qui ont été désignées cellules CTH (HMECs transformées par le CMV). Dans notre thèse, nous avons caractérisé le profil génomique de la souche HCMV-DB et nous l’avons comparé à des souches soit cliniques soit de laboratoire. HCMV-DB a été caractérisée comme proche des génomes des souches Toledo et JP, et cette dernière est une souche clinique isolée à partir d’un tissu glandulaire, la prostate. Nous avons également comparé les gènes impliqués dans l’entrée virale par des analyses phylogénétiques et nous avons observé la proximité de HCMV-DB avec la souche prototypique du HCMV, Merlin. En étudiant le profil transcriptomique des HMECs infectées par HCMV-DB, nous avons trouvé qu’elles présentent un phénotype basal-like triple négatif, ER-/PR-/HER2-, ainsi que des caractéristiques oncogéniques, incluant une up-régulation de l’expression de plusieurs oncogènes, de gènes pro-survie (avec down-régulation de la caspase 8), et de marqueurs de la prolifération, du caractère souche des cellules et de la transition épithélio-mésenchymateuse (EMT). Le profil transcriptomique des HMECs infectées par HCMV-DB a également montré des modifications variées dans la signalisation cellulaire, l’angiogenèse et la protéolyse. Au niveau de la chromatine, les HMECs inféctées par HCMV-DB ont révélé une hypométhylation globale. En cherchant la présence du génome de HCMV-DB dans les cellules CTH formées, nous avons détecté une signature du génome de HCMV-DB, à savoir le lncRNA4.9. Globalement, nos données ont montré que le transcriptome des HMECs infectées par HCMV-DB révèle clairement des traits pro-oncogéniques et la détection d’une partie du génome de HCMV-DB suggère que cette partie du génome viral peut être responsable de la transformation cellulaire obtenue. / Since several years, the role played by human cytomegalovirus (HCMV) in the development of inflammatory diseases and cancer has been extensively studied and addressed by different research groups. Various tumor tissues originating from colon, liver, prostate, brain (glioblastoma, medulloblastoma) and breast cancer have shown to harbor either the antigen or the DNA of HCMV. These growing evidences about the implication of HCMV infection in malignant entities had led to the emergence of the concept of “Oncomodulation”. This is explained by the ability of the virus to contribute to the oncogenic processes, however without any direct transformatory potential. HCMV-DB (KT959235) is a clinical isolate obtained from a cervical swab specimen of a 30-year-old pregnant woman previously isolated in our laboratory. This viral strain had shown its ability to infect the primary macrophages and to replicate productively in the human mammary epithelial cells (HMECs). In fact, HMECs infected by HCMV-DB resulted in the establishment of a pro-oncogenic cellular environment characterized by retinoblastoma (Rb) hyperphosphorylation and a decreased p53 functional activity, enhanced telomerase activity, upregulation of c-Myc, activation of Akt and STAT3, and upregulation of cyclin D1 causing an enhanced cellular proliferation. Furthermore, HCMV-DB had shown its potential to transform the primary HMECs by colony formation on soft agar, a well know assay to perceive transformation. Interestingly, HCMV-DB infected HMECs in culture showed the emergence of clusters of spheroid cells that were named CTH cells (CMV Transformed HMECs). In our thesis we characterized the genomic profile of HCMV-DB strain and compared it to either clinical or laboratory strains. HCMV-DB was shown to be close to the genomes of Toledo and JP strains where the JP strain is a clinical strain that was isolated from a glandular tissue, the prostate. We also compared the genes that are involved in virus entry using phylogenetic analyses and we observed that HCMV-DB is close to the prototypic HCMV strain, Merlin. By studying the transcriptomic profile of HMECs infected with HCMV-DB, we found that it displays a triple negative basal-like phenotype, ER−/PR−/HER2−, and presents oncogenic characteristics with upregulated expression of several oncogenes, pro-survival genes (with a down-regulation of caspase 8), proliferation markers, stemcellness and epithelial mesenchymal transition (EMT). The transcriptomic profile of HMECs infected with HCMV-DB also displays variant modifications in cell signaling, angiogenesis and proteolysis. At the chromatin level, HMECs infected with HCMV-DB reveals a global hypomethylation state. By screening for the presence of HCMV-DB genome in the formed CTH cells, we detected a signature of the HCMV-DB genome, namely a lncRNA4.9. Taken together, our data showed that the transcriptome of HMECs infected with HCMV-DB clearly reveals a pro-oncogenic traits and the detection of part of the HCMV-DB genome suggests that this part of the viral genome might be responsible for the obtained cellular transformation.