La compréhension de la structure génétique et de la dynamique des populations, ainsi que les mécanismes moléculaires régissant les interactions entre l’hôte et le pathogène sont des éléments clefs pour la gestion des maladies. Au cours de cette étude nous avons cherché à développer dans un premier temps des marqueurs microsatellites à partir de données issues du séquençage d’un isolat de Ganoderma boninense. Ces marqueurs microsatellites nous ont permis d’étudier la structuration génétique et l’histoire démographique de G. boninense. Le génotypage d’un sous-échantillonnage issus de missions de récolte en Malaisie et à Sumatra nous a permis de mettre en évidence deux groupes principaux au sein de l’Asie du Sud-Est. Nous avons ensuite concentré notre attention sur la région regroupant la Malaisie péninsulaire et l’île de Sumatra, zone historique de développement de la culture industrielle du palmier à huile et d’apparition de la pourriture basale du stipe due à G. boninense, qui semble former une seule population. Nous avons examiné à une échelle géographique plus restreinte cette zone géographique afin de mettre en évidence une potentielle sous structure au sein de cette population. En testant l’effet du fond génétique du palmier d’origine de chaque individu, du nombre de génération de palmier précédent le moment de la récolte de l’individu, ou de la distance géographique sur une possible sous-structure des individus au sein de la zone historique, nous avons mis en évidence qu’aucune sous-structure génétique n’émergeait. En revanche, La comparaison de plusieurs scénarios d’évolution démographique a permis de mettre en évidence un phénomène d’expansion très ancien bien antérieur au début du développement de la culture industrielle du palmier à huile. Pour finir, la comparaison des données transcriptomiques entre des isolats agressifs et non agressifs a permis de souligner la présence d’une centaine de gènes différentiellement exprimés possédant une annotation fonctionnelle. Les résultats de ces deux approches pourront permettre une meilleure gestion de la maladie ainsi que l’amélioration des programmes développement et de gestion des résistances. / The understanding of genetic structuration and population dynamic, as well as the molecular mechanisms ruling host/pathogen interaction, are key elements for disease management. During this study, as first step, we were looking to develop microsatellites markers from genomic data obtained from sequencing of a Ganoderma boninense pure strain. Those markers allowed studying genetic structuration and demographic history of G. boninense. Genotyping of a subset of samples from sampling mission in Malaysia and Sumatra have highlighted two main groups in South-East Asia. Then, we focused on a region gathering peninsular Malaysia and Sumatra together, as it is both historical region of industrial oil palm culture development and the first region of basal stem rot observation caused by G. boninense, and to appear as a single population. We examine this region at a lower scale in order to highlight a potential genetic substructure in this population. We tested for effect of genetic tree background of each sample, number of planting generation before sampling and geographical distance between sample in order to observe a potential correlation between genetic substructure and one of those factors. As no correlation appeared, we concluded that this population does not have a genetic substructure. On the other hand, the comparison between several demographic evolution scenarios have shown a strong support for a past expansion event further back in time from the beginning of industrial oil palm culture development. To conclude, the exploration of transcriptomic data between strains owning aggressive or non-aggressive profile showed the differential expression of a hundred genes owning a functional annotation. Results from both approaches will allow the development of better disease management and a better resistance selection and management program.

L'augmentation du nombre de génomes totalement séquencés rend de plus en plus efficace l'étude des mécanismes évolutifs à partir de la comparaison de génomes contemporains. L'un des principaux problèmes réside dans la reconstruction d'architectures de génomes ancestraux plausibles afin d'apporter des hypothèses à la fois sur l'histoire des génomes existants et sur les mécanismes de leur formation. Toutes les méthodes de reconstruction ancestrale ne convergent pas nécessairement vers les mêmes résultats mais sont toutes basées sur les trois mêmes étapes : l'identification de marqueurs commun dans les génomes contemporains, la construction de cartes comparatives des génomes, et la réconciliation de ces cartes en utilisant le critère de parcimonie maximum. La quantité importante des données à analyser nécessite l'automatisation des traitements et résoudre ces problèmes représente de formidables challenges computationnels. Affiner les modèles et outils mathématiques existants par l'ajout de contraintes biologiques fortes rend les hypothèses établies biologiquement plus réalistes. Dans cette thèse, nous proposons une nouvelle méthode permettant d'identifier des marqueurs communs pour des espèces évolutivement distantes. Ensuite, nous appliquons sur les cartes comparatives reconstituées une nouvelle méthode pour la reconstruction d'architectures ancestrales basée sur les adjacences entre les marqueurs calculés et les distances génomiques entre les génomes contemporains. Enfin, après avoir corrigé l'algorithme existant permettant de déterminer une séquence optimale de réarrangements qui se sont produits durant l'évolution des génomes existants depuis leur ancêtre commun, nous proposons un nouvel outil appelé VIRAGE qui permet la visualisation animée des scénarios de réarrangements entre les espèces.

Cette thèse étudie l'effet de deux processus cellulaires essentiels, la réplication et la transcription, sur la composition en nucléotides des séquences d'ADN. Ces mécanismes ont un fonctionnement asymétrique par rapport aux deux brins d'ADN, et ils ont comme conséquence une composition asymétrique dans les séquences.<br /> Nous avons étudié la co-orientation entre réplication et transcription chez les procaryotes. Nous proposons une méthode pour l'étude des biais de composition qui découple ces deux sources d'asymétrie. Nous montrons que les biais associés à la réplication sont très variables, même entre espèces proches.<br /><br /> Nous avons ensuite analysé le patron de substitution dans les régions transcrites et autour des origines de réplication du génome humain, et notamment l'effet du contexte 5'-3'. Les biais de voisinage sont similaires pour l'asymétrie associée à la réplication et à la transcription. La variation des taux de substitutions en fonction du patron d'expression des gènes suggère qu'un biais de réparation asymétrique et contexte-dépendant pourrait être en jeu.<br /><br /> Enfin, nous avons proposé une méthode de calcul du patron de substitution dans des séquences à composition biaisée: les microsatellites. Nous avons démontré que les microsatellites transcrits sont sujets au mêmes processus asymétriques que les régions non-répétées.

Les phénomènes évolutifs qui perturbent l'organisation des gènes dans les génomes eucaryotes sont de deux types : les changements dans l'ordre des gènes, ou réarrangements, et les modifications du contenu en gènes du génome, par duplications, délétions ou gains de gènes. Ces processus sont mal connus, tant au niveau de leurs mécanismes d'apparition que de leur impact fonctionnel et sélectif. Ce travail de thèse s'articule autour de deux projets. Le premier s'intéresse à la distribution des points de cassure de réarrangements évolutifs entre un génome ancestral et ses descendants modernes. Cette distribution a été modélisée en fonction des caractéristiques locales du génome pour mettre en évidence quels facteurs influencent la probabilité de cassure. Nos résultats montrent que la distribution des cassures peut s'expliquer simplement comme une fonction de la longueur des espaces intergéniques, fonction qui est cependant non-linéaire contrairement aux attentes sous un régime aléatoire classique. La répartition des points de cassure dans les génomes semble principalement liée à des propriétés de structure, et n'est que peu soumise à des contraintes de sélection. Elle pourrait être liée à la structure chromatinienne du génome. Le second projet s'inscrit dans le cadre du séquençage du génome du poisson zèbre, et fournit un aperçu global de l'organisation de ce génome. Les génomes de poissons téléostéens sont anciennement dupliqués : l'analyse est axée sur les conséquences de cette duplication. Les résultats montrent que le génome du poisson zèbre présente une organisation assez typique d'un génome téléostéen. Les gènes retenus en deux copies après la duplication du génome appartiennent à des catégories fonctionnelles particulières, et sont biaisés vers des gènes déjà conservés après les duplications 1R et 2R ayant eu lieu au début de l'histoire des vertébrés.

En France, le virus de l'hépatite E (VHE) est responsable de cas d'hépatites aigües sporadiques dont les origines et les modes de transmission sont incertains. Or, le VHE est le seul virus des hépatites à infecter d'autres espèces animales que l'homme. Les objectifs de cette thèse ont été d'évaluer le risque de transmission zoonotique du VHE porcin pour l'Homme. Une première étude d'épidémiologie moléculaire a montré une circulation active du VHE entre les populations porcines et humaines, préférablement par voie alimentaire. Une deuxième étude par séquençage haut-débit a montré l'adaptation totale du génome consensus et de la quasiespèce du VHE lors de la transmission inter-espèce. Une troisième étude de trois nouveaux génomes complets porcins comparé aux génomes VHE humains déjà disponibles n'a pas révélé de déterminants majeurs de restriction d'hôte au sein du génotype 3. Par contre cette étude a mis en avant le besoin de revoir la classification en sous-types du VHE au vu des nouvelles séquences disponibles. Enfin, un système de génétique inverse a été mis en place afin de permettre l'étude phénotypique de nouvelles souches humaines et porcines du VHE dans des lignées hépatocytaires. Ces travaux ont permis de montrer le risque zoonotique du VHE du porc consommé en France et son adaptation génomique complète à ses deux espèces hôtes. Le VHE est un virus zoonotique à ARN particulier dont la variabilité génétique dépend de son épidémiologie singulière, qui inclue la possibilité de transmissions alimentaires à partir d'un réservoir animal domestique. Ce travail permet enfin de poser les perspectives d'études phénotypiques du VHE

Geotrichum candidum est une levure hémiascomycète ubiquitaire longtemps considérée comme un champignon filamenteux. C'est l'une des levures les plus fréquemment trouvées dans les fromages dans les quelles elle contribue à l'affinage. Dans le cadre du projet ANR ALIA Food Microbiomes en partenariat avec des industriels fromagers et producteur de levain, nous avons caractérisé l'espèce G. candidum par une étude phylogénétique et placé de manière non ambigüe G. candidum parmi les levures hémiascomètes. Une analyse MLST a permis de séparer les souches étudiées en deux groupes. Le premier contient essentiellement des souches environnementales tandis que le second ne contient que des souches isolé du fromage. Cela suggère une certaine sélection ou spécialisation d'un groupe de souche dans la fabrication du fromage. Une méthode de typage inter LTR plus discriminante a permis de typer l'ensemble des souches et peut fournir aux industriels un outil robuste pour le suivi d'une souche en production. Le génome de G. candidum CLIB 918 = ATCC 204307 a été séquencé. Les premières analyses ont mis en évidence des discontinuités évolutives parmi les gènes qui le composent. Parmi les 6802 gènes identifiés, 315 gènes présentent des orthologues chez les champignons filamenteux et non chez les levures. Cela suggère que durant l'évolution, G. candidum a conservé un grand nombre de gènes qui a été perdu chez les autres levures ou en a reçu certain par transfert horizontal de gènes. L'existence de ce même type de gènes chez d'autre levure ayant une position basale dans l'arbre des hémiascomycètes, suggère que G. candidum et ces levures ont une position intermédiaire lors de la transition évolutive champignon vers levure. Il est à noter que certains d'entre eux sont impliqués dans le métabolisme et pourraient jouer un rôle dans l'adaptation de cette levure à la fabrication du fromage.

Les bactéries du genre Nocardia sont des Actinobactéries filamenteuses. Ces microorganismes sont saprophytes du sol. Les infections à Nocardia ou nocardioses se manifestent dans la majorité des cas (60%) par des infections pulmonaires et plus rarement par des infections cérébrales. La souche Nocardia cyriacigeorgica GUH-2 à causé la mort d'un patient dans les années 70. Des études sur cette souche ont montré qu'elle avait un haut pouvoir pathogène et qu'elle était capable dans certaines conditions de déclencher chez la souris et les primates le développement de troubles moteurs similaires à ceux observés dans la maladie de Parkinson. Afin d'appréhender l'implication de l'espèce pathogène opportuniste N. cyriacigeorgica dans l'une des plus importantes maladies neurodégénératives du 21ème siècle, le séquençage du génome de la souche N. cyriacigeorgica GUH-2 à été entrepris. Il a permis l'identification d'un grand nombre de gènes liés à la virulence et à la résistance aux antibiotiques ainsi que l'identification d'ilots génomiques et de séquences d'insertions reflétant une plasticité plus grande que celle qui était décrite pour ce genre bactérien. L'étude de groupements de gènes impliqués dans la production de métabolites secondaire a montré que ces molécules pourraient être responsables des propriétés neurodégénératives de la souche. L'espèce de N. cyriacigeorgica étant retrouvée fréquemment en clinique sans que son réservoir naturel n'ai été mis en évidence à ce jour, la mise au point de marqueurs de détection génétique a été réalisé afin de permettre la recherche de la niche écologique de cette espèce mais également de faciliter le diagnostic des nocardioses.

La communication phéromonale chez les lépidoptères, si sensible et spécifique, constitue un modèle de choix pour l'étude des bases moléculaires de la réception olfactive. La spécificité de ce système serait assurée dès le niveau périphérique, dans l'antenne, par l'intervention d'une diversité de protéines impliquées dans la chimioréception des odorants. Le ver à soie, Bombyx mori, est une espèce particulièrement appréciée pour l'étude des mécanismes olfactifs : la réponse des mâles à la phéromone est connue, l'espèce est manipulable génétiquement et les séquences génomiques sont accessibles sur Internet. Au cours de mon travail de thèse, j'ai pu identifier et caractériser au niveau moléculaire une diversité de gènes olfactifs appartenant à différentes familles par des techniques bioinformatiques d'analyse du génome et de biologie moléculaire. Leurs patrons d'expression ont notamment été analysés afin de vérifier si leur localisation tissulaire était compatible avec une fonction chimiosensorielle. Certains de ces gènes (BmPBP2, BmPBP3, BmAOX2) pourraient coder pour des protéines spécifiquement impliquées dans la réception phéromonale alors que d'autres (BmAOX1, BmSNMP2) pourraient intervenir aussi dans la réception de molécules moins spécifiques. Par leurs interactions combinées et séquentielles avec les molécules odorantes, ces différentes familles de protéines permettraient d'assurer leur reconnaissance spécifique au cours des différentes étapes périphériques de la réception olfactive. Par ailleurs, j'ai pu participer à la mise au point chez le ver à soie d'un outil novateur d'analyse fonctionnelle in vivo basé sur l'expression par transgenèse de RO dans les antennes du ver à soie. Ce système a été développé avec un récepteur phéromonal mâle-spécifique, BmOR1. Les femelles des lignées transgéniques exprimaient fortement le récepteur dans leurs antennes, mais se sont révélées incapables de répondre au composé phéromonal (Bol) au cours d'enregistrements électrophysiologiques. L'utilisation future d'un nouveau promoteur spécifique des neurones olfactifs, pOR2, pourrait permettre de développer le premier système stable d'analyse fonctionnelle in vivo chez un lépidoptère.

Le travail décrit dans cette thèse a commencé à un moment où peu de données génétiques sur Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus (L. bulgaricus) étaient disponibles. Le séquençage du génome de la souche ATCC 11842, en collaboration avec le Génoscope, était en cours. La première partie de cette thèse décrit le travail effectué sur l'annotation et l'analyse du génome. Cette dernière suggère que L. bulgaricus est en voie de spécialisation à une niche écologique restreinte, le milieu lait. Elle révèle également que L. bulgaricus possède peu de systèmes de régulation et de résistance aux stress environnementaux. Ces résultats nous ont conduit à faire l'hypothèse que L. bulgaricus serait un bon modèle pour identifier les mécanismes essentiels pour l'adaptation à l'acidité (ATR). La deuxième partie de la thèse décrit les études menées sur l'ATR de L. bulgaricus par différentes approches complémentaires. Les résultats transcriptomiques mettent en évidence que l'expression de 20% des régulateurs ainsi que celle de 50% des transporteurs d'ions de L. bulgaricus est modifiée par l'ATR. En revanche, aucun des 5 facteurs s ni des 5 systèmes à deux composants du génome ne présente une expression variable. L'analyse protéomique par électrophorèse bidimensionnelle révèle 19 protéines dont l'abondance est affectée par l'ATR, parmi lesquelles les protéines chaperons et des protéines impliquées dans la biosynthèse des acides gras. L'ensemble des résultats suggère que l'ATR de L. bulgaricus fait intervenir de multiples régulateurs, des phénomènes d'atténuation de la transcription, et des régulations posttranscriptionnelles et post-traductionnelles. Ces résultats préliminaires nécessitent cependant des analyses complémentaires pour déterminer quelle partie des réponses visualisées est réellement à la base de la résistance accrue à l'acidité acquise après adaptation.

L'organisation de la chromatine a une importance fonctionnelle pour contrôler le programme d'expression des gènes. Par contre, les liens qui l'unissent au déroulement de la réplication de l'ADN sont beaucoup moins connus. Grâce à des approches basées sur la capture d'interactions chromosomiques et sur l'imagerie cellulaire, nous avons étudié les liens entre le repliement à grande échelle de la chromatine et le timing de réplication. Cette analyse, effectuée dans des cellules humaines lymphoblastoïdes, des cellules mononucléées du sang (PBMC) et des cellules issues d'une leucémie myéloïde à caractère érythrocytaire, a permis l'identification de domaines structuraux du noyau. Ces domaines sont relativement isolés les uns des autres et leurs frontières coïncident avec les zones d'initiation précoce. De plus, notre étude montre que ces zones d'initiation précoce interagissent préférentiellement, aussi bien entre voisins immédiats (séparation génomique de l'ordre de la mégabase) que le long du chromosome entier. Les loci répliqués tardivement interagissent eux-aussi avec leurs homologues, conduisant, dans l'espace nucléaire, à une ségrégation des loci en fonction de leur timing de réplication. Ces résultats sont soutenus par des mesures de distances sur des hybridations in-situ qui montrent que les loci répliqués en début de phase S sont plus proches qu'attendus. Nos travaux révèlent enfin que l'organisation de la chromatine est similaire dans des cellules en phase G0 (PBMC dormantes), démontrant qu'elle n'est pas spécifique des cellules en phase S. Pris ensemble, ces résultats apportent des preuves directes d'une organisation robuste de la chromatine, partagée par les cellules en cycle et dormantes, et corrélée au timing de réplication à différentes échelles.