L’inférence de génomes ancestraux est une étape essentielle pour l’étude de l’évolution des génomes. Connaissant les génomes d’espèces éteintes, on peut proposer des mécanismes biologiques expliquant les divergences entre les génomes des espèces modernes. Diverses méthodes visant à résoudre ce problème existent, se classant parmis deux grandes catégories : les méthodes de distance et les méthodes de synténie. L’état de l’art des distances génomiques ne permettant qu’un certain répertoire de réarrangements pour le moment, les méthodes de synténie sont donc plus appropriées en pratique. Nous proposons une méthode de synténie pour la reconstruction de génomes ancestraux basée sur une définition relaxée d’adjacences de gènes, permettant un contenu en gène inégal dans les génomes modernes causé par des pertes de gènes de même que des duplications de génomes entiers (DGE). Des simulations sont effectuées, démontrant une capacité de former une solution assemblée en un nombre réduit de régions ancestrales contigües par rapport à d’autres méthodes tout en gardant une bonne fiabilité. Des applications sur des données de levures et de plantes céréalières montrent des résultats en accord avec d’autres publications, notamment la présence de fusion imbriquée de chromosomes pendant l’évolution des céréales. / Ancestral genome inference is a decisive step for studying genome evolution. Knowing genomes from extinct species, one can propose biological mecanisms explaining divergences between extant species genomes. Various methods classified in two categories have been developped : distance based methods and synteny based methods. The state of the art of distance based methods only permit a certain repertoire of genomic rearrangements, thus synteny based methods are more appropriate in practice for the time being. We propose a synteny method for ancestral genome reconstruction based on a relaxed defenition of gene adjacencies, permitting unequal gene content in extant genomes caused by gene losses and whole genome duplications (WGD). Simulations results demonstrate our method’s ability to form a more assembled solution rather than a collection of contiguous ancestral regions (CAR) with respect to other methods, while maintaining a good reliability. Applications on data sets from yeasts and cereal species show results agreeing with other publications, notably the existence of nested chromosome fusion during the evolution of cereals.

Les éléments transposables (ETs) sont des éléments génétiques mobiles capables de se déplacer et de se multiplier au sein d’un génome. Identifiés dans la plupart des espèces vivantes incluant les bactéries, mais longtemps considérés comme de l’ADN poubelle, aujourd’hui les ETs sont indéniablement des acteurs majeurs impliqués dans l’évolution des gènes, des génomes et des organismes. Si à l’échelle des individus les ETs peuvent avoir des effets délétères pouvant entrainer des maladies, à plus grande échelle ils sont de puissants agents évolutifs impliqués dans la plasticité génomique. Ces « parasites » peuvent également être sources de nouveaux matériels génétiques comme des promoteurs ou même de nouveaux gènes avec de nouvelles fonctions pour l’hôte. Les objectifs majeurs de mon travail de thèse ont été de déterminer les différentes familles d’ETs présentes dans les génomes de poissons, la part que chacune d’entre elles occupe dans ces génomes et enfin de comprendre l’histoire évolutive des familles d’ETs dans les génomes de poissons en comparaison avec les autres génomes de vertébrés. Cette comparaison à grande échelle permettra de comprendre les différentes stratégies évolutives des ETs. D’autre part, j’ai étudié deux gènes de vertébrés, Gin-1 et Gin-2 dérivés d’ETs, dans le but de comprendre leurs origines et évolution au sein des vertébrés ainsi que d’émettre des hypothèses quant à leur fonction moléculaire potentielle encore inconnue. Pour cela, des analyses in silico ont permis de mieux comprendre les origines de ces gènes. Gin-1, présent chez les amniotes, et Gin-2, absent uniquement des mammifères placentaires, dérivent tous deux de transposons GIN. / Transposable elements (TEs) are mobile genetic elements - able to move and to multiply within genomes - identified in almost all living organisms including bacteria. Considered as junk DNA for long, nowadays they are undeniably major players of gene, genome and host evolution. TEs can be deleterious causing diseases but these “parasites” can also be source of new genetic materials as promoters or even new genes bringing new functions for hosts. The objectives of my thesis was to determine the presence or not of the different TE families in vertebrate genomes, as well as their respective content to understand their evolutionary history. I performed a large-Scale comparative analysis to highlight the various evolutionary strategies of TEs. I showed that TE content is highly variable in vertebrate genomes, the smallest and the largest being found in fish, and may contribute to their genome sizes especially in fish. These superfamilies underwent differential waves of activity in vertebrate species highlighting TE dynamics. On another hand, I focused on the study of a vertebrate-Specific TE-Derived gene, named Gin-2, to understand its origin, evolution, and its potential function in vertebrates. In silico analyses showed that Gin-2 is a very ancient gene (500 My, only absent from placentals) derived from GIN transposons. Further analyses present a particular expression in brain and gonads during adulthood, while a strong expression during gastrulation suggests a potential role of Gin-2 in zebrafish development. All together, the different analyses contribute to a better view of TE evolution and their evolutionary impacts in vertebrate genomes.

Selon une vision populaire, l’évolution serait un processus de « progrès » qui s’accompagnerait d’un accroissement de la complexité moléculaire des êtres vivants. Cependant, les programmes de séquençage des génomes ont révélé l’existence d’espèces dont les lignées ont, au contraire, subi une réduction massive de leur génome. Ainsi, chez les cyanobactéries Prochlorococcus et Pelagibacter ubique, certaines lignées ont subi une réduction de 30% de leur génome. Une telle évolution « à rebours », dite évolution réductive, avait déjà été observée pour des bactéries endosymbiotiques, pour lesquelles la sélection naturelle n’est pas assez efficace pour éliminer les mutations délétères comme les pertes de gènes. Cela vient notamment du fait que ces bactéries endosymbiotiques subissent, à chaque reproduction de leur hôte, une réduction drastique de leur taille de population. Cette explication semble peu plausible pour des cyanobactéries marines comme Prochlorococcus et Pelagibacter, qui ont un mode de vie libre et qui font partie des bactéries les plus abondantes des océans. D’autres hypothèses ont ainsi été proposées pour expliquer l’évolution réductive comme l’adaptation à un environnement stable et pauvre en nutriments, des forts taux de mutation, mais aucun de ces hypothèses ne semble capable d’expliquer toutes les caractéristiques génomiques observées. Dans cette thèse, nous nous intéressons au cas de l’évolution réductive chez Prochlorococcus, pour laquelle de nombreuses séquences et données sont disponibles. Deux approches sont utilisées pour cette étude : une analyse phylogénétique des génomes de Prochlorococcus, et une approche théorique de simulation où nous testons différents scénarios évolutifs pouvant conduire à une évolution réductive. La combinaison de ces deux approches permet finalement de proposer un scénario plausible pour expliquer l'évolution réductive chez Prochlorococcus. / Given a popular view, evolution is an incremental process based on an increase of molecular complexity of organisms. However, some organisms have undergo massive genome reduction like the endosymbionts. In this case the reduction can be explained by the Muller’s ratchet due to the endosymbiont lifestyle with small population and lack of recombination. However, in some marine bacteria, like Prochlorococcus et Pelagibacter, lineage have undergo up to 30% of genome reduction. Their lifestyle is almost the opposite to the one of the endosymbionts and reductive genome evolution can not be easily explicable by the Muller’s ratchet. Some other hypothesis has been proposed but none can explain all the observed genomic characteristics. In the thesis, I am interested in the reductive evolution of Prochlorococcus. I used two approaches: a theoretical one using simulation where different scenarios are tested and an analysis of Prochlorococcus genomes in a phylogenetic framework to determine the causes and characteristics of genome reduction. The combination of these two approaches allows to propose an hypothetical evolutive history for the reductive genome evolution of Prochlorococcus.

Les systèmes hydrothermaux associés à la serpentinisation sont anoxiques et riches en $H_2$, $CH_4$ et molécules organiques. Ces composants alimentent des micro-organismes qui colonisent les systèmes serpentinisés, et ce en dépit d’un pH élevé et de faibles concentrations en accepteurs d'électrons et en carbone dissous. Dans ce travail, les communautés microbiennes ont été étudiées en se focalisant sur Prony, un écosystème serpentinisé côtier de Nouvelle-Calédonie, puis, en comparant différents écosystèmes serpentinisés, pour faire émerger des similarités taxonomiques et fonctionnelles. À Prony, nos analyses de métabarcoding ont mis en évidence l'importance d’une biosphère rare. L'analyse de métagénomes a permis de reconstruire 82 génomes procaryotes. Un de ces génomes est phylogénétiquement proche des espèces du genre Serpentinomonas, bactéries chimiolithotrophes isolées du site serpentinisé The Cedars, qui détiennent le record d’alcalophilie. Ces espèces et d'autres phylotypes, tels que les taxons affiliés aux Lost City Methanosarcinales, ont été trouvés dans plusieurs sites serpentinisés et pourraient contribuer à la définition d'une signature biologique des phénomènes de serpentinisation. En ciblant spécifiquement les métabolismes enrichis dans les milieux serpentinisés, nous avons pu mettre en évidence l'importance du métabolisme de l'hydrogène, des mécanismes cellulaires de réponse aux stress et d’une voie de dégradation des phosphonates, reposant sur l’activité d'une C-P lyase. Cette voie métabolique, qui a un rôle clé dans l'assimilation du phosphore et la libération de molécules organiques, vient enrichir les modèles écologiques des systèmes serpentinisés. / Serpentinizing hydrothermal systems are anoxic and enriched in $H_2$, $CH_4$ and organic molecules. These compounds support microbes that colonize serpentinizing systems, despite high pH and low concentrations of electron acceptors and dissolved inorganic carbon. In this work, two axes were explored to study the microbial communities. On the one hand, we focused on Prony, a coastal serpentinizing site in New Caledonia, and on the other hand we compared different serpentinizing systems to reveal taxonomic and functional similarities. At Prony, our metabarcoding analyses highlighted the importance of the rare biosphere. Moreover, 82 prokaryotic genomes were successfully reconstructed using five metagenomes from Prony. One of these genomes was phylogenetically close to the species of the genus Serpentinomonas, chemolithotrophic bacteria isolated at the serpentinizing site The Cedars that are capable of growth up to pH 12.5. These species, and other phylotypes, such as taxa affiliated with Lost City Methanosarcinales were identified in several serpentinizing sites and could contribute to the definition of a biological signature associated with serpentinization. By specifically targeting enriched metabolisms in serpentinizing environments, we highlighted key functions associated with hydrogen metabolism and environmental stress response mechanisms. The comparison of serpentinizing metagenomes revealed the importance of a phosphonate degradative pathway, based on the activity of a C-P lyase. This metabolic pathway, which plays a key role in the uptake of phosphorus and the release of organic molecules, was integrated into the ecological models of serpentinizing systems.

La leptospirose est une zoonose d’importance médicale majeure dans les îles du Sud-Ouest de l’Océan Indien (SOOI) dont certaines enregistrent des incidences parmi les plus élevées au monde. Durant la dernière décennie, les données épidémiologiques moléculaires obtenues avec une approche « One Health » ont mis en évidence une grande diversité de lignées de leptospires ainsi que différentes chaines de transmission sur les différentes îles de la région. Les données moléculaires montrent la présence de leptospires pathogènes et de réservoirs animaux introduits ou endémiques de cette région. La distribution de ces différentes lignées de leptospires est associée à (i) un contraste épidémiologique incluant des différences dans la sévérité des cas humains et (ii) des niveaux de spécificité d’hôtes différents selon les leptospires considérés. Plus particulièrement, les leptospires endémiques du SOOI semblent être moins pathogènes chez les humains et montrent une plus forte affinité pour leur réservoir que les leptospires cosmopolites. Pour compléter nos connaissances sur l’histoire évolutive des leptospires du SOOI, nous avons produit des données provenant de chauves-souris de l’Afrique de l’Est. Ces données confirment la spécificité de certaines lignées de leptospires envers leurs hôtes chiroptères et suggèrent que les chauves-souris d’Afrique ont colonisé Madagascar tout en étant infectées par leurs leptospires. Afin de mieux comprendre le rôle des différents leptospires dans l’épidémiologie régionale de la leptospirose, nous avons mesuré la pathogénicité de trois souches de leptospires retrouvées dans cette région à l’aide d’un modèle hamster. Des souches de Leptospira mayottensis et Leptospira borgpetersenii ont été isolés respectivement de Tenrec ecaudatus (tenrec) et Triaenops menamena (chauve-souris), deux mammifères endémiques du SOOI. Une souche de Leptospira interrogans, dont le génotype est retrouvé dans la majorité des cas humains graves à la Réunion, a été isolée de Rattus rattus (rat). En cohérence avec les données épidémiologiques humaines de Mayotte et de La Réunion, les leptospires endémiques se sont révélées être significativement moins pathogènes que la souche L. interrogans. La spécificité d’hôte des deux souches isolées de mammifères endémiques a été mise à l’épreuve par des infections expérimentales de Rattus norvegicus, connu comme un réservoir important de leptospires. Les rats ont été infectés avec les trois isolats précédemment utilisés. Les rats infectés par les souches endémiques n’ont pas développé d’infection rénale chronique contrairement à la souche cosmopolite. Ces résultats montrent que la spécificité d’hôte des leptospires endémiques observée in natura est probablement due à des facteurs génétiques plutôt qu’à des facteurs écologiques, comme un manque de contacts physiques entre les réservoirs animaux endémiques et introduits. Enfin, le séquençage complet de souches de leptospires du SOOI a été réalisé afin d’identifier des caractéristiques génétiques pouvant être associées à la pathogénicité et la spécificité d’hôte des leptospires pathogènes. Une classification précise de souches de leptospires du SOOI a pu être réalisée sur la base des génomes complets. La comparaison de ces génomes a permis d’identifier des gènes spécifiques à un groupe ou une espèce de leptospires. Cependant des modifications génomiques complexes rendent difficiles l’identification de caractéristiques génomiques responsables d’un phénotype particulier tel que la virulence ou la spécificité d’hôte. / Leptospirosis is a zoonosis of main medical concern on several islands of southwestern Indian Ocean (SWIO), some of which recording among the highest human incidence worldwide. Over the last decade, molecular epidemiology investigations carried out under a One Health framework have revealed a wide variety of Leptospira lineages and distinct transmission chains throughout the islands of the region. These islands are home to pathogenic Leptospira lineages and animal reservoirs that are either introduced or endemic to the SWIO region. Interestingly, the regional distribution of Leptospira diversity is associated with (i) a contrasted severity of human cases and (ii) distinct levels of specificity of Leptospira towards their mammalian hosts. Specifically, endemic Leptospira appear less pathogenic in humans and display higher specificity towards their animal reservoirs than their cosmopolitan counterparts. To complete the dataset of Leptospira diversity in the SWIO region, we produced data from bats of eastern Africa. Results support the previously observed pattern of host specificity of Leptospira towards their bats hosts and, overlaid upon the biogeographic history of Malagasy bats, suggest that these volant mammals have colonized Madagascar from continental Africa while hosting pathogenic Leptospira. To better understand the role of distinct Leptospira lineages in the contrasted epidemiology observed in the SWIO, we investigated the pathogenicity of three Leptospira isolates from this region using a hamster model. Leptospira mayottensis and Leptospira borgpetersenii isolates were obtained from Tenrec ecaudatus (tenrec) on Mayotte and Triaenops menamena (bat) in Madagascar, respectively, both mammals endemic to the SWIO region. A Leptospira interrogans strain, which genotype has been reported in the majority of human acute cases on La Réunion, was isolated from the introduced Rattus rattus (rat). In keeping with a distinct severity of the disease on Mayotte and La Réunion, endemic bat-borne and tenrec-borne Leptospira were significantly less pathogenic than the control cosmopolitan rat-borne isolate. The host specificity of the isolates obtained from endemic hosts was addressed using experimental infection of Rattus norvegicus, a known reservoir of pathogenic Leptospira. This animal model was challenged with all three isolates and mostly failed in supporting chronic infection with bat-borne and tenrec-borne Leptospira. Hence, the strong host-specificity of endemic Leptospira toward their hosts observed in the wild likely results from genetic determinants shaped by long-term co-evolutionary processes rather than from ecological constraints such as a lack of physical contact between introduced and endemic animal reservoirs. Finally, we undertook full genome sequencing of regional strains in order to highlight genomic features that may be associated with virulence and host specificity. Whole genome sequencing allowed the accurate classification of Leptospira isolates obtained on SWIO islands. Comparative genomics allowed to identify genes specific to a group or species of Leptospira but complex changes in Leptospira genome make difficult the identification of genomic elements responsible for specific traits such as virulence and host specificity.

La théorie de l’évolution repose sur la biologie moderne. Toutes les nouvelles espèces émergent d’une espèce existante. Il en résulte que différentes espèces partagent une ascendance commune, telle que représentée dans la classification phylogénétique. L’ascendance commune peut expliquer les similitudes entre tous les organismes vivants, tels que la chimie générale, la structure cellulaire, l’ADN comme matériau génétique et le code génétique. Les individus d’une espèce partagent les mêmes gènes mais (d’ordinaire) différentes séquences d’allèles de ces gènes. Un individu hérite des allèles de leur ascendance ou de leurs parents. Le but des études phylogénétiques est d’analyser les changements qui se produisent dans différents organismes pendant l’évolution en identifiant les relations entre les séquences génomiques et en déterminant les séquences ancestrales et leurs descendants. Une étude de phylogénie peut également estimer le temps de divergence entre les groupes d’organismes qui partagent un ancêtre commun. Les arbres phylogénétiques sont utiles dans les domaines de la biologie, comme la bio informatique, pour une phylogénétique systématique et comparative. L’arbre évolutif ou l’arbre phylogénétique est une exposition ramifiée les relations évolutives entre divers organismes biologiques ou autre existence en fonction des différences et des similitudes dans leurs caractéristiques génétiques. Les arbres phylogénétiques sont construits à partir de données moléculaires comme les séquences d’ADN et les séquences de protéines. Dans un arbre phylogénétique, les nœuds représentent des séquences génomiques et s’appellent des unités taxonomiques. Chaque branche relie deux nœuds adjacents. Chaque séquence similaire sera un voisin sur les branches extérieures, et une branche interne commune les reliera à un ancêtre commun. Les branches internes sont appelées unités taxonomiques hypothétiques. Ainsi, les unités taxonomiques réunies dans l’arbre impliquent d’être descendues d’un ancêtre commun. Notre recherche réalisée dans cette dissertation met l’accent sur l’amélioration des prototypes évolutifs appropriés et des algorithmes robustes pour résoudre les problèmes d’inférence phylogénétiques et ancestrales sur l’ordre des gènes et les données ADN dans l’évolution du génome complet, ainsi que leurs applications.[...] / The theory of evolution is based on modern biology. All new species emerge of an existing species. As a result, different species share common ancestry,as represented in the phylogenetic classification. Common ancestry may explainthe similarities between all living organisms, such as general chemistry, cell structure,DNA as genetic material and genetic code. Individuals of one species share the same genes but (usually) different allele sequences of these genes. An individual inheritsalleles of their ancestry or their parents. The goal of phylogenetic studies is to analyzethe changes that occur in different organisms during evolution by identifying therelationships between genomic sequences and determining the ancestral sequences and theirdescendants. A phylogeny study can also estimate the time of divergence betweengroups of organisms that share a common ancestor. Phylogenetic trees are usefulin the fields of biology, such as bioinformatics, for systematic phylogeneticsand comparative. The evolutionary tree or the phylogenetic tree is a branched exposure the relationsevolutionary between various biological organisms or other existence depending on the differences andsimilarities in their genetic characteristics. Phylogenetic trees are built infrom molecular data such as DNA sequences and protein sequences. Ina phylogenetic tree, the nodes represent genomic sequences and are calledtaxonomic units. Each branch connects two adjacent nodes. Each similar sequencewill be a neighbor on the outer branches, and a common internal branch will link them to acommon ancestor. Internal branches are called hypothetical taxonomic units. Thus,Taxonomic units gathered in the tree involve being descended from a common ancestor. Ourresearch conducted in this dissertation focuses on improving evolutionary prototypesappropriate and robust algorithms to solve phylogenetic inference problems andancestral information about the order of genes and DNA data in the evolution of the complete genome, as well astheir applications.

Les communautés microbiennes de sédiments de subsurface ont été décrites jusqu’à 1922 mbsf (meters below the seafloor) et pourraient représenter 0,6% de la biomasse totale. Largement incultivées, ces communautés comprennent des groupes endémiques aux environnements de subsurface et des généralistes retrouvés dans des environnements contrastés, appartenant aux 3 domaines du vivant (Bacteria, Eukarya and Archaea). Bien que jouant un rôle majeur dans les grands cycles géochimiques, l’écologie microbienne des sédiments de subsurface reste peu connue. Les conditions hostiles de ces sédiments contrastent avec la présence d’activité et de viabilité microbiennes. Dans ce contexte, de nombreuses questions sur les modes de vie et les métabolismes des microorganismes enfouis demeurent. L’objectif de cette thèse était de mieux comprendre quelles stratégies adaptatives pouvaient être mises en place par les communautés microbiennes de subsurface et de caractériser leur potentiel physiologique. Pour cela, 3 approches ont été utilisées.(1) Une approche culturale a permis de décrire 2 nouvelles espèces bactériennes sédimentaires (Halomonas lionensis, ungénéraliste versatile, et Phaeobacter leonis, une bactérie marine typique). L’étude de la résistance aux conditions de subsurface de ces deux espèces et de la bactérie Sunxiuqinia faeciviva, isolée à 247 mbsf, a ensuite été étudiée. (2) Par une étude de génomique comparée et structurale, la plasticité physiologique de H. lionensis a été analysée. (3) Enfin, le potentiel fonctionnel de communautés microbiennes enfouies à 31 et 136 mbsf dans le bassin de Canterbury a été étudié, en analysant les 2métagénomes correspondants. Les résultats culturaux et génomiques montrent que H. lionensis et S. faeciviva résistent mieux aux stress de subsurface que P. leonis et, dans le cas de H. lionensis, ceci impliquerait des propriétés physiologiques variées pouvant expliquer le succès écologique du genre Halomonas. Les données de métagénomique indiquent que les diversités phylogénétique et fonctionnelle de subsurface du bassin de Canterbury sont distinctes de celles d’environnements de surface et suggèrent que des métabolismes comme la fermentation, la méthanogenèse ou la β-oxydation pourraient être importants. La présence de gènes d’importance écologique et évolutive a permis d’émettre des hypothèses sur les modes de vie de ces microorganismes et des évènements de recombinaison génomique de groupes toujours incultivés ont aussi pu être décrits / Microbial communities inhabiting marine subsurface sediments were described up to 1922 mbsf (meters below the sea floor) andcould represent 0.6% of the total biomass. This microbial diversity, remaining elusive to cultivation, comprises groups specific to subsurface environments and groups of generalists found in contrasted habitats, all belonging to the 3 domains of life (Bacteria,Eukarya and Archaea). Although playing a major role in global geochemical cycles, the microbial ecology of the subseafloor remains largely unknown. The hostile conditions of subsurface sediments contrast with the descriptions of microbial activity andviability in the subseafloor. In this context, many questions related to the microbial physiology and the lifestyles of buried communities remain to be answered. The objective of this thesis was to better understand which adaptive strategies could be deployed by subseafloor microbial communities and to characterize their physiological potential. In that aim, 3 approaches were used.(1) A cultural approach enabled describing 2 novel sedimentary bacterial species (Halomonas lionensis, a versatile generalist and Phaeobacter leonis a typical marine bacterium). The survival of these 2 species to subseafloor conditions and of the subsurface bacteria Sunxiuqinia faeciviva, isolated at 247 mbsf, was then studied. (2) Using a structural and comparative genomic approach, the physiological plasticity of H. lionensis was investigated. (3) Finally, the functional potential of the microbial communities buried at 31 and 136 mbsf in the Canterbury Basin was analyzed, by studying the 2 corresponding metagenomes. Cultural and genomics results showed that H. lionensis and S. faeciviva are more resistant to subsurface constrains than P. leonis and, in the case of H. lionensis, this may involve various physiological properties, maybe explaining thee cological success of the genus Halomonas. Metagenomic data showed that the functional and the phylogenetic diversity of the subseafloor are distinct from the ones from surface environments and highlighted the importance of metabolic pathways like fermentation, methanogenesis and β-oxidation. Genes of ecological and evolutionary interests enabled speculating about lifestyles of buried microorganisms and analyses of genomic fragments highlighted recombination events of still uncultivated microbial groups

Les réarrangements chromosomiques sont des mutations qui modifient la structure et l'organisation des génomes. Ils sont ici étudiés dans le cadre de l'évolution des génomes de mammifères. L'objectif de ces travaux est de caractériser les régions du génome qui ont subi de tels évènements; elles sont appelées des points de cassure. Dans un premier temps, nous avons développé une méthode permettant d'identifier précisément ces régions sur un génome par comparaison avec un génome d'espèce différente. Nous montrons qu'elle améliore nettement la résolution par rapport aux méthodes existantes. Cela permet, dans un deuxième temps, d'analyser le contenu des séquences de points de cassure et leur répartition le long du génome. Plusieurs caractéristiques de séquences ont ainsi été identifiées dans les points de cassure chez l'homme, comme la perte de similarité avec les génomes comparés et la présence de duplications et d'éléments transposables. Enfin, nous montrons que les points de cassure ne sont pas répartis uniformément le long du génome, mais leur localisation serait fortement influencée par l'organisation des gènes et la structuration du génome en isochores.

L'ARN (acide ribonucléique) est une molécule ubiquitaire qui joue plusieurs rôles fondamentaux au sein de la cellule: synthèse des protéines avec les ARN messagers, activité catalytique ou implicationdans la régulation, les ARN non-codants. Les nouvelles technologies de séquençage à haut-débit permettent de produire des milliards de séquences à moindre coût, posant de manière cruciale la question de l'analyse de ces données. L'objectif de cette thèse est de définir de nouvelles méthodes computationnelles pour aider à l'analyse de ces séquences dans le cas des ARN non-codants. Dans cette perspective, la "structure secondaire" d'un ARN, formée par l'ensemble des appariements entrebases, délivre des informations utiles pour étudier la fonction de l'ARN. Notre travail se concentre plus particulièrement sur l'ensemble des structures potentielles que peut adopter une séquence d'ARN donnée, ensemble que nous appelons "multi-structure". Nous apportons deux contributions: un algorithme pour générer systématiquement toutes les structures localement optimales composantune multi-structure, et un algorithme basé sur la recherche d'unemulti-structure pour identifier un ARN non-codant dans une séquence génomique. Ces résultats ont été mis en oeuvre dans deux logiciels, Alterna et Regliss, appliqués avec succès à des ensembles de test.

L’inférence de génomes ancestraux est une étape essentielle pour l’étude de l’évolution des génomes. Connaissant les génomes d’espèces éteintes, on peut proposer des mécanismes biologiques expliquant les divergences entre les génomes des espèces modernes. Diverses méthodes visant à résoudre ce problème existent, se classant parmis deux grandes catégories : les méthodes de distance et les méthodes de synténie. L’état de l’art des distances génomiques ne permettant qu’un certain répertoire de réarrangements pour le moment, les méthodes de synténie sont donc plus appropriées en pratique. Nous proposons une méthode de synténie pour la reconstruction de génomes ancestraux basée sur une définition relaxée d’adjacences de gènes, permettant un contenu en gène inégal dans les génomes modernes causé par des pertes de gènes de même que des duplications de génomes entiers (DGE). Des simulations sont effectuées, démontrant une capacité de former une solution assemblée en un nombre réduit de régions ancestrales contigües par rapport à d’autres méthodes tout en gardant une bonne fiabilité. Des applications sur des données de levures et de plantes céréalières montrent des résultats en accord avec d’autres publications, notamment la présence de fusion imbriquée de chromosomes pendant l’évolution des céréales. / Ancestral genome inference is a decisive step for studying genome evolution. Knowing genomes from extinct species, one can propose biological mecanisms explaining divergences between extant species genomes. Various methods classified in two categories have been developped : distance based methods and synteny based methods. The state of the art of distance based methods only permit a certain repertoire of genomic rearrangements, thus synteny based methods are more appropriate in practice for the time being. We propose a synteny method for ancestral genome reconstruction based on a relaxed defenition of gene adjacencies, permitting unequal gene content in extant genomes caused by gene losses and whole genome duplications (WGD). Simulations results demonstrate our method’s ability to form a more assembled solution rather than a collection of contiguous ancestral regions (CAR) with respect to other methods, while maintaining a good reliability. Applications on data sets from yeasts and cereal species show results agreeing with other publications, notably the existence of nested chromosome fusion during the evolution of cereals.