Le travail décrit dans cette thèse a commencé avec la découverte d’effets anti-inflammatoires chez certaines souches de L. delbrueckii. Il avait été montré que l’effet anti-inflammatoire est souche-dépendant, et implique l’action de protéines exposées à la surface de la bactérie. Dans le but d’identifier l’effecteur bactérien à l’origine de l’effet immuno-modulateur, 8 souches de L. delbrueckii ont été sélectionnées. Deux de ces souches sont à fort effet anti-inflammatoires, et les 6 restantes sont à effet faible ou intermédiaire. Pour l’identification des protéines potentiellement responsables pour l’effet anti-inflammatoire, des études de génomique et transcriptomique comparatives des 8 souches de L.delbrueckii ont été entreprises, ainsi qu’une étude comparative du protéome de surface bactérienne.La première partie de cette thèse décrit les résultats de finition du génome d’une des deux souches hautement anti-inflammatoires. Cette étape a révélé que la partie manquante de la séquence génomique était principalement composée de séquences répétées de type séquences d’insertions (IS), dont le nombre s’avère particulièrement élevé.La deuxième partie de la thèse décrit une étape de valorisation des données génomiques à travers une étude comparative entre souches de la ssp. lactis et souches de la ssp. bulgaricus. Cette étude révèle que les deux ssp. de L. delbrueckii évoluent en adaptation au milieu lait. Toutefois, la ssp. bulgaricus semble avoir atteint un stade d’adaptation plus avancé que celui de la ssp. lactis. L’adaptation des deux ssp. à leur environnement se fait principalement par un phénomène de perte spontanée de gènes devenus superflus.Une étude plus avancée de la structure génomique des deux ssp. révèle deux nouveaux aspects des différences de structure génomique. Tout d’abord, au sein du core génome des deux sous-espèces, les évènements d’échange génétique et recombinaison ont contribué plus à la diversité au sein de la ssp. lactis qu’à la diversité chez la ssp. bulgaricus. Ensuite, une structure inversée répétée de grande taille, rarement observée dans les génomes bactériens, s’avère caractéristique de la ssp. bulgaricus. La troisième partie de thèse décrit les trois approches comparatives menées dans le but d’identifier les protéines bactériennes à l’origine de l’effet anti-inflammatoire. Au bout de ces études, nous avons sélectionné 56 gènes candidats, dont 41 ont été clonés dans un système d’expression hétérologue. Pour l’instant, 17 clones d’expression ont été testés in vitro pour leur potentiel immuno-modulateur. Les résultats préliminaires ont permis l’identification d’une protéine à effet anti-inflammatoire. / The work described in this thesis began with the discovery of anti -inflammatory effects in certain strains of L. delbrueckii. The anti- inflammatory effect had been shown to be strain - dependent, and implicate the action of bacterial surface exposed proteins.In order to identify the bacterial effector responsible for the immunomodulatory effect, eight strains of L. delbrueckii were selected. Two of these strains have a strong anti -inflammatory effect, whereas the remaining strains have a weak to intermediary effect. To identify proteins that may be responsible for the anti- inflammatory effect, comparative genomic and transcriptomic studies of the 8 L.delbrueckii strains were conducted, as well as a comparative study of the bacterial surface proteome.The first part of this thesis describes the genome finishing of one of the highly anti- inflammatory strains. This step revealed that the missing part of the genome sequence was mainly composed of repeated sequences such as insertions sequences (IS), that were present in a particularly high number.The second part of the thesis describes the valorisation of genomic data through a comparative study between ssp. lactis strains and ssp. bulgaricus strains. This study reveals that both L. delbrueckii ssp. are evolving in adaptation to the milk environment. However, the ssp. bulgaricus appears to have reached a more advanced stage of adaptation than the ssp. lactis. The adaptation of both ssp. to their environment is primarily a phenomenon of spontaneous loss of genes that have become superfluous. A more detailed study of the genome structure of the two ssp. reveals two important differences. Firstly, within the L. delbrueckii core genome, genetic exchange and recombination contributed much more to the ssp. lactis diversity than to the ssp. bulgaricus diversity. Furthermore, a large inverted repeat structure, rarely observed in bacterial genomes, appears to be characteristic of the ssp. bulgaricus.The third part of the thesis describes the three comparative approaches used to identify bacterial proteins responsible for the anti- inflammatory effect.We selected 56 candidate genes, of which 41 were cloned in a heterologous expression system. So far, 17 expression clones were tested in vitro for their immunomodulatory potential. The preliminary results allowed the identification of one protein with anti-inflammatory effects.

Le genre Rickettsia est composé de bactéries Gram-négatives, intracellulaires obligatoires qui causent un éventail de maladies humaines à travers le monde. Des nouvelles techniques ont permis de progresser dans l'identification et la classification des Rickettsia, y compris l'introduction de méthodes moléculaires comme la comparaison de séquences de gènes (ARNr 16S, ompA, ompB, gltA, sca4 …) et la création du statut de sous-espèce. La génomique et les techniques de séquençage de nouvelle génération ont permis d’accéder à une nouvelle façon d’en apprendre davantage sur la pathogenèse et l'évolution de Rickettsia. La première partie de cette thèse est une revue sur les avantages et les limites de la génomique en taxonomie des procaryotes, tandis que la seconde partie est constituée des analyses génomiques de cinq sous-espèces de Rickettsia et une nouvelle espèce de Rickettsia. En utilisant des méthodes de séquençage à haut débit, nous avons obtenu les génomes de R. sibirica sibirica, R. sibirica mongolitimonae, R. conorii indica, R. conorii caspia, R. conorii israelensis et R. gravesii. Ce travail constitue la base d’autres études qui permettront de mieux comprendre les mécanismes physiopathologiques, l’évolution, et la taxonomie des rickettsies. / The Rickettsia genus is composed of Gram-negative, obligate intracellular bacteria that cause a range of human diseases around the world. New techniques have led to progress in the identification and classification of Rickettsia, including the introduction of molecular methods like sequence comparison (16S rRNA, ompA, ompB, gltA, sca4 …) and the creation of the subspecies status. Genomics and next-generation sequencing have opened a new way to learn more about the pathogenesis and evolution of Rickettsia. The first part of this thesis is a review on the advantages and limitations of genomics in prokaryotic taxonomy, while the second part consists of the genomic analyses of five Rickettsia subspecies and a new Rickettsia species. Using high-throughput sequencing methods, we obtained the draft genomes of R. sibirica sibirica, R. sibirica mongolitimonae, R. conorii indica, R. conorii caspia, R. conorii israelensis, and R. gravesii. This work can be a basis of further studies to increase the understanding on the disease-causing mechanisms, evolutionary relationships, and taxonomy of rickettsiae.

Chez les organismes sexués, des suppressions de recombinaison peuvent évoluer dans certaines régions génomiques pour conserver des combinaisons d’allèles bénéfiques, ce qui aboutit à la transmission de plusieurs gènes en un seul locus, alors appelé « supergène ». Les supergènes déterminent des phénotypes complexes, comme l’identité sexuelle chez les organismes qui ont des chromosomes sexuels. Sur certains chromosomes sexuels, la région sans recombinaison s’est étendue plusieurs fois successivement, produisant des « strates évolutives ». Il est communément admis que ces strates évolutives sont issues de liaisons successives de gènes sexuellement antagonistes (qui ont des allèles bénéfiques à un sexe mais délétère à l’autre) à la région qui détermine le sexe, mais peu de preuves empiriques soutiennent cette hypothèse. Les champignons constituent des modèles intéressants pour étudier les causes évolutives des suppressions de recombinaison parce qu’ils peuvent avoir des chromosomes de types sexuels non recombinants sans être associés à des fonctions mâles ou femelles. Dans cette thèse, nous avons étudié l’évolution de la suppression de recombinaison sur les chromosomes de type sexuel chez les champignons castrateurs de plantes du genre Microbotryum. Chez les champignons Microbotryum, les croisements ne sont possibles qu’entre des gamètes qui ont des allèles distincts aux deux locus de types sexuels. Nous avons montré que les suppressions de recombinaison ont évolué plusieurs fois indépendamment pour lier les deux locus de types sexuels, depuis l’état ancestral avec les locus de types sexuels situés sur deux chromosomes différents. La suppression de recombinaison a soit lié les locus de types sexuels à leur centromère respectif, ou a lié les locus de types sexuels entre eux après que des réarrangements chromosomiques, différents dans les différentes espèces, les aient amenés sur le même chromosome. Les deux sortes de suppression de recombinaison sont bénéfiques sous le mode de reproduction par auto-fécondation intra-tétrade de Microbotryum, parce qu’ils augmentent le taux de compatibilité entre gamètes. Les suppressions de recombinaison ont donc évolué plusieurs fois indépendamment via des chemins évolutifs et des changements génomiques différents, ce qui renseigne sur la répétabilité de l’évolution. De plus, nous avons révélé l’existence de strates évolutives sur les chromosomes de type sexuels de plusieurs espèces de Microbotryum, ce qui remet en cause le rôle de l’antagonisme sexuel dans la formation de strates évolutives, les types sexuels n’étant pas associés à des fonctions mâles / femelles. Des études précédentes ont rapporté peu de différences phénotypiques associées aux types sexuels, ce qui rend peu probable qu’une sélection antagoniste existe entre types sexuels sur de nombreux gènes (l’existence de gènes avec des allèles bénéfiques à un type sexuel mais délétère à l’autre). Certains gènes situés dans les régions non-recombinantes des chromosomes de types sexuels étaient différentiellement exprimés entre types sexuels, mais nos analyses suggèrent qu’un tel différentiel d’expression peut être dû à la dégénérescence. En effet, des mutations délétères s’accumulent dans les régions non-recombinantes, ce qui peut modifier l’expression des gènes ou les séquences protéiques. Nous avons donc conclu que la sélection antagoniste ne peut pas expliquer la formation des strates évolutives chez les champignons Microbotryum. Par conséquent, des mécanismes alternatifs doivent être considérés pour expliquer l’extension progressive des régions non-recombinantes, et ces mécanismes pourraient aussi générer des strates évolutives sur les chromosomes sexuels. Ces travaux incitent de futures études à d’une part identifier d’autres strates évolutives qui ne sont pas associées à des fonctions mâles/femelles, et d’autre part à identifier leurs causes évolutives et leurs conséquences en termes de dégénérescence. / In sexual organisms, recombination suppression can evolve in specific genomic regions to protect beneficial allelic combinations, resulting in the transmission of multiple genes as a single locus, which is called a supergene. Supergenes determine complex phenotypes, such as gender in organisms with sex chromosomes. Some sex chromosomes display successive steps of recombination suppression known as “evolutionary strata”, which are commonly thought to result from the successive linkage of sexually antagonistic genes (i.e. alleles beneficial to one sex but detrimental to the other) to the sex-determining region. There has however been little empirical evidence supporting this hypothesis. Fungi constitute interesting models for studying the evolutionary causes of recombination suppression in sex-related chromosomes, as they can display non-recombining mating-type chromosomes not associated with male/female functions. Here, we studied the evolution of recombination suppression on mating-type chromosomes in the Microbotryum plant-castrating fungi using comparative genomic approaches. In Microbotryum fungi, mating occurs between gametes with distinct alleles at the two mating-type loci, as is typical of basidiomycete fungi. We showed that recombination suppression evolved multiple times independently to link the two mating-type loci from an ancestral state with mating-type loci on two distinct chromosomes. Recombination suppression either linked the mating-type genes to their respective centromere or linked mating-type loci after they were brought onto the same chromosome through genomic rearrangements that differed between species. Both types of linkage are beneficial under the intra-tetrad mating system of Microbotryum fungi as they increase the odds of gamete compatibility. Recombination suppression thus evolved multiple times through distinct evolutionary pathways and distinct genomic changes, which give insights about the repeatability and predictability of evolution. We also reported the existence of independent evolutionary strata on the mating-type chromosomes of several Microbotryum species, which questions the role of sexual antagonism in the stepwise extension of non-recombining regions because mating-types are not associated with male/female functions. Previous studies reported little phenotypic differences associated to mating-types, rending unlikely any antagonistic selection between mating types (i.e. “mating-type antagonism”, with genes having alleles beneficial to one mating-type but detrimental to the other). The genes located in non-recombining regions on the mating-type chromosomes can be differentially expressed between mating types, but our analyses indicated that such differential expression was more likely to result from genomic degeneration than from mating-type antagonism. Deleterious mutations are indeed known to accumulate in non-recombining regions resulting in modifications of gene expression or of protein sequence. We concluded that antagonistic selection cannot explain the formation of evolutionary strata in Microbotryum fungi. Alternative mechanisms must be therefore be considered to explain the stepwise expansion of non-recombining regions, and they could also be important on sex chromosomes. This work thus prompts for future studies to identify further evolutionary strata not associated with male/female functions as well as to elucidate their evolutionary causes and consequences in terms of genomic degeneration.

Note sur les annexes : 3 tableaux en format Excel, les tableaux supplémentaires S1 et S6 accompagnent le chapitre 1 qui présente le manuscrit « Point mutations in functionally diverse genes are associated with increased natural DNA transformation in multidrug resistant Streptococcus pneumoniae » ; le tableau supplémentaire S2 accompagne le chapitre 2 qui présente le manuscrit « On the role of choline in natural DNA transformation in Streptococcus pneumoniae » / *Streptococcus pneumoniae* est une bactérie qui colonise le nasopharynx humain. Présent dans le microbiome nasopharyngé sous forme de biofilms complexes, le pneumocoque atteint ses taux de portage maximum vers l'âge de 2 ou 3 ans, où près de 60% des enfants sont colonisés. Heureusement, la colonisation par le pneumocoque se fait de manière asymptomatique. Cependant, sous l'influence de divers facteurs environnementaux le pneumocoque peut quitter sa niche préférentielle pouvant entraîner des maladies potentiellement mortelles telles que la pneumonie ou la méningite. Le pneumocoque est responsable de plus d'un million de décès chaque année, particulièrement chez les enfants, les personnes âgées et les individus immunodéprimés. Cette menace est exacerbée par l'émergence de souches résistantes et par la grande variabilité antigénique qui lui permet d'échapper au programme de vaccination mis en place. Ce défi de santé publique vient de la remarquable plasticité génétique du pneumocoque, entravant ainsi les possibilités d'interventions cliniques ciblées. Au cœur de ce phénomène : la compétence. La compétence est un état physiologique régulée génétiquement qui confère à la bactérie la capacité de capturer, d'internaliser et d'intégrer de l'ADN exogène dans son chromosome par recombinaison homologue. Ce processus de engendre une considérable variabilité phénotypique, notamment en ce qui concerne la résistance aux antibiotiques et la formation de la capsule polysaccharidique, cible des vaccins disponibles. La compréhension approfondie des mécanismes et des facteurs d'induction de la compétence revêt une importance cruciale pour contenir la propagation des résistances aux antibiotiques et pour prévenir toute évasion de la bactérie vis-à-vis des vaccins. Alors que la compétence pour la transformation naturelle de l'ADN est transitoire dans des conditions planctoniques, les biofilms offrent un cadre idéal pour un échange génétique accru. C'est pourquoi notre choix s'est porté sur le biofilm *de S. pneumoniae* comme modèle d'étude de la transformation naturelle de l'ADN, et, par extension, de la compétence. En laboratoire, la compétence pour la transformation de l'ADN est souvent artificiellement induite par l'utilisation du peptide stimulant la compétence (CSP). Cependant, nos observations ont révélé que l'ajout artificiel de CSP n'est pas toujours nécessaire, dépendant de la souche et des conditions de culture. Nous avons isolé des mutants capables de transformer naturellement sans CSP par un criblage chimio génomique couplé au séquençage de nouvelle génération. Le séquençage du génome de ces mutants a mis en lumière une abondance et une diversité de gènes mutés. L'introduction de ces mutations dans la souche D39 a conduit à une augmentation de la transformation naturelle. Par le biais d'une étude d'association génomique entre des isolats cliniques multirésistants et sensibles aux antibiotiques, nous avons identifié des mutations associées à la multirésistance. Plusieurs gènes sont communs entre les deux études. Ces résultats suggèrent que *S. pneumoniae* utilise la transformation de l'ADN pour sa survie, et l'évolution de ce pathogène favorise la sélection de mutations améliorant ce mécanisme, contribuant ainsi à l'acquisition de résistances multiples. Dans le même contexte, nous avons évalué l'efficacité de transformation de la souche D39 dans divers milieux sans l'ajout de CSP. Seul le milieu CDM lui permet de transformer de l'ADN. Ainsi, des disparités significatives dans la composition du milieu ont été constatées, impactant le processus de transformation. Notamment, une corrélation positive a été observée entre la concentration en choline et l'amélioration de l'efficacité de la transformation. Une analyse transcriptomique effectuée après l'ajout de choline a révélé des altérations dans diverses voies métaboliques, telles que le métabolisme des carbohydrates ou les métabolismes induits lors de l'état de compétence, comme la biosynthèse des bactériocines et du pilus de type IV, essentiel lors de l'absorption de l'ADN exogène. Lors du criblage chimio-génomique mentionné précédemment, une mutation dans la protéine de liaison à la choline CbpL a été identifiée comme ayant un impact sur la transformation de l'ADN, bien que la voie spécifique par laquelle elle exerce cet impact demeure à déterminer. Cette étude a permis d'approfondir notre connaissance des mécanismes moléculaires influencés par la choline sur la transformation génétique, en mettant en lumière le rôle d'une mutation ponctuelle dans une protéine liant la choline sur ce processus. La transformation représente un mode de vie bactérien induit par une variété de facteurs, lui conférant une adaptabilité aux changements environnementaux. Ces deux études ont validé l'efficacité des approches « omiques » dans la compréhension des mécanismes biologiques régissant la cellule bactérienne. / *Streptococcus pneumoniae*, commonly known as pneumococcus, is a bacterium that colonizes the human nasopharynx. Present in the nasopharyngeal microbiome in the form of complex biofilms, pneumococcus reaches its peak carriage rates around the age of 2 or 3, when almost 60% of children are colonized by this bacterium. Fortunately, pneumococcal colonization of the nasopharynx is asymptomatic. However, under the influence of various environmental factors, pneumococcus can leave its preferential niche, leading to potentially fatal illnesses such as pneumonia or meningitis. Pneumococcus is responsible for over a million deaths every year, particularly among children, the elderly and immunocompromised individuals. This threat is exacerbated by the emergence of resistant strains, and by the high antigenic variability that allows it to evade established vaccination programs. This public health challenge stems from pneumococcus' remarkable genetic plasticity, which hinders the possibilities of targeted clinical interventions. At the heart of this phenomenon: competence. Competence is a genetically regulated physiological state that confers on the bacterium the ability to capture, internalize and integrate exogenous DNA into its chromosome through homologous recombination. This process generates considerable phenotypic variability, particularly regarding antibiotic resistance and the formation of the polysaccharide capsule, the target of available vaccines. A thorough understanding of the mechanisms and factors involved in the induction of competence is of crucial importance in containing the spread of antibiotic resistance and preventing vaccine evasion. While competence for natural DNA transformation is transient under planktonic conditions, biofilms offer an ideal setting for increased genetic exchange. This is why we chose the *S. pneumoniae* biofilm as a model for studying natural DNA transformation and, by extension, competence. In the laboratory, competence for DNA transformation is often artificially induced using the competence stimulation peptide (CSP). However, our observations revealed that the artificial addition of CSP is not always necessary, depending on strain and culture conditions. We isolated mutants capable of transforming naturally without CSP by chemo-genomic screening coupled with next-generation sequencing. Genome sequencing of these mutants revealed an abundance and diversity of mutated genes. The introduction of these mutations into the D39 strain led to an increase in natural transformation. Through a genomic association study between multidrug-resistant and antibiotic-susceptible clinical isolates, we identified mutations associated with multidrug resistance. Several genes are common to both studies. These results suggest that *S. pneumoniae* uses DNA transformation for its survival, and the evolution of this pathogen favours the selection of mutations enhancing this mechanism, thus contributing to the acquisition of multiple resistances. In the same context, we evaluated the transformation efficiency of strain D39 in various media without the addition of PSC. Only CDM medium enabled it to transform DNA. Significant disparities in medium composition were observed, impacting the transformation process. A positive correlation was observed between choline concentration and improved transformation efficiency. Transcriptomic analysis carried out after choline addition revealed alterations in various metabolic pathways, such as carbohydrate metabolism or metabolisms induced during the competence state, such as bacteriocin biosynthesis and type IV pilus, essential for the bacterium's uptake of exogenous DNA. In the chemogenomic screen, a mutation in the choline-binding protein CbpL was identified as having an impact on DNA processing, although the specific pathway by which it exerts this impact remains to be determined. This study has deepened our understanding of the molecular mechanisms influenced by choline on genetic transformation, highlighting the role of a point mutation in a choline-binding protein on this process. Transformation represents a bacterial lifestyle induced by a variety of factors, conferring adaptability to environmental changes. These two studies validated the effectiveness of -omics approaches in understanding the biological mechanisms governing the bacterial cell.

Pour mieux saisir les liens complexes entre génotype et phénotype, une méthode utilisée consiste à étudier les relations entre différents éléments biologiques (entre les protéines, entre les métabolites...). Celles-ci forment ce qui est appelé un réseau biologique, que l'on représente algorithmiquement par un graphe. Nous nous intéressons principalement dans cette thèse au problème de la recherche d'un motif (multi-ensemble de couleurs) dans un graphe coloré, représentant un réseau biologique. De tels motifs correspondent généralement à un ensemble d'éléments conservés au cours de l'évolution et participant à une même fonction biologique. Nous continuons l'étude algorithmique de ce problème et de ses variantes (qui admettent plus de souplesse biologique), en distinguant les instances difficiles algorithmiquement et en étudiant différentes possibilités pour contourner cette difficulté (complexité paramétrée, réduction d'instance, approximation...). Nous proposons également un greffon intégré au logiciel Cytoscape pour résoudre efficacement ce problème, que nous testons sur des données réelles.Nous nous intéressons également à différents problèmes de génomique comparative. La démarche scientifique adoptée reste la même: depuis une formalisation d'un problème biologique, déterminer ses instances difficiles algorithmiquement et proposer des solutions pour contourner cette difficulté (ou prouver que de telles solutions sont impossibles à trouver sous des hypothèses fortes) / To investigate the complex links between genotype and phenotype, one can study the relations between different biological entities. It forms a biological network, represented by a graph. In this thesis, we are interested in the occurrence of a motif (a multi-set of colors) in a vertex-colored graph, representing a biological network. Such motifs usually correspond to a set of elements realizing a same function, and which may have been evolutionarily preserved. We follow the algorithmic study of this problem, by establishing hard instances and studying possibilities to cope with the hardness (parameterized complexity, preprocessing, approximation...). We also develop a plugin for Cytoscape, in order to solve efficiently this problem and to test it on real data.We are also interested in different problems related to comparative genomics. The scientific method is the same: studying problems arising from biology, specifying the hard instances and giving solutions to cope with the hardness (or proving such solutions are unlikely)

L’Identification rapide et la classification microbienne précise sont cruciales en microbiologie médicale pour la surveillance de la santé humaine et animale, établir un diagnostic clinique approprié et choisir des mesures thérapeutiques et de contrôle optimales. Cependant, les seuils universels utilisés pour la définition des espèces ne sont pas applicables à de nombreux genres bactériens. C'est notamment le cas des espèces du genre Rickettsia, qui expriment peu de caractéristiques phénotypiques distinctives. Compte tenu de la disponibilité des séquences de près de 100 génomes de Rickettsia, nous avons voulu évaluer une gamme de paramètres taxonomiques basés sur l’analyse des séquences génomiques afin de mettre au point des recommandations pour la classification des isolats au niveau de l’espèce et du genre. En comparant le degré de similarité des séquences de 78 génomes de Rickettsia et 61 génomes de 3 genres étroitement apparentés en utilisant 4 paramètres génomiques, nous avons montré que les outils taxonomiques basés sur les séquences génomiques sont simples à utiliser et rapides, et permettent une classification taxonomique fiable et reproductible des isolats de rickettsies avec des seuils spécifiques. Les résultats obtenus nous ont permis d'élaborer des recommandations pour la classification des isolats de rickettsies au niveau du genre et de l'espèce. À l'aide de la taxono-génomique, nous avons également pu décrire 17 nouvelles espèces bactériennes associées à l'homme. L'utilisation des outils génomiques est donc parfaitement adaptée à la classification taxonomique et peut changer radicalement notre vision de la taxonomie et de l'évolution bactérienne à l'avenir. / Rapid identification and precise microbial classification are crucial in medical microbiology for human and animal health monitoring, appropriate clinical diagnosis and selection of optimal therapeutic and control measures. Indeed, the universal used for the definition of species are not applicable to many bacterial genera. This is particularly true of species of the genus Rickettsia which are strictly intracellular alpha-proteobacteria that express few phenotypic characteristics. Given the availability of genomic sequences of nearly 100 rickettsial genomes, we wanted to evaluate a range of taxonomic parameters based on genomic sequence analysis, to develop guidelines for the classification of Rickettsia isolates at the genus and species levels. By comparing the degree of similarity of the sequences of 78 genomes from Rickettsia species and 61 genomes from 3 closely related genera using several genomic parameters, we have shown that genome-based taxonomic tools are simple to use and fast, and allow for a reliable and reproducible taxonomic classification of isolates within species of the genus Rickettsia, with specific thresholds. The obtained results enabled us to develop guidelines for classifying rickettsial isolates at the genus and species levels. Using taxono-genomics, we have also been able to describe 17 new human-associated bacterial species on the basis of a combination of genomic analysis and phenotypic properties. The use of genomic tools is therefore perfectly adapted to taxonomic classification and can dramatically change our vision of taxonomy and bacterial evolution in the future.

Cela fait plus de quarante ans que la plupart des modifications des ARNt ont été découvertes mais ce n’est que récemment que les gènes correspondants ont pu être identifié. La modification N6-threonylcarbamoyl adénosine (t6A) est universelle et se trouve à la position 37, adjacente de l’anticodon, dans de nombreux ARNt. Les quatre gènes responsables de la synthèse de cette modification chez les bactéries furent découverts par des approches de génomique comparative mais uniquement deux de ces gènes sont universels, TsaC/Sua5 et TsaD/Kae1/Qri7. Des travaux récents ont révélé qu'il existait différentes voies enzymatiques pour la synthèse de cette modification selon domaine de la vie, les organelles et les espèces considérés. L'étude de ces variations est toujours en cours de caractérisation.Ce travail a identifié quatre autres protéines requises pour la synthèse de t6A dans les ARNt cytoplasmiques de levure (Bud32, Pcc1, Cgi121 et Gon7) et établi que seuls Sua5 et Qri7 sont requis pour modifier les ARNt mitochondriaux. La même enzyme, Sua5, effectue la première étape de la synthèse de t6A à la fois dans le cytoplasme et les mitochondries. Cette protéine peut être localisée dans les deux compartiments grâce à l’utilisation de sites d’initiation de la traduction différents. Cette étude a montré qu’une machinerie de synthèse minimale est requise pour la synthèse de t6A dans les mitochondries, potentiellement similaire à la machinerie présente dans le dernier ancêtre commun. Les rôles de cette modification complexe in vivo semblent également varier. Par exemple, t6A est indispensable chez les procaryotes, mais pas dans la levure. Les causes des phénotypes pléïotropes observés lors de la diminution ou l'absence de t6A ne sont pas encore entièrement comprises. Nous avons pu élucider certains des rôles joués par la modification t6A, en effectuant une analyse globale des erreurs de traduction observées en absence de cette modification par analyse des profils ribosomaux. Par exemple, il semble que la présence de t6A permet aux ARNt rares de concurrencer plus efficacement les ARNt abondants. La complexité et la diversité des voies de synthèse combiné à l’importance fonctionnelle et évolutive de cette modification ont fait de t6A une “décoration” des ARNt particulièrement fascinante à étudier. / The modification of tRNA has a rich literature of biochemical analysis going back more than 40 years; however, the genes responsible for the modifications have only been recently identified. Comparative genomic analysis has allowed for the identification of the genes in bacteria, and subsequent characterization of the enzymes, responsible for the modification N6-threonylcarbamoyladenosine (t6A) located at position 37, adjacent to the anticodon of tRNAs. While the modification is present in all domains of life, only two of the four enzymes responsible for biosynthesis machinery are conserved. In Eukaryotes, both cytoplasmic and mitochondrial tRNAs are modified with t6A, and previously only the two universally conserved members of the cytoplasmic t6A synthesis pathway, TsaC/Sua5 and TsaD/KaeI/Qri7 were known. Recent progress on deciphering the t6A synthesis pathways has revealed that different solutions have been adopted in different kingdoms, species, and organelles, and these variant pathways are still being characterized.This investigation identified the other four proteins required for cytoplasmic synthesis (Bud32, Pcc1, Cgi121, Gon7), and determined that only Sua5 and Qri7 are required for mitochondrial synthesis of t6A in yeast. The same enzyme, Sua5, performs the first step of t6A synthesis in both the cytoplasm and the mitochondria. It is targeted to both the cytoplasm and the mitochondria through the use of alternative, in-frame AUG translational start sites. This study showed that a minimum synthesis machinery is responsible for mitochondrial t6A, implicating a core set of enzymes from the LUCA.The roles of this complex modification in vivo also seem to vary. For example, t6A is essential in prokaryotes, but not in yeast. The causes of the observed pleiotropic phenotypes triggered by the reduction or absence of t6A synthesis enzymes are not yet fully understood. This work used ribosome profiling to map all translation errors occurring when t6A was absent. By examining ribosomal occupancy of every codon, this work indicates that t6A is helping rare tRNAs compete with high copy tRNAs. The complexity and diversity of the t6A pathway combined with the functional and evolutionary importance of this modification have made t6A a particularly fascinating “decoration” of tRNA to study.

L'espèce canine est la plus ancienne espèce domestiquée, il y a environ 15.000 ans, et se compose aujourd'hui de plus de 350 races issues d'une sélection artificielle drastique et de croisements consanguins pratiqués durant les derniers siècles. Mon travail de thèse a pour objectif l'étude de la période dominée par la sélection naturelle au cours de l'évolution des canidés et la période récente de la création des races par une sélection artificielle intense. Nous avons identifié le catalogue des gènes sous sélection positive dans 10 espèces (chien, Homme, ouistiti, macaque, orang-outan, chimpanzé, souris, rat, cheval et vache) à partir de 10.730 gènes en relation d'orthologie de type 1:1. L'espèce canine présente plus de gènes sous sélection positive en commun avec les Laurasatheria et les rongeurs qu'à l'attendu. Nous avons ensuite identifié le catalogue des régions de différenciation alléliques entre races de chien à partir de données de génotypage de 170.000 SNPs de 456 chiens de 30 races, en collaboration avec l'équipe du Dr Matthew Webster (Université d'Uppsala en Suède) dans le cadre du consortium européen de génétique du chien LUPA. Ces régions sont candidates pour être les cibles de la sélection artificielle. Ce projet se poursuit actuellement afin de comparer les sélections naturelles et artificielles et de déterminer s'il existe des régions du génome qui sont constamment affectés par la sélection ; et de déterminer si l'espèce canine peut-elle être considérée comme une simulation réduite, mais accélérée de la radiation des mammifères.

L'étude de l'évolution des génomes peut être abordée par différentes stratégies. Généralement, les analyses reposent sur les polymorphismes de séquences. Cependant, il existe des génomes dont le taux de mutation est très faible et dont la principale source de polymorphisme provient de l'arrangement différent de leurs gènes le long des chromosomes. Les événements de réarrangements chromosomiques deviennent alors les seuls marqueurs utilisables pour retracer l'évolution de ces génomes. Nous nous sommes intéressés dans ce travail à l'analyse de l'évolution des génomes mitochondriaux d'espèces végétales au niveau de leur structure. En effet, ces génomes sont caractérisés par un faible taux de mutation et un taux élevé de réarrangements. Cette étude s'est portée à un niveau intraspécifique afin de limiter le nombre de réarrangements à analyser et sur deux espèces : Zea mays, le maïs, et Beta vulgaris, la betterave. Il s'avère, qu'en plus du polymorphisme de structure, ces génomes contiennent un grand nombre d'éléments dupliqués. Or les outils d'analyse d'événements de réarrangements ne permettent pas d'inclure les événements de duplication autrement qu'en distinguant les paralogues des orthologues, ce qu'il est particulièrement difficile à réaliser ici, du fait que les dupliqués sont identiques en séquence. Nous avons ici établi une stratégie basée sur l'hypothèse que les éléments dupliqués proviennent de duplications en tandem, permettant la reconnaissance, le tri et la distinction des éléments dupliqués. Cette méthode nous a conduits à proposer une histoire évolutive basée sur des réarrangements congruente avec les phylogénies de séquences. Les comparaisons entre génomes mitochondriaux de maïs et betteraves nous ont permis de montrer que des mécanismes évolutifs différents sont à l'origine de la diversité génomique observée. Nous avons également observé des différences évolutives entre les génomes à un niveau intraspécifique soulevant le problème d'échantillonnage lorsque l'on veut comparer des génomes à un niveau interspécifique.

Le complexe Burkholderia cepacia (Bcc) englobe 17 espèces retrouvées dans les infections pulmonaires d'individus atteints de mucoviscidose. Les bactéries de ce complexe sont présentes dans les sols, la rhizosphère de grandes cultures, les eaux usées et peuvent également être rencontrées dans le cadre d'infections nosocomiales. En France, les espèces B. multivorans et B. cenocepacia (Bcen) sont les espèces majoritaires au niveau des infections de patients atteints de mucoviscidose. Divers clones épidémiques ont été décrits au sein de l'espèce Bcen dont le clone ET12 associé au "syndrome cepacia". En 2004, une épidémie nosocomiale impliquant un clone du Bcc est survenue dans un hôpital de l'Ain. Durant ce travail, l'origine de ce clone (B&B), sa classification au sein du Bcc et certains phénomènes génétiques liés à son émergence ont été étudiés. Cela a permis d'identifier ce clone comme appartenant à l'espèce Bcen et une forte proximité de celui-ci avec la lignée ET12. L'étude des facteurs transcriptionnels de la famille σ70 au sein du Bcc a mis en évidence une structure génétique similaire entre la lignée ET12 et ce clone, mais différente de celle observée chez les autres espèces du Bcc. L'analyse d'éléments génétiques répétés de la famille des séquences d'insertion (IS) a cependant permis d'observer une organisation génomique distincte de la lignée ET12. Celle-ci a été reliée à des phénomènes d'instabilité génétique notamment à des phénomènes d'acquisition d'éléments génétiques mobiles de type îlot génomique. L'ensemble de ce travail a permis de caractériser un ensemble de phénomènes génétiques pouvant expliquer l'émergence de clones épidémiques tels que le clone B&B.