Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Nous présentons dans ce mémoire des outils permettant de généraliser une méthode de cartographie génétique fine. Nous y résumons les concepts de base de la statistique génétique et y décrivons aussi la méthode de cartographie génétique fine que nous cherchons à généraliser en permettant l'utilisation de génotypes plutôt que d'haplotypes. Pour ce faire, nous comparons diverses méthodes reconnues d'estimation d'haplotypes. Le développement nouveau de ce travail consiste en un algorithme EM conditionnel aux phénotypes permettant d'estimer les haplotypes associés à un échantillon de génotype, ainsi que le statut au gène causal du caractère étudié. Nous généralisons la méthode de cartographie par l'ajout d'étapes au modèle d'échantillonnage pondéré. Nous effectuons finalement quelques tests par simulation. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Algorithme EM, Cartographie génétique, Coalescence, Diplotype, Échantillonnage pondéré, Estimation, Génotype, Gène causal, Haplotype, Modèle de pénétrance, Phénotype, Vraisemblance composite.

La maladie osseuse de Paget (MP) est une maladie métabolique de l’os. Bien que les facteurs génétiques jouent un rôle important dans la pathogénie de la MP, les facteurs environnementaux tels que la résidence rurale et l’exposition au chauffage au bois ont été associés avec la MP. Afin d’étudier le rôle des polluants de l'air extérieur et intérieur sur la MP, nous avons administré un questionnaire chez 140 patients canadiens-français avec la MP et 113 témoins sains. Ce questionnaire portait sur la pollution de l'air extérieur, comme la résidence près d'une autoroute, d’une station de bus, de train ou d’un aéroport, d’une station d'essence, et sur les polluants de l'air intérieur en mettant l'accent sur les combustibles de chauffage (charbon, bois, huile) et l'exposition au tabac. Dans un sous-groupe de patients, la concentration urinaire de 17 métaux lourds et de 11 hydrocarbures aromatiques polycycliques a été mesurée par spectrométrie de masse. À la lumière de ce que nous savions dès le questionnaire et les dosages urinaires, nous avons identifié certains toxiques pouvant être des facteurs de risque pour la MP. Pour explorer les effets in vitro de ces toxiques sur les ostéoclastes dans la MP, nous avons réalisé une différentiation in vitro de monocytes du sang périphérique provenant de plus de 40 participants, patients, porteurs sains de mutation dans le gène SQSTM1, et des témoins sains, en ostéoclastes traités avec ou sans les toxiques identifiés. La morphologie des ostéoclastes, le pourcentage de résorption osseuse, les niveaux d'expression génique, et les niveaux de stress oxydatif cellulaire ont été analysés. Les résultats ont montré un effet inhibiteur du condensé de la fumée de cigarette et des métaux lourds sur la morphologie et la fonction des ostéoclastes. De plus, des taux élevés de stress oxydatif chez les ostéoclastes des patients ont été observés, et un profil hétérogène des effets de métaux lourds sur l'expression des gènes a été identifié. / Paget's disease of bone (PDB) is a metabolic bone disease. Although genetic factors play an important role in the pathogenesis of PDB, environmental factors such as rural residence and the exposure to wood heating was associated with PDB. In order to study the role of outdoor and indoor air pollutants on PDB, we performed a survey in 140 French-Canadian patients with PDB and 113 healthy controls. The survey covered the outdoor air pollution such as the residence near a highway, a bus station, a train or an airport or a gas station, and indoor air pollutants by focusing on heating fuels (carbon, wood, oil) and exposure to tobacco smoke. In a subgroup of patients, urinary concentration of 17 heavy metals and 11 polycyclic aromatic hydrocarbons was measured by mass spectrometry. In light of what we knew from the survey and urinary assays, we identified certain toxics that could be risk factors for PDB. To explore the in vitro effects of these toxics on osteoclasts in PDB, we conducted in vitro monocytes differentiation from peripheral blood of more than 40 participants, patients, healthy carriers of p.Pro392Leu mutation, and healthy controls, which osteoclasts were treated with or without the identified toxic. The morphology of osteoclasts, the percentage of bone resorption, gene expression level, and cellular oxidative stress levels were assayed. The results showed an inhibitory effect of cigarette smoke condensate and heavy metals on morphology and function of patients’ osteoclasts. Further, high levels of oxidative stress in patients’ osteoclasts were observed, and a heterogenic profile of heavy metals effect on gene expression was identified.

Les insectes parasitoïdes emploient un mode de vie particulier situé à mi-chemin entre prédation et parasitisme. Ce sont des insectes qui effectuent leur développement larvaire aux dépends d'un autre arthropode, généralement un insecte, qui va mourir à l'issue de l'interaction. Comme pour tout parasite obligatoire, le succès reproducteur d'un parasitoïde dépend en grande partie de sa capacité à infester avec succès son hôte. De son côté, l'hôte étant totalement consommé avant d'avoir laissé une descendance en cas de réussite parasitaire, son succès reproducteur dépend de sa capacité à échapper au parasitisme. Au niveau immunitaire, la réponse de la plupart des insectes aux corps étrangers tels que les œufs de parasitoïdes est la réaction d'encapsulement, qui consiste en l'élaboration d'une capsule multicellulaire mélanisée autour de l'intrus. En réponse à ce mécanisme de résistance, de nombreuses adaptations visant à éviter l'encapsulement, appelées stratégies de virulence, ont été sélectionnées au cours de l'histoire évolutive des parasitoïdes. L'issue de l'interaction entre un parasitoïde et son hôte est donc fortement influencée par les adaptations réciproques des espèces hôtes et parasitoïdes considérées, mais aussi par les variations de virulence et de résistance existant au sein de chaque espèce, un aspect qui a été négligé jusqu'à présent. <br />Le travail de thèse présenté ici porte sur les variations de virulence du parasitoïde et les variations de résistance de l'hôte à l'origine de variations dans l'issue du parasitisme dans le modèle Leptopilina boulardi - Drosophila yakuba. Deux lignées du parasitoïde L. boulardi, présentant des capacités de virulence contrastées vis à vis de l'hôte D. yakuba, ont été étudiées et comparées pour leur comportement de sélection d'hôte et leur stratégie de virulence. Les résultats obtenus suggèrent une relation entre capacités de virulence et comportement de choix d'hôte chez L. boulardi et démontrent l'existence chez une même espèce de parasitoïde de stratégies parasitaires différentes utilisées contre deux espèces hôtes. Les effets physiologiques du parasitisme sur l'immunité de l'hôte sont décrits et l'étude de la nature des facteurs de virulence est abordée. Les bases génétiques et physiologiques de la variation de résistance à L. boulardi chez l'hôte D. yakuba ont été par ailleurs étudiées à l'aide de deux lignées hôtes respectivement sensible et résistante. <br />L'ensemble des données obtenues au cours de cette thèse ont été comparées avec les données disponibles dans le modèle L. boulardi - D. melanogaster dans une approche permettant d'aborder les problèmes de spécificité d'hôte au niveau physiologique et moléculaire.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les poux sont de véritables marqueurs pour l'étude de l'évolution humaine car ils ont été associés à l’homme depuis nos ancêtres et se sont dispersés à travers le monde avec ses différentes migrations. Les poux de tête et les poux de corps ont été étudiés morphologiquement depuis longtemps. Les poux de tête vivent et pondent leurs lentes dans les cheveux tandis que les poux de corps vivent et pondent leurs lentes dans les vêtements. Ces derniers sont associés à une mauvaise hygiène de vie et sont responsables de la transmission du typhus épidémique, de la fièvre des tranchées et de la fièvre récurrente. L’un des objectifs de ma thèse était d'accroître les connaissances sur les poux de tête et les poux de corps de l’homme afin d’assurer un meilleur contrôle. Il est essentiel de déterminer si les poux de tête et les poux de corps sont allopatriques ou s’ils pourraient exister en sympatrie. Ainsi, les études d'ADN mitochondrial ont montré qu'il y a trois clades clairement divergents des poux de tête (A, B et C) et un seul clade des poux de corps qui est partagé avec les poux de tête (clade A). Chaque clade a une répartition géographique bien déterminée. / Lice are effective markers for studying human evolution because they have been parasitizing humans since the emergence of our hominid ancestors and have been dispersed throughout the world by early human migrations. Human head and body lice have been studied morphologically for a long time. Head lice live and lay their eggs in human hair. Body lice live and lay their eggs in clothes, are associated with poor hygiene in clothing and are responsible for the transmission of epidemic typhus, trench fever and relapsing fever. One aim of my thesis was to increase the knowledge of human head lice and body lice for a better control. It is critical to determine if head lice and body lice are allopatric, with distinct epidemiology, or if they might exist in sympatry. Then, mitochondrial DNA studies have shown that there are three clearly divergent clades of head lice (A, B and C) and that only one clade of body lice is shared with head lice (clade A). Each clade has a unique geographic distribution. During the thesis work, extensive literature survey was done to write a review. Then we aimed to establish a molecular tool in order to distinguish between head and body lice. We found that only one gene (Phum_PHUM540560 gene) was able to differentiate the two ecotypes of Pediculus humanus. Moreover, we aimed to estimate the correlation between phenotypes and genotypes among human lice, and we found that the lice phylogeny (based on intergenic spacers) was correlated to the geographic origin of lice, but no correlation between the color and the phylogeny.

Depuis 1960, la grande majorité des variétés de blé sont des variétés naines, présentant de nombreuses différences par rapport aux variétés plus anciennes. Elles sont capables de mieux utiliser les apports d’engrais synthétiques et présentent des rendements supérieurs. Cependant, peu d’intérêt a été porté au système racinaire et aux impacts sur les interactions avec les bactéries du sol. Pourtant, la main de l’Homme pourrait avoir rendu caduque les effets bénéfiques apportés par les PGPR (Plant Growth-Promoting Rhizobacteria) aux plantes, et les traits génétiques permettant les interactions entre plante et PGPR pourraient ne pas avoir été sélectionnés chez les génotypes de variétés modernes. L’hypothèse dans cette thèse est que les PGPR intéragiraient mieux avec des variétés anciennes qu’avec des variétés modernes. Nous avions à disposition 199 accessions de blé tendre représentatif des variétés de blés sélectionnées depuis le milieu du 19ème siècle. Par une approche de criblage, nous avons évalué in vitro la capacité de deux PGPR, Pseudomonas kilonensis F113 et Azospirillum brasilense Sp245, à coloniser les racines de ces génotypes de blé, et a y exprimer des gènes impliqués dans des fonctions bénéfiques pour la croissance de la plante. Par la suite nous avons testé si les résultats obtenus in vitro se traduisaient en une amélioration de la croissance du blé par une approche d’inoculation réalisée en sol. Enfin, une étude aux champs a été menée pour analyser l’impact des génotypes de blé sur les bactéries indigènes du sol. Ces travaux ont montré (1) une meilleure aptitude de F113 et Sp245 à interagir avec les génotypes anciens in vitro, (2) de meilleurs effets phytostimulateurs suite à l’inoculation de PGPR chez les génotypes de blés ayant présenté de bons résultats lors du criblage et (3) un impact du génotype de blé sur les bactéries indigènes associées à ses racines, notamment entre génotypes anciens et génotypes modernes / Since 1960, the great majority of wheat modern varieties are dwarf varieties (because of Rht genes), showing multiple differences compared to ancient varieties. Thus, they are more able to use synthetic fertilizers used in huge quantities since the mid-20th and show higher yield. However, few studies have been made regarding the impact of modern breeding on root systems and on interactions of crops with soil bacteria. Yet, these evolutions in agricultural practises could have reduced the beneficial effects brought by PGPR (Plant Growth-Promoting Rhizobacteria), and the genetic traits involved in these interactions between plant and PGPR may have not been selected in modern genotypes. Our work hypothesis in this thesis is that PGPR are more able to interact with ancient genotypes than modern ones. To test this hypothesis, we had 199 bread wheat accessions representative of the wheat varieties selected since the mid-19th. Using an in vitro screening approach, we assessed the abilities of two PGPR model strains, Pseudomonas kilonensis F113 and Azospirillum brasilense Sp245, to colonize the roots of these genotypes and to express genes involved in plant-beneficial functions. Then, we assessed whether the results obtained in vitro had a biological significance by measuring the amelioration of growth performance of wheat genotypes using a soil pot inoculation experiment under greenhouse. Finally, an in-field study was performed to analyse the impact of wheat genotypes on the indigenous bacterial communities. This work showed (1) a better ability of F113 and Sp245 to interact with ancient wheat genotypes than modern ones, (2) better growth performance improvements in wheat genotypes that showed good results during screening experiments and (3) an impact of wheat genotypes on indigenous bacterial communities, notably between ancient and modern genotypes

Les paraplégies spastiques héréditaires (PSH) sont des maladies cliniquement et génétiquement hétérogènes, qui se manifestent par la présence de signes pyramidaux (spasticité, réflexes myotatiques vifs et diffusés) et d’un déficit moteur des membres inférieurs. On distingue des formes pures et complexes de PSH, ces dernières étant associées à la présence de signes additionnels tels que troubles cognitifs, neuropathie périphérique, signes cérébelleux, etc. Les mécanismes physiopathologiques des PSH sont également hétérogènes, incluant une anomalie du transport axonal (SPG3A, SPG4, SPG10, SPG20), du métabolisme mitochondrial (SPG7, SPG13), une anomalie de la formation de la myéline (SPG1) ou un dysfonctionnement du développement neuronal (SPG2). Elles peuvent se transmettre selon le mode autosomique dominant (AD), récessif (AR), ou récessif lié au chromosome X. Actuellement, 13 loci dont 9 gènes de PS-AD sont connus, mais seulement 5 gènes responsables de PS-AR ont été identifiés, alors que 14 loci sont connus. De par leur hétérogénéité clinique, génétique et physiopathologique, les PSH sont encore des maladies mal connues. Une meilleure connaissance du phénotype associé à chaque locus/gène permettrait aux cliniciens de mieux orienter les analyses moléculaires pour un diagnostic rapide. L’établissement de corrélations génotype-phénotypes et de la fréquence des gènes impliqués dans les PSH permettrait tant aux cliniciens qu’aux biologistes de cibler les gènes, les exons à analyser ou les mutations à rechercher en priorité. L’identification des mécanismes physiopathologiques des mutations est une première étape vers des études fonctionnelles et des traitements spécifiques. Nous avons montré que la forme de PS AD liée à des mutations dans le gène SPG3A était caractérisée par un début très précoce, avant l’âge de 10 114 ans. Cette forme en générale pure de PS peut se compliquer, notamment par une neuropathie périphérique ou un syndrome cérébelleux après une longue durée d’évolution de la maladie. Ces résultats permettent d’orienter les analyses moléculaires vers le gène SPG3A avant le gène SPG4, devant tout patient qui a débuté la maladie précocement, quelque soit le tableau clinique. Nous avons montré que les mutations dans le gène SPG3A, dont les mutations récurrentes p.R239C et p.R495W dans les exons 7 et 12 peuvent apparaître de-novo, justifiant l’analyse de ce gène chez des patients isolés. Nous avons étendu le phénotype des PS AD liées à des mutations dans le gène SPG4, qui doit être analysé chez les patients présentant une PS associée à un retard mental sans malformation cérébrale. De plus, nous avons montré que les délétions de ce gène ne sont pas rares, atteignant une fréquence de 20% chez les patients présentant une PS-AD sans mutation retrouvée par DHPLC. Ceci entraîne un changement des stratégies d’analyses moléculaires utilisées chez les patients atteints de PS, avec l’instauration systématique d’un MLPA chez chaque patient. Nous avons précisé le tableau clinique des paraplégies spastiques AR liées aux loci SPG26 et 27. Nous avons réduit l’intervalle génomique de ces loci. L’identification d’autres familles liées à ces loci permettra de réduire encore plus leurs intervalles génomiques, voire d’identifier les gènes responsables de ces maladies.

Les interactions entre génotype et environnement ont longtemps été négligées en sélection avicole, car la standardisation précoce des conditions d'élevage y limitait leur amplitude. Aujourd'hui, on assiste à une forte concentration des entreprises de sélection avicole, qui entraîne une réduction du nombre de souches disponibles et une standardisation de plus en plus poussée des conditions d'élevage en sélection. Simultanément, le développement de l'aviculture s'accompagne d'une diversification des milieux dans lesquels sont élevés les animaux, en terme de conditions d'élevage ou de climat. Ce travail avait donc pour but de répondre à plusieurs questions que se pose un sélectionneur face à la présence d'interactions: quelle souche doit-on choisir pour un milieu donné, dans quel milieu et sur quel critère doit-on retenir les candidats à la sélection ? Pour répondre à la 1ère question, nous avons comparé les performances de croissance, de qualité de carcasse, de viande et organoleptiques de poulets standard et label élevés en conditions de température tempérées ou chaudes. Les poulets labels présentaient les trois génotypes possibles pour le gène "Cou Nu". Notre étude a montré que les poulets labels résistaient mieux à la chaleur que les poulets à croissance rapide. En revanche, le gène "Cou Nu" n'apporte pas d'avantage supplémentaire pour la résistance à la chaleur de ce génotype à croissance lente. Enfin, nous avons mis en évidence plusieurs interactions triples entre génotype, température et sexe, qui montrent qu'il ne faut pas extrapoler à un sexe les résultats obtenus pour l'autre. Dans une 2ème partie, nous nous sommes placés dans le cas où le génotype était déterminé d'avance, en travaillant sur des races de poules pondeuses traditionnelles, la Gauloise Noire et la Gauloise Dorée. Ces races sont destinées à un élevage traditionnel, en conditions extérieures, où elles sont soumises à une variation naturelle de la photopériode. Dans cette partie, la question était donc de déterminer le meilleur milieu de sélection (en claustration avec un programme lumineux fixe ou en simulant une variation de photopériode naturelle). Si très peu d'interactions significatives ont pu être mises en évidence dans cette partie, le rang des pères de souche Gauloise Dorée est très variable entre milieux. Cela implique qu'ignorer les interactions conduirait à ne pas retenir les meilleurs candidats à la sélection pour beaucoup de caractères. Pour certains caractères présentant une interaction croisée, on retiendrait même les plus mauvais candidats en sélectionnant en claustration plutôt qu'en photopériode simulant le printemps. Enfin, dans une 3ème partie, nous avons étudié l'interaction entre système d'élevage chez le poulet label. Ces animaux sont sélectionnés en claustration au sol et élevés avec accès à un parcours extérieur. Les corrélations génétiques estimées entre milieux montrent la présence d'interaction entre génotype et environnement sur les caractères de croissance et de composition corporelle, mais d'amplitude suffisamment limitée pour maintenir la sélection en claustration. D'autre part, nous avons évalué les possibilités de sélection, dans ce génotype, de l'indice de consommation. La sélection directe est possible au vu de l'héritabilité de ce caractère, mais elle implique de maintenir les animaux en cage. Si l'on ignore la présence d'interactions entre génotype et environnement, le meilleur critère indirect de sélection de l'indice de consommation en cage est l'engraissement. En revanche, si l'on prend ces interactions en compte, les meilleurs critères de sélection sont les paramètres de la courbe de croissance mesurés au sol, en claustration ou avec accès à un parcours extérieur