La quantité croissante de données générées est à l’origine de nombreuses problématiques en bioinformatique telles que le développement de nouvelles méthodes de traitement et d’analyse efficaces de ces données. Plus particulièrement, les réseaux de régulation des fonctions cellulaires sont au coeur de nombreux projets aujourd’hui. Il est donc nécessaire, afin d’appréhender correctement ces systèmes de régulation, de comprendre l’origine et de caractériser les acteurs de ces systèmes tels que les ARN et les pseudogènes.Nous avons établi une nouvelle méthode de comparaison d’une séquence ARN requête avec un jeu de séquences ARN cibles. Notre méthode se base sur (i) l’indexation préalable des graines en séquence/structure des ARN du jeu cible, (ii) la recherche des ARN cibles par détection des graines de la séquence requête présentes également dans le jeu de données cible et le chainage de ces graines, puis (iii) la complétion de l’alignement obtenu à l’aide d’un algorithme d’alignement exact incorporant des contraintes d’alignement. Cette méthode a été appliquée sur le jeu de données de BraliBase2.1. L’exactitude des résultats obtenus et l’efficacité de la méthode ont alors été comparés à la méthode d’alignement exact LocARNA et à son filtre basé sur un algorithme de chainage de graines récemment développé, ExpLocP. Notre méthode RNA-unchained permet d’améliorer significativement les temps de calcul de LocARNA et présente des temps de calcul similaires à ExpLocP, tout en améliorant l’exactitude des alignements finaux.De plus, nous avons développé une méthode, PseudOE, de détection et de caractérisation du pseudome au sein d’un génome et d’analyse comparative de ce pseudome entre plusieurs génomes. Cette méthode a ainsi permis de réaliser l’analyse du panpseudome de deux souches relativement distantes de l’espèce Oenococcus oeni et qui présentent des propriétés oenologiques opposées. On observe dans ces génomes compacts, de 1,8Mb, 8,5% de pseudogènes. Par comparaison aux autres génomes bactériens, les génomes d’O. oeni semblent sensibles à la pseudogénisation. La majorité des pseudogènes détectés ont pour origine des mutations de leur séquence et sont présents uniquement dans l’un des génomes, ce qui soutient l’hypothèse d’une origine récente de ces séquences et qui illustre la tendance des O. oeni à l’hypermutabilité. De plus, l’analyse des données fournies par PseudOE a permis la mise en évidence d’une organisation spatiale des pseudogènes au sein de territoires spécifiques du chromosome. L’ensemble de ces analyses illustre les particularités des pseudogènes chez O. oeni et apporte des informations supplémentaires concernant l’évolution des gènes/génomes dont les annotations de génomes pourraient retirer des bénéfices. / The increasing amount of available data is a source of many issues in bioinformatics such that the development of new methods of treatments and efficient analysis of data. Especially, regulatory networks are at the heart of many projects. Also, in order to understand regulatory systems, it appears to be necessary to characterize and to understand actors of these systems such as RNA and pseudogenes. We develop a new method to compare a query RNA with a static set of target RNAs. Our method is based on (i) a preliminary indexing of the sequence/structure seeds of the target RNAs, (ii) searching the potentially homolog RNAs by detecting seeds of the query present in targets, chaining these seeds, then (iii) completing the alignment using an anchor-based exact alignment algorithm. We apply our method on the benchmark Bralibase2.1. We compare our method accuracy and efficiency with the exact method LocARNA and its recent seeds-based speed-up ExpLocP. Our pipeline RNA-unchained greatly improves computation time of LocARNA and is comparable to the one of ExpLocP, while improving the overall accuracy of the final alignments.Moreover, we develop a new method, PseudOE, to detect and to characterize the pseudome of one genome, and to analyse by comparison two genomes at least. This method allows to analyse the pan-pseudome of two distantly related Oenococcus oeni strains with opposite oenological properties. Quite interestingly, with 8.5% of pseudogenes for a compact 1.8Mb genome, O. oeni appeared to be prone to pseudogenization compared to other bacteria. A great proportion of pseudogenes were found to come from mutational degradation suggesting a relatively recent origin that could illustrate the natural propensity of O. oeni for hypermutability. In addition, we identify a spatial organization of pseudogenes into dedicated chromosomal territories. These analysis illustrate peculiar properties of O. oeni pseudogenes, providing additional insights of gene/genome evolution from which future genome annotation will benefit.

La rotation de cultures peut être utilisée pour empêcher la sélection continue d’espèces adventices adaptées à un type de culture. Elle pourrait favoriser la gestion des adventices, l’économie d’herbicides et la biodiversité. Les successions de cultures simples d’aujourd’hui pourraient être diversifiées par des cultures fourragères pérennes. Les impacts des ces cultures sur les adventices ont été étudié utilisant quatre approches : 1) Des relevés d’adventices sur 632 champs dans l’ouest de la France ont montré que la composition spécifique varie le plus entre des cultures fourragères pérennes et des cultures annuelles. Une comparaison des champs avant, pendant, et après des cultures fourragères pérennes a suggéré que la composition des communautés varie d’une manière cyclique pendant ces rotations. Plusieurs espèces problématiques dans des cultures annuelles ont été supprimées pendant et après les cultures pérennes, mais l’apparition d’autres espèces a produit une diversité de plantes comparable, voire supérieure. 2) Une expérimentation au champ de trois ans avec des modes de gestion contrastés a permis d’étudier les mécanismes sous-jacents: L’absence de travail du sol a réduit la levée des adventices, mais a augmenté la survie des plantes adultes. Le couvert végétal permanent et les fauches fréquentes ont réduit la croissance, la survie des plantes et la production de graines. 3) Des expérimentations sous serre analysant la croissance poste fauche de plantes individuelles ont montré des différences importantes entre espèces et groupes fonctionnels. Une expérimentation à deux facteurs a suggéré que les impacts négatifs de la fauche et de la compétition sur la croissance des adventices ont été additifs. 4) Des mesures spéciales de prédation de graines d’adventices sur l’expérimentation au champ ont montré des corrélations positives avec le couvert végétal et la prédation, indiquant une importance particulière de ce service écosystémique dans des cultures pérennes. La préférence des graines de certaines espèces montre que la prédation de graines peut être une autre cause des changements de communautés d’adventices. / Crop rotation may be used to prevent the continuous selection of particular weed species adapted to one crop type. This might be useful for weed management, economy in herbicide applications and promoting biodiversity. Common simple crop sequences might be diversified by introducing perennial forage crops. Impacts of such perennial crops on weeds were studied with four approaches : 1) Large-scale weed surveys in 632 fields in western France showed that weed species composition differed most strongly between perennial alfalfa crops and annual crops. Comparisons of fields before, during and after perennial alfalfa suggested that community composition varies in a cyclic way during such crop rotations. Several weed species problematic in annual crops were suppressed during and after perennial crops, but the appearance of other species led to equal or even higher plant diversities. 2) A 3-year field experiment with contrasting crop management options allowed an investigation of the underlying mechanisms for this: The absence of soil tillage reduced weed emergence but increased the survival of established plants. The permanent vegetation cover and frequent hay cuttings reduced weed growth, plant survival and seed production. 3) Greenhouse experiments testing the regrowth ability of individual plants after cutting showed strong differences between species and functional groups. An two-factorial experiment suggested that the negative impacts of cutting and competition on weed growth were mainly additive. 4) Special measurements of weed seed predation in the field experiment showed positive correlations with vegetation cover, indicating that this ecosystem service may be particularly fostered by perennial crops. Consistent preferences of seed predators for certain weed species indicates that seed predation may be another cause of the observed weed community shifts. / Fruchtfolgen können dazu dienen, die kontinuierliche Selektion von Unkrautarten zu verhindern, die an eine bestimmte Kultur angepasst sind. Dies könnte dem Unkrautmanagement, der Einsparung von Herbiziden, und der Biodiversität dienen. Heutige, sehr einfache Furchtfolgen könnten durch mehrjährige Futterkulturen diversifiziert werden. Die Einflüsse solcher mehrjähriger Kulturen auf Unkräuter wurden in vier Ansätzen untersucht : 1) Vegetationsaufnahmen auf 632 Feldern in Westfrankreich zeigten, dass die Unkrautzusammensetzung zwischen mehrjährigen Futterkulturen und einjährigen Kulturen stark variiert. Der Vergleich von Feldern vor, während und nach mehrjährigen Futterkulturen legte nahe, dass die Pflanzengemeinschaft während solcher Fruchtfolgen zyklisch variiert. Mehrere problematische Unkrautarten wurden während und nach den mehrjährigen Kulturen zurückgedrängt. Das Auftauchen anderer Arten führte jedoch zu einer gleichbleibenden oder leicht erhöhten Pflanzenvielfalt. 2) Ein dreijähriger Feldversuch mit verschiedenen Bearbeitungsoptionen ermöglichte es, die zugrunde liegenden Mechanismen zu untersuchen: Die fehlende Bodenbearbeitung hat das Auflaufen der Unkräuter reduziert und das Überleben der adulten Pflanzen erhöht. Die permanente Vegetationsbedeckung und die häufigen Heuschnitte haben das Wachstum, das Überleben und die Samenproduktion vermindert. 3) Gewächshausexperimente zum Nachwachsen von Unkrautpflanzen nach Heuschnitten zeigten große Unterschiede zwischen verschiedenen Arten und funktionellen Gruppen. Ein Experiment mit zwei Faktoren lässt vermuten, dass die negativen Effekte der Schnitte und der Konkurrenz auf das Unkrautwachstum sich addieren. 4) Spezielle Messungen der Prädation von Unkrautsamen auf den untersuchten Feldern zeigten positive Korrelationen mit der Vegetationsbedeckung, was auf eine besondere Wichtigkeit dieser Ökosystemdienstleistung in ausdauernden Kulturen hindeutet. Die Präferenz von bestimmten Samenarten deutet darauf hin, dass Samenprädation ein weiterer Grund für die beobachteten Änderungen der Unkrautgemeinschaften sein kann.

Rechercher les similarités entre séquences est une opération fondamentale en bioinformatique, que cela soit pour étudier des questions biologiques ou bien pour traiter les données issues de séquenceurs haut-débit. Il y a un vrai besoin d'algorithmes capables de traiter des millions de séquences rapidement. Pour trouver des similarités approchées, on peut tout d'abord considérer de petits mots exacts présents dans les deux séquences, les graines, puis essayer d'étendre les similarités aux voisinages de ces graines. Cette thèse se focalise sur la deuxième étape des heuristiques à base de graines : comment récupérer et comparer efficacement ces voisinages des graines, pour ne garder que les bons candidats ? La thèse explore différentes solutions adaptées aux processeurs massivement multicoeurs: aujourd'hui, les GPUs sont en train de démocratiser le calcul parallèle et préparent les processeurs de demain. La thèse propose des approches directes (extension de l'algorithme bit-parallèle de Wu-Manber, publiée à PBC 2011, et recherche dichotomique) ou bien avec un index supplémentaire (utilisation de fonctions de hash parfaites). Chaque solution a été pensée pour tirer le meilleur profit des architectures avec un fort parallélisme à grain fin, en utilisant des calculs intensifs mais homogènes. Toutes les méthodes proposées ont été implémentés en OpenCL, et comparées sur leur temps d'exécution. La thèse se termine par un prototype de read mapper parallèle, MAROSE, utilisant ces concepts. Dans certaines situations, MAROSE est plus rapide que les solutions existantes avec une sensibilité similaire.