Les applications data-intensive sont largement utilisées au sein de domaines diverses dans le but d'extraire et de traiter des informations, de concevoir des systèmes complexes, d'effectuer des simulations de modèles réels, etc. Ces applications posent des défis complexes tant en termes de stockage que de calcul. Dans le contexte des applications data-intensive, nous nous concentrons sur le paradigme MapReduce et ses mises en oeuvre. Introduite par Google, l'abstraction MapReduce a révolutionné la communauté data-intensive et s'est rapidement étendue à diverses domaines de recherche et de production. Une implémentation domaine publique de l'abstraction mise en avant par Google a été fournie par Yahoo à travers du project Hadoop. Le framework Hadoop est considéré l'implémentation de référence de MapReduce et est actuellement largement utilisé à des fins diverses et sur plusieurs infrastructures. Nous proposons un système de fichiers distribué, optimisé pour des accès hautement concurrents, qui puisse servir comme couche de stockage pour des applications MapReduce. Nous avons conçu le BlobSeer File System (BSFS), basé sur BlobSeer, un service de stockage distribué, hautement efficace, facilitant le partage de données à grande échelle. Nous étudions également plusieurs aspects liés à la gestion des données intermédiaires dans des environnements MapReduce. Nous explorons les contraintes des données intermédiaires MapReduce à deux niveaux: dans le même job MapReduce et pendant l'exécution des pipelines d'applications MapReduce. Enfin, nous proposons des extensions de Hadoop, un environnement MapReduce populaire et open-source, comme par example le support de l'opération append. Ce travail inclut également l'évaluation et les résultats obtenus sur des infrastructures à grande échelle: grilles informatiques et clouds.

L'émergence de l'informatique dans les nuages met en avant de nombreux défis qui pourraient limiter l'adoption du paradigme Cloud. Tandis que la taille des données traitées par les applications Cloud augmente exponentiellement, un défi majeur porte sur la conception de solutions efficaces pour le stockage et la gestion de données. Cette thèse a pour but de concevoir des mécanismes d'auto-adaptation pour des systèmes de gestion de données, afin qu'ils puissent répondre aux exigences des services de stockage Cloud en termes de passage à l'échelle, disponibilité, fiabilité et sécurité des données. De plus, nous nous proposons de concevoir un service de données pour le Cloud qui soit à la fois compatible avec les interfaces standard dans le contexte du Cloud et capable d'offrir un stockage de données à haut débit. Pour relever ces défis, nous avons proposé des mécanismes génériques pour l'auto-connaissance, l'auto-protection et l'auto-configuration des systèmes de gestion de données. Ensuite, nous les avons validés en les intégrant dans le logiciel BlobSeer, un système de stockage de données qui optimise les accès hautement concurrents aux données. Finalement, nous avons conçu et implémenté un système de fichiers s'appuyant sur BlobSeer, afin d'optimiser ce dernier pour servir efficacement comme support de stockage pour les services Cloud. Puis, nous l'avons intégré dans un environnement Cloud réel, la plate-forme Nimbus. Les avantages et les désavantages de l'utilisation du stockage dans le Cloud pour des applications réelles sont soulignés lors des évaluations effectuées sur Grid'5000. Elles incluent des applications distribuées à accès intensif aux données, telles que les applications MapReduce, et des applications fortement couplées, telles que les simulations atmosphériques.

Cette thèse s'intéresse à la conception et le développement des techniques de bioinfor- matique qui peuvent faciliter l'utilisation de l'approche metabarcoding pour mesurer la diversité d'espèces. Le metabarcoding peut être utilisé avec le séquencage haut débit pour l'identification d'espèces multiples à partir d'un seul échantillon environnemental. La véritable force du metabarcoding réside dans l'utilisation de barcode marqueurs choisi pour une étude particulière et l'identification d'espèces ou des taxons peut être réalisé avec des marqueurs soigneusement conçu. Avec l'avancement des techniques haut débit de séquençage, une énorme quantité des données de séquences est produit qui contient un nombres substantiel des mutations. Ces mutations posent un grand problème pour les estimations correctes de la biodiversité et pour le d'assignation de taxon. Les trois problèmes majeurs dans le domaine de la bioinformatique que j'ai abordés dans cette thèse sont: i) évaluer la qualité d'une barcode marker , ii) concevoir des nouveaux région barcode et iii) d'analyser les données de séquençage pour traiter les erreurs et éliminer le bruit en séquences. Pour évaluer la qualité d'un barcode marker, on a développé deux mesures quantita- tive,formelle: la couverture (Bc) et la spécificité (Bs). La couverture donne une mesure de universalité d'une pairs de primer pour amplifier un large nombre de taxa, alors que la spécificité donne une mesure de capacité à discriminer entre les différents taxons. Ces mesures sont très utiles pour le classement des barcode marker et pour sélectionner les meilleurs markers. Pour trouver des nouveaux région barcode notamment pour les applications metabarcod- ing, j'ai développé un logiciel, ecoPrimers3. Basé sur ces deux mesures de qualité et de l'information taxinomique intégré, ecoPrimers nous permet de concevoir barcode markers pour n'importe quel niveau taxonomique . En plus, avec un grand nombre de paramètres réglables il nous permet de contrôler les propriétés des amorces. Enfin, grâce a des algorithmes efficaces et programmé en langage C, ecoPrimers est suffisamment efficace pour traiter des grosses bases de données, y compris génomes bactériens entièrement séquencés. Enfin pour traiter des erreurs présentes dans les données de séquencage , nous avons analysé un ensemble simple d'échantillons de PCR obtenus à partir de l'analyse du régime alimentaire de Snow Leopard. En mesurant les corrélations entre les différents paramètres des erreurs, nous avons observé que la plupart des erreurs sont produites pendant l'amplification par PCR. Pour détecter ces erreurs, nous avons développé un algorithme utilisant les graphes, qui peuvent différencier les vrai séquences des erreurs induites par PCR. Les résultats obtenus à partir de cet algorithme a montré que les données de-bruitée a donnent une estimation réaliste de la diversité des espèces étudiées dans les Alpes françaises.

La compréhension des mécanismes moléculaires impliqués dans la détermination du sexe chez les plantes à fleurs est primordiale d’un point de vue fondamental et appliqué. Des processus liés à la biosynthèse des hormones, tel que l’éthylène, ou la régulation de l’expression génique via des petits ARN et des facteurs de transcription ont été associés à l’unisexualisation des fleurs chez des espèces dioïques. Cependant, les déterminants contrôlant le sexe chez les plantes sont encore largement méconnus. Le palmier dattier, Phoenix dactylifera L, est une espèce dioïque dont le dimorphisme sexuel est observé très tôt au cours du développement des fleurs. Des gènes différentiellement exprimés (DEGs) ont été identifiés pendant les stades précoces du développement floral mâle et femelle. Pour cela, un transcriptome de référence rassemblant des données d’expression relatives aux deux sexes a été généré. L’analyse d'enrichissement GO des DEGs, a révélé des processus biologiques communs aux mâles et aux femelles, associés au développement reproducteur et à la réponse aux stimuli. Ce résultat indique que des mêmes processus peuvent solliciter des gènes différents au cours du développement floral précoce en fonction du sexe. Cette analyse a également mis en évidence que le développement des fleurs mâles requiert des processus biologiques spécifiques impliqués dans la régulation cellulaire et l'expression des gènes. En outre, deux DEGs femelles, une S-adenosylmethionine synthase et une Flap endonuclease et un DEG mâle, un élément transposable, ont été identifiés dans les régions non-recombinantes du génome du palmier dattier.Cette étude est la première analyse globale des processus biologiques associés à l’acquisition du dimorphisme sexuel. Elle contribue également à la compréhension de la détermination du sexe chez le palmier dattier, et plus largement à la connaissance de ces processus chez les espèces dioïques. / Unraveling molecular mechanisms involved in sex determination in flowering plants is of outstanding basic and applied interest. Several studies on dioecious species have highlighted the molecular basis of sex determination, such as cell death and ethylene biosynthesis pathway. Sex determination mechanisms in plants are, however, still largely unknown. The date palm, Phoenix dactylifera L, is a dioecious species where sexual dimorphism is observed very early in development of flowers. Differentially expressed genes (DEGs) were identified during the early stages of the male and female flower development. A reference transcriptome including male and female data was constructed to gain insight into this process in the dioecious palm Phoenix dactylifera L. Differentially expressed genes (DEG) were subsequently identified between males and females in the early flower development stages in which the first morphological gender difference occurs in date palms.Gene ontology enrichment analysis of DEG revealed biological processes shared between males and females involved in reproductive development and response to stimulus, indicating that same processes could require different genes during early flower development in date palm. This analysis also suggested that date palm triggers biological processes specifically involved in cellular regulation and gene expression to develop male flowers. Furthermore, two female DEGs related to DNA methylation S-adenosylmethionine synthase and DNA metabolism Flap endonuclease, and one male DEGs, a transposable element were found in non-recombinant date palm regions. This study provided the first insight into biological processes involved in sex determination in date palms and more widely to knowledge of this process in dioecious species.

L’altération de l’environnement périnatal peut impacter à long terme l’expression des gènes notamment par le biais de modifications épigénétiques. Une stratégie pour accroitre la thermotolérance des poulets de chair, sensibles à la chaleur en fin d’élevage (J35) est la thermo-manipulation embryonnaire (TM). Lors d’un coup de chaleur à J35, les modifications d’expression de gènes observées chez les poulets TM pourraient être liées à une altération de l’épigénome induite lors de l’embryogenèse et persistante au cours du développement. Cette thèse s’intéresse à deux modifications post-traductionnelles des histones (MPTH) décrites pour être modulées par des variations thermiques : H3K27Me3 et H3K4Me3. Afin d’étudier ces MPTH sans a priori à J35, nous avons mis au point les techniques d’immunoprécipitation de la chromatine suivie de séquençage à haut débit dans deux tissus : l’hypothalamus et le muscle. Nos travaux montrent que le traitement semble impacter principalement l’épigénome de l’hypothalamus, en particulier au niveau de la marque H3K4me3, en modulant des voies liées à la morphogenèse et la réponse hormonale. / Perinatal environment changes may alter gene expression throughout life via epigenetic modifications. A strategy to improve thermal tolerance of heat-sensitive chickens is a thermalmanipulation during embryogenesis (TM). During a heat challenge at the end of the rearing period (D35), modifications of gene expression have been reported in thermally-manipulated chickens. These alterations could be linked to epigenetic modifications induced during the TM that persist throughout life. This work focused on two histone post-translational modifications (HPTM): H3K27me3 and H3K4me3. We adjusted two methods of chromatin immunoprecipitation to conduct a whole genome study of these HPTM at D35, in the hypothalamus and skeletal muscle. We demonstrated that the TM has a major impact in the hypothalamus, especially on H3K4me3. These alterations seem to modulate the hypothalamic morphogenesis and its response to hormones, therefore possibly contributing to better adaptive capacities of TM chickens.

Le VIH-1 bourgeonne sous forme immature et doit subir l’étape de maturation afin d’acquérir son caractère infectieux. La maturation protéolytique du précurseur Pr55Gag induit le réarrangement morphologique de la particule alors que le dimère d’ARNg acquiert une compaction optimale. Ces réarrangements conformationnels restent encore inconnus et sont facilités par l’activité chaperonne de la protéine NCp7. Notre but a été de déterminer les différentes étapes menant à l’obtention d’un dimère d’ARNg mature. Nous avons donc étudié la structure des 550 premiers nucléotides du génome par cartographie chimique, à la fois 1. in vitro en présence des protéines Pr55Gag, GagΔp6, intermédiaires contenant le domaine NC et NCp7 et 2. in viro par l’approche hSHAPE-Seq que nous avons développé. Les particules matures et bloquées aux différentes étapes de maturation de Pr55Gag ont été analysées ainsi que des particules matures et totalement immatures traitées avec l’éjecteur de zinc AT-2. Ce traitement permet d’identifier les sites de protection de Pr55Gag et NCp7 ainsi que leur activité déstabilisatrice. / The HIV-1 particle buds from the infected cell as an immature particle and has to undergo a maturation process to become infectious. Proteolytic processing of Pr55Gag triggers morphological rearrangements of the particle whereas the gRNA dimer becomes more stable. Genomic rearrangements remain poorly understood and are facilitated by the RNA chaperone activity of the NCp7 protein. Our goal was to determining the different steps leading to the formation of the mature dimeric gRNA. To this end, the structure of the first 550 nucleotides of the HIV-1 genome was assessed by chemical probing 1. in vitro with Pr55Gag, GagΔp6, NC-containing intermediates and NCp7 proteins and 2. in viro with the hSHAPE-Seq approach we developed. Wild type and mutant viruses mimicking the sequential processing of Pr55Gag were analysed, as well as immature PR- and mature particles treated with the AT-2 zinc ejector, in order to identify the Pr55Gag and NCp7 binding sites and their gRNA destabilising activity.

Le choc septique est la première cause de mortalité en réanimation. Des techniques extracorporelles de purification sanguine sont aujourd’hui proposées pour améliorer le pronostic de cette pathologie. Leur mode d’action est basé sur l’immunomodulation de la réponse inflammatoire systémique de l’hôte, obtenue principalement par épuration nonsélective des médiateurs de l’inflammation. Nous rapportons les résultats de différentes études in vitro, animales et cliniques ayant évalué les techniques de purification sanguine suivantes :hémofiltration à haut débit, hémofiltration en cascade, hémofiltration hautement adsorbante,filtration et adsorption couplée, hémoadsorption, et hémodialyse à haute perméabilité.Ce travail de recherche translationnelle montre que les techniques de purification sanguine sont non seulement capables d’épurer les médiateurs de l’inflammation mais aussi l’endotoxine pour l’hémofiltration hautement adsorbante et l’hémoadsorption. Nous démontrons par ailleurs la faisabilité technique, la sécurité d’application et les intérêts del’hémofiltration en cascade et de l’hémodialyse continue à haute perméabilité. Les effets hémodynamiques bénéfiques des techniques de purification sanguine sont également retrouvés. Pour les années à venir, il conviendra d’optimiser les techniques les plus performantes en tenant compte de leurs avantages et inconvénients respectifs. Sur le planphysiopathologique, l’effet plus direct de ces thérapies sur les leucocytes sera à approfondir. Il semble maintenant admis que convection, diffusion et adsorption ne doivent plus être opposés mais plutôt être considérés comme des mécanismes complémentaires / Septic shock is the main cause of death in the intensive care unit. Extracorporeal blood purification therapies are now being proposed in order to improve septic shock outcomes. These therapies work based on immunomodulation of the host inflammatory response, obtained by non selectively removing inflammatory mediators. We report data from several different studies performed in vitro, in animals and in human beings, assessing various blood purification therapies which include high-volume hemofiltration, cascade hemofiltration, high-adsorption hemofiltration, coupled plasma filtration adsorption, hemoadsorption and high-permeability hemodialysis. This translational research work shows that blood purification therapies are capable of removing not only the inflammatory mediators but also the endotoxins as far as highadsorptionhemofiltration and hemoadsorption are concerned. We demonstrate technical feasibility, safety and advantages of cascade hemofiltration and continuous high-permeability hemodialysis. The beneficial hemodynamic effects related to these blood purification techniques are also highlighted. For future research, optimization of the most efficient techniques is warranted, takinginto account of their respective advantages and drawbacks. Regarding pathophysiology, the direct effect of these therapies on leukocyte function is subject to further investigation. To date, convection, diffusion and adsorption should not be viewed in opposition but rather, seen as complementary mechanisms.

Les écosystèmes marins côtiers sont constament soumis à des pollutions, notamment aux hydrocarbures, du fait de leur localisation et de leurs caractéristiques environnementales. Le rôle clé des microorganismes dans la dégradation de ces polluants est aujourd’hui très bien décrit. Toutefois, les conditions d’oxygénation fluctuantes dans ces environnements côtiers, dues aux marées et aux activités de bioturbation de la macrofaune, influencent les communautés microbiennes.Ainsi, ce travail de thèse a eu pour objectif de caractériser, l’assemblage de communautés microbiennes hydrocarbonoclastes de sédiments marins côtiers soumises à des oscillations oxie/anoxie en présence de pétrole lors d’une expérience en bioréacteurs. L’adaptation des bactéries marines hydrocarbonoclastes notamment des genres Alcanivorax et Cycloclasticus vis-à-vis de ces variations d’oxygène a pu être investiguée par oligotypage. Des écotypes ont été identifiés en fonction des conditions d’oxygénation démontrant ainsi les capacités d’adaptation aux conditions oscillantes d’oxygène de ces deux genres. La structure des communautés archéennes (séquençage des transcrits du gène de l’ARNr 16S) n’a pas montré de modification évidente liée aux conditions d’oxygénation démontrant ainsi des capacités d’adaptation et/ou de résistance plus importantes chez ces microorganismes comparées aux communautés bactériennes. Enfin, les analyses métagénomiques ont mis en évidence une réponse fonctionnelle spécifique aux oscillations oxie/anoxie. Ainsi, ces travaux de thèse apportent de nouvelles connaissances sur l’influence des variations d’oxygénation sur les communautés microbiennes et par conséquent sur la dégradation des hydrocarbures au sein des écosystèmes marins côtiers. / Coastal marine ecosystems are constantly subject to pollution, particularly hydrocarbons, because of their location and their environmental characteristics. The key role of microorganisms in the degradation of these pollutants is now well described. However, fluctuating oxygenation conditions in these coastal environments, due to tides and macrofauna bioturbation activities influence microbial communities.Thus, this thesis work aimed to characterize the assembly of microbial hydrocarbonoclastic communities of coastal marine sediments subjected to oxic/anoxic oscillations in the presence of oil during a bioreactor experiment. The adaptation of MOHCB, particularly of Alcanivorax and Cycloclasticus genera, to these oxygen variations has been investigated by oligotyping. Ecotypes were identified according to the oxygenation conditions demonstrating adaptation capacities of these two genera to the oscillating oxygen conditions. The structure of archaeal communities (16S rRNA transcript sequencing) did not show any modification related to the oxygenation conditions thus demonstrating greater adaptation and/or resistance capacities in these microorganisms compared to the bacterial communities. Finally, metagenomics analyses revealed a specific functional response to oxic/anoxic oscillations. Thus, this thesis provides new insights into the influence of oxygenation variations on microbial communities and consequently on the degradation of hydrocarbons in coastal marine ecosystems.

La recherche de variations d’activités enzymatiques associées à des phénotypes chez la tomate (Solanum Lycopersicum) a permis d’apporter de nouveaux éléments pour l’étude desrelations existantes entre le métabolisme central et la qualité du fruit. Ce projet qui engageaitune nouvelle thématique au sein de l’unité Biologie et Pathologie de Fruit (UMR 1332, INRABORDEAUX) a permis dans un premier temps de développer une plateforme d’enzymologieà haut débit. Cette structure permet d’une part de réaliser plus de 10 000 déterminationsd’activités enzymatiques par jour avec une très grande reproductibilité et d’autre part dedéterminer les constantes de Michaelis (Km) apparentes pour jusqu’à une dizaine d’enzymespar jour.Dans un deuxième temps ce projet s’est attaché à étudier les relations existantes entre lesenzymes de la voie de la glycolyse chez le cultivar de tomate MicroTom. Nous y avonsrelevé l’existence de corrélations fortes entre les activités de ces enzymes. Nous avonségalement mis à jour l’existence de corrélations pour les enzymes mesurées à partir de deuxétages foliaires distincts ce qui suggère que les réseaux enzymatiques sont conservés ausein d’une plante.Dans un troisième temps, le criblage d’une collection de mutants de tomate MicroTom a étéentrepris. Ce criblage de plus de 150 familles (soit environ 1800 plantes) sur la base desactivités enzymatique de onze enzymes du métabolisme central à deux concentrations desubstrats différentes (saturante et non saturante) a abouti à l’identification de deux familles.Ces deux familles porteraient chacune une mutation affectant les caractéristiques cinétiquesde la Triose-Phosphate Isomérase. Ces mutations étaient toujours en cours d’étude à la finde ce projet. Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives pour la compréhension desrelations entre les enzymes du métabolisme central. Ils permettent aussi d’apporter desméthodes d’identification rapide de mutants enzymatiques au sein d’une large population. / Research on enzymatic variations associate with phenotypes in tomato (SolanumLycopersicun) provided new and original input regarding links between central metabolismand fruit quality. This project took part in a new topic of the Fruit Biology and Pathology Unit(UMR 1332, INRA BORDEAUX). First, during this project, a new high-throughputenzymology platform was created. This unique lab offers possibility to determine both morethan 10 000 enzyme activities per day with a very good reliability and apparent Michealisconstant (Km) for up to ten enzymes per day.Second, this project investigated existent relationship between glycolytic enzymes inMicroTom tomato cultivar. We highlighted strong correlations between enzymes in leaves.We also uncovered correlations between enzymes activities measured in two distinct foliarlevels. These elements suggest inheritability of the enzymes network within the plant.Third, the screen of an Ethylmethyl Sulfonate (EMS) MicroTom mutant’s collection wasinitiated. 150 families (around 1800 plants) were screened for eleven enzymes with twodifferent substrate concentrations. At the end of the process, two families were identified;both could have mutation(s) that affect(s) the kinetic characteristic of Triose-Phosphateisomerase. These mutations were style investigated at the end of this project. These originalresults provide new perspectives for knowledge of relationship between central metabolism’senzymes. Finally, This project proposes new and rapid enzymatic mutant identification withina large population as an EMS mutant’s collection.

Le contrôle des ravageurs est l'un des principaux services éco-systémiques rendus par la biodiversité à l'agriculture. Les communautés d'insectes auxiliaires, hébergées par les espaces agricoles présentent des niveaux de diversité, spécifique et fonctionnelle, élevés et leurs biologie et traits de vie sont bien décrits et étudiés. Ces communautés constituent donc un excellent modèle pour aborder des questions d'intérêt à la fois fondamental et appliqué sur les mécanismes à l'origine de la biodiversité et sur l'impact de la biodiversité sur l'approvisionnement en services éco-systémiques. Dans cette thèse, nous développons une combinaison originale d'approches classiques et d'approches moléculaires de pointe pour élucider les relations trophiques au sein de la communauté de coléoptères carabiques en milieu agricole. Les coléoptères carabiques peuvent contribuer de façon significative au service de contrôle biologique mais les mécanismes généraux conditionnant cette contribution restent encore difficiles à évaluer par manque d'approche systémique pour l'analyse de leurs réseaux d'interactions.L'étude sans a priori du régime alimentaire de la communauté de carabes dans un paysage agricole typique révèle un partitionnement de la ressource entre groupes d'espèces. L'étude expérimentale des interactions entre espèces avec un régime alimentaire similaire montre une différentiation des activités spatio-temporelles à fine échelle. D'un point de vue fondamental, ces résultats semblent démontrer la prépondérance des processus déterministes (partage de niche) par rapport aux processus neutres (stochasticité environnementale) pour expliquer la coexistence des espèces. D'un point de vue appliqué, l'importance de la ressource dans la structuration des communautés de carabes fournit un levier d'action potentiel pour l'élaboration de stratégies de gestion afin d’optimiser leur fonction de régulateurs naturels. / Biological control is one of the main ecosystem services provided by biodiversity in agroecosystems. Communities of beneficial insects, hosted by agricultural areas exhibit high levels of species and functional diversity, and their biology and life history traits are well described today. These communities are therefore an excellent model for addressing issues of fundamental and applied interest about mechanisms at the origin of biodiversity and its impacts on the supply of ecosystem services. In this thesis, we develop an original combination of advanced molecular approaches and more traditional methods in order to elucidate trophic interaction network within the community of carabid beetles in agricultural areas. The carabid beetles can significantly contribute to the service of biological control, but their contribution and beneficial conditions are difficult to assess because of their opportunistic and plastic feeding behavior. A without a priori investigation of carabid diet at community level in a typical agricultural landscape reveals a resource partitioning between groups of species. Additional experimental studies in laboratory conditions indicate that interspecific competition could be the mechanism generating this partitioning. From a fundamental point of view, these results suggest a preponderance of deterministic processes (niche partitioning) compared to neutral processes (environmental stochasticity) to explain the coexistence of species. From an applied point of view, the importance of the resource in structuring carabid communities provides a potential lever of action for the development of efficient management strategies optimizing carabid function as crop auxiliaries.