Pseudomonas aeruginosa est un pathogène opportuniste responsable des infections pulmonaires chroniques chez les patients atteints de fibrose kystique (FK). L’émergence de nouvelles souches épidémiques hypervirulentes, multi-résistantes aux antibiotiques et possédant une grande capacité de transmission, telles que LESB58, entraîne de grandes difficultés de traitement et une augmentation de la mortalité chez ces patients. Le séquençage complet de LESB58 a révélé un génome à 90% hautement conservé additionné de 455 gènes regroupés sous six prophages (PPs) et cinq îlots génomiques (GIs). Cette étude a pour objectif de déterminer l’implication de ces régions supplémentaires dans la pathogénie de LESB58. Une mutagenèse à étiquette signature (STM) suivie de plusieurs criblages ont permis de sélectionner 162 mutants dont 11 portant une insertion dans un GI ou PP. Des analyses subséquentes ont été réalisées sur ces mutants afin d’évaluer leur niveau de virulence in vivo dans un modèle d’infection pulmonaire chronique chez le rat. Des analyses de génomique ont été effectuées sur deux de ces mutants afin de mieux comprendre leur incapacité à établir l’infection dans le modèle d’infection in vivo. / Pseudomonas aeruginosa is an opportunistic pathogen and causes chronic pulmonary infection to cystic fibrosis (CF) patients. The hypervirulent epidemic strain LESB58 is associated with high transmissibility and is highly resistant to antibiotics causing increased morbidity and mortality. Whole genome sequencing of LESB58 revealed a 90% highly conserved core genome and 455 additional genes grouped in five genomics islands (GIs) and six prophages (PPs). The aim of this study was to determine the implication of the accessory genome in LESB58 virulence. We performed a signature tagged mutagenesis (STM) followed by an in vivo screening of the mutants. From 162 STM mutants defective for in vivo maintenance, we selected 11 harbouring an insertion in GI or PP for further virulence analysis. Two of these mutants were used for genomics analysis in order to better understand their incapacity for in vivo maintenance in the rat model of chronic lung infection.

Geotrichum candidum est une levure dimorphique utilisée en fromagerie pour l’affinage des fromages de spécialité. Elle s’implante à la surface des fromages et utilise les constituants de la matrice fromagère (protéines, lipides, acides organiques, etc.), ce qui confère aux fromages leurs propriétés sensorielles typiques. Ces capacités technologiques dépendent toutefois de la souche. Les études récentes basées sur l’analyse phylogénétique et transcriptomique de souches de G. candidum ont révélé une diversité génétique importante au sein de cette espèce, ce qui pourrait expliquer la variabilité des capacités technologiques. Cependant, peu d’informations sont disponibles quant aux caractéristiques génétiques des souches responsables de leurs propriétés aromatisantes et fonctionnelles lors de l’affinage des fromages. La compréhension fine des activités de G. candidum est prioritaire tant pour les artisans-fromagers que pour les grandes fromageries industrielles afin de sélectionner les souches les plus performantes pour leur produit. L’objectif principal de cette étude était de déterminer la diversité génétique entre les souches de la levure Geotrichum candidum par utilisation de la génomique comparative et de proposer une méthode moléculaire pour l’identification et la caractérisation rapide des souches. Les génomes de huit souches de G. candidum d’origine laitière ont été séquencés. Les génomes obtenus avaient une taille moyenne de 24,5 Mb et 5 230 gènes prédits. L’homologie des séquences de chaque souche a permis de les regrouper en trois groupes phylogénétiques distincts pour lesquels des gènes uniques ont pu être identifiés. Sur la base de l’analyse des séquences génomique, une méthode optimisée de génotypage par MLST a été développée et validée sur 41 souches de G. candidum. Cette méthode a permis de reproduire les résultats obtenus avec l’analyse génomique et permet une identification rapide des souches et de leurs groupements phylogénétiques. Les résultats générés dans ce projet permettront de développer des outils pour la sélection optimale des ferments d’affinages basés sur leurs capacités technologiques spécifiques. Ils serviront également à améliorer notre compréhension de la physiologie de cette levure et de décrire et optimiser l’utilisation des souches de G. candidum lors de l’affinage afin d’ultimement contrôler davantage la qualité des fromages. / The yeast Geotrichum candidum is used in several specialty cheeses varieties, such as mold and smear-ripened cheeses, and plays several roles during cheese ripening. Its ability to metabolize proteins, lipids and organic acids enables its growth on the cheese surface and participate to the development of organoleptic properties. By alkalinizing the surface duringi ts growth, it also establishes suitable conditions for the growth of other ripening microorganisms. Yet, several technological abilities of G. candidum are strains dependent. However, little information is available related to the genetic characteristics that define the flavoring and functional properties of this yeast during the ripening of cheeses. A detailed understanding of G. candidum metabolic activities is a priority for both artisanal cheese makers and large industrial cheese factories in order to detect the most efficient strains for their product. The main objective of this study was to determine the genetic diversity within the G. candidum species by comparative genomic and to propose a rapid molecular method for the identification and characterization of the strains. Eight strains of G. candidum of dairy origin was sequenced. The genomes obtained had an average of 24.5 Mb and 5,230 putative genes. The sequence homologies show that the strains divide into three distinct groups for which each contains unique genes. On the basis of the genomic sequences, a MLST method was optimized and validated for 41 G. candidum strains. This method reproduces the results obtained for the genomic analysis and allows a rapid identification of the strains and their grouping.The results generated in this project will improve our understanding of the physiology and the utility of the G. candidum strains during the ripening of cheese to ultimately be able to better control it.

De manière générale, les procédés et processus produisent maintenant plus de données qu’un humain peut en assimiler. Les grosses données (Big Data), lorsque bien analysées, augmentent la compréhension des processus qui sont opérationnels à l’intérieur de systèmes et, en conséquence, encouragent leur amélioration. Analyser les séquences de l’acide désoxyribonucléique (ADN) permet de mieux comprendre les êtres vivants, en exploitant par exemple la biologie des systèmes. Les séquenceurs d’ADN à haut débit sont des instruments massivement parallèles et produisent beaucoup de données. Les infrastructures informatiques, comme les superordinateurs ou l’informatique infonuagique, sont aussi massivement parallèles de par leur nature distribuée. Par contre, les ordinateurs ne comprennent ni le français, ni l’anglais – il faut les programmer. Les systèmes logiciels pour analyser les données génomiques avec des superordinateurs doivent être aussi massivement parallèles. L’interface de passage de messages permet de créer de tels logiciels et une conception granulaire permet d’entrelacer la communication et le calcul à l’intérieur des processus d’un système de calcul. De tels systèmes produisent des résultats rapidement à partir de données. Ici, les logiciels RayPlatform, Ray (incluant les flux de travail appelé Ray Meta et Ray Communities) et Ray Cloud Browser sont présentés. L’application principale de cette famille de produits est l’assemblage et le profilage adaptatifs de génomes par passage de messages. / Generally speaking, current processes – industrial, for direct-to-consumers, or researchrelated – yield far more data than humans can manage. Big Data is a trend of its own and concerns itself with the betterment of humankind through better understanding of processes and systems. To achieve that end, the mean is to leverage massive amounts of big data in order to better comprehend what they contain, mean, and imply. DNA sequencing is such a process and contributes to the discovery of knowledge in genetics and other fields. DNA sequencing instruments are parallel objects and output unprecedented volumes of data. Computer infrastructures, cloud and other means of computation open the door to the analysis of data stated above. However, they need to be programmed for they are not acquainted with natural languages. Massively parallel software must match the parallelism of supercomputers and other distributed computing systems before attempting to decipher big data. Message passing – and the message passing interface – allows one to create such tools, and a granular design of blueprints consolidate production of results. Herein, a line of products that includes RayPlatform, Ray (which includes workflows called Ray Meta and Ray Communities for metagenomics) and Ray Cloud Browser are presented. Its main application is scalable (adaptive) assembly and profiling of genomes using message passing.

L’évaluation du risque à la santé humaine (ÉRSH) doit s’adapter aux défis du 21e siècle, et la toxicogénomique est au cœur des changements que les agences réglementaires veulent implantés. Cependant, l’utilisation de données issues de la toxicogénomique en ÉRSH est encore marginale. L’objectif de cette étude est d’étudier l’état de l’utilisation de la toxicogénomique en ÉRSH au Canada et de caractériser, de façon exploratoire, les facteurs individuels et organisationnels entravant une telle utilisation. L’étude comporte deux volets. Le premier consistait en une enquête par questionnaire électronique menée auprès d’évaluateurs de risque canadiens. Vingt-neuf (29) participants ont complété et retourné le questionnaire. Le deuxième consistait en un examen de la portée des publications toxicogénomiques portant sur les trihalométhanes. L’examen de la portée a identifié 9 publications satisfaisant aux critères de sélection, lesquelles ont été incluses dans l’analyse. Les résultats démontrent que l’utilisation de la toxicogénomique en ÉRSH reste marginale, 85% des répondants au sondage ayant rapporté n’avoir jamais utilisé de telles données dans leur pratique. Le principal facteur individuel entravant l’utilisation de données toxicogénomiques en ÉRSH semble être le manque de connaissance en toxicogénomique chez les évaluateurs de risque (68% des répondants n’étant « pas » ou « peu familiers » avec le concept). Les principaux facteurs organisationnels identifiés sont le manque de lignes directrices guidant l’utilisation de la toxicogénomique en ÉRSH, et le manque de leadership et de soutien de la part des organisations envers le développement de telles lignes directrices ainsi qu'envers la formation des évaluateurs de risque. Les résultats de l’examen de la portée démontrent que la faible disponibilité (n=9) et la qualité faible ou incertaine des publications toxicogénomiques (3/9 satisfaisant aux critères de qualité) peuvent également être des freins importants. Les résultats permettent de suggérer des pistes d’interventions visant à appuyer l’application de la toxicogénomique en ÉRSH. / Human health risk assessment (HHRA) must be adapted to the challenges of the 21st century, and toxicogenomics data are at the centre of the paradigm that regulatory agencies worldwide are trying to implement. However, the use of toxicogenomics data in HHRA is still limited. The study aims to explore the state of the use of toxicogenomics in HHRA and to characterise individual and organisational factors that impede such a use. The study was conducted in two parts. The first part consisted in an online survey targeted at Canadian risk assessors. Twenty-nine (29) completed surveys were returned after two months of solicitation. The second part consisted in a scoping review of the toxicogenomics publications on trihalomethanes. The scoping review identified nine (9) publications satisfying the eligibility criteria, and were included in the analysis. Results show that the use of toxicogenomics in HHRA is still marginal, 85% of survey respondents having reported having never used such data in their practice. The main individual factor impeding the use of toxicogenomics in HHRA is the lack of knowledge of toxicogenomics by risk assessors (68% of respondents are “not at all” or “only a little” familiar with the concept). The main organisational factors are the lack of recognised guidelines guiding the use of toxicogenomics in HHRA, and the lack of leadership and support of organisations towards the development of such guidelines and towards training of risk assessors. Results from the scoping review show that the low availability (n=9) and the low or uncertain quality of toxicogenomics publications (3/9 satisfying the essential quality criteria) can also be an important barrier. The results allowed to suggest interventions aimed at supporting the use of toxicogenomics data in HHRA.

Distinguer la variation génétique neutre de la variation adaptative est l’un des principaux défis dans l’étude des processus qui façonnent la structure des populations sauvages. Bien que les environnements marins soient des habitats clés pour la croissance des poissons anadromes, les études de génomique du paysage sur les salmonidés se sont généralement concentrées sur l’identification des signatures d’adaptation aux habitats d’eau douce. Contrairement à la plupart des autres salmonidés anadromes, l’omble chevalier (Salvelinus alpinus) occupe pendant sa phase marine des habitats côtiers près de sa rivière d’hivernage, rendant ainsi possible l’adaptation aux habitats marins. L’objectif de cette étude était de documenter la variation neutre et adaptative des populations d’ombles chevaliers anadromes du Nunavik et des régions limitrophes. Nous avons utilisé la technique de génotypage par séquençage (GBS) pour génotyper 20 327 marqueurs mononucléotidiques (SNP) pour 650 individus échantillonnés en 23 endroits le long de 2 000 km de côtes. Nos résultats révèlent une structure génétique hiérarchique, selon laquelle les systèmes hydrographiques voisins abritent des populations distinctes regroupées au sein de grands bassins océanographiques, à savoir la baie d’Hudson, le détroit d’Hudson, la baie d’Ungava et la mer du Labrador. Nous avons constaté que la diversité et la différenciation génétiques sont influencées à la fois par l’histoire de la recolonisation postglaciaire et par des patrons d’isolement par la distance reflétant le flux génique contemporain. De plus, en utilisant trois méthodes d’association gènes-environnement (GEA), nous fournissons des indices génomiques de l’adaptation locale aux habitats d’eau douce et marins, notamment en ce qui concerne les températures de la surface de la mer et de l’air en été, les précipitations et la salinité. Cette étude est l’une des premières à explorer explicitement la base génétique des adaptations marines chez les salmonidés et met en évidence les interactions complexes dans les pressions sélectives sur toute la durée de vie des poissons anadromes. / Distinguishing neutral and adaptive genetic variation is one of the main challenges in investigating processes shaping population structure in the wild. Despite marine environments being key habitats for the growth of anadromous fishes, landscape genomics studies on salmonids have generally focused on identifying signatures of adaptation to freshwater habitats. Unlike most other anadromous salmonids, Arctic Char (Salvelinus alpinus) occupy coastal habitats near their overwintering rivers during their marine phase, thus making adaptation to marine habitats possible. The aim of this study was to document the neutral and adaptive variation of populations among anadromous Arctic Char in Nunavik and bordering regions. We used GBS to genotype 20,327 filtered single nucleotide polymorphisms (SNPs) for 650 individuals sampled in 23 locations along >2,000 km of coastline. Our results reveal a hierarchical genetic structure, whereby neighboring hydrographic systems harbour distinct populations grouping within major oceanographic basins, namely the Hudson Bay, Hudson Strait, Ungava Bay and Labrador Sea. We found genetic diversity and differentiation to be influenced by both post-glacial recolonization history and by patterns of isolation-by-distance reflecting contemporary gene flow. Furthermore, using three gene-environment association (GEA) methods we found genomic evidence for local adaptation to both freshwater and marine habitats, especially in relation to sea-surface and air temperatures during summer, precipitation, and salinity. This study is among the first to explicitly explore the genetic basis of marine adaptations in salmonids and highlights the complex interactions in selective pressures over the lifespan of anadromous fishes.

La diversité d’une espèce est représentée par la somme de la diversité de chacun des individus qui la compose. Elle peut être observée à différentes échelles : individuelle, organique, tissulaire, cellulaire, génomique, génique, ou bien à l’échelle de la base nucléotidique. L’étude de la diversité d’une espèce est importante pour mieux la comprendre et nous permettre de retracer son histoire évolutive, de la comparer avec d’autres espèces notamment entre espèces sauvages et cultivées. Nous nous intéressons aux processus de domestication, et particulièrement à leurs impacts sur la structure du pan-génome. Le pan-génome est divisé en trois compartiments : (i) le core-génome qui contient tous les gènes présents chez tous les individus de l’espèce ; (ii) le génome dispensable qui contient l’ensemble des gènes qui sont absents chez au moins un individu ; (iii) et enfin le génome individu-spécifique qui contient les gènes présents uniquement chez un individu.L’objectif de ce travail de thèse était de mettre au point une nouvelle méthode d’analyse pan-génomique applicable sur un grand nombre d’individus. Pour cela, nous avons travaillé sur un jeu de données de reséquençage massif du riz Africain cultivé O. glaberrima et de son ancêtre sauvage O. barthii. Dans un premier temps nous avons vérifié l’existence d’une structure pan-génomique sur notre modèle. Pour cela nous avons travaillé à petite échelle avec trois accessions de l’espèce cultivée. Elles ont d’abord été séquencées, assemblées, annotées puis nous avons cherché à détecter des séquences spécifiques à chacune de ces accessions.Dans un second temps nous avons mis au point notre méthode en travaillant avec près de 200 génomes des deux espèces.Ces génomes ont été séquencés grâce aux technologies NGS puis directement mappés sur un génome de référence externe, celui du riz Asiatique. Nous avons alors appliqué notre méthode d’analyse pan-génomique basée sur la déviation de la profondeur deséquençage pour chaque gène. Nous avons ensuite comparé les enrichissement d’ontologies par compartiments et par espèce dans le but d’identifier des différences liées aux processus de domestication. Enfin, nous avons étudié plus précisément les appartenances pan-génomiques des membres de famille de gènes.Parce que le pan-génome de l’espèce cultivé est plus petit que le core-génome de l’espèce sauvage nous avons confirmé la perte de diversité en terme de présence/ absence de gènes chez le riz Africain au cours du processus de domestication. Curieusement nous avons aussi mis en avant l’augmentation du nombre de gènes dispensable chez l’espèce cultivée par rapport à son relatif sauvage.Ainsi, malgré une forte réduction du pan-génome de l’espèce cultivé lors de la « première » sélection, les 1000 générations de processus de domestication ont suffit à réintroduire une forme de diversité à travers l’augmentation du nombre de gènes dispensables.Afin d’automatiser une grande partie des manipulations d’analyses de données NGS nous avons aussi développé un outil de génération de pipelines d’analyses. De part sa généricité et sa robustesse il pourra être utilisé dans différents domaines, pour plu-sieurs types de données. Grâce aux nombreux logiciels qui y sont intégrés et de par le suivi que l’équipe de développement entend poursuivre, il pourra être utilisé dans la caractérisation de plus en plus de choses. Par exemple les variations structurales, les associations génotypes-phénotypes, l’épigénétique et pourquoi pas la métagénomique.Ce travail a permis la mise au point d’une nouvelle méthode d’analyse des données pan-génomiques rapide de par sa vision globale plutôt que via des comparaisons deux-à-deux. Cette méthode s’adresse aux génomes grands et complexes comme ceux des plantes, mais aussi aux jeux de données massifs. / Species diversity is represented by the sum of the diversity of each of the individuals composing it. It can be seen at differents cales: individual, organic, tissular, cellular, genomic, gene, and even nucleotic. The study of the diversity of species is important to better understand and allow tracking its evolutionary history, comparing it to other species, in particular wild to cultivated. We focused on the domestication, and particularly its impact on the pan-genome structure.The pan-genome is divided into three compartments: (i) the core-genome containing all the genes present in all individuals of the species; (ii) the dispensable genome containing all genes absent in at least one individual; (iii) and finally the individual-specific genome containing genes present only in one individual.The objective of this thesis was to develop a new method for pan-genomic analysis that can apply to a large number of indi-viduals. For this, we worked on a massive resequencing data set of cultivated African rice O. glaberrima and of its wild ancestor O. barthii. At first we checked the existence of a pan-genomic structure on our model. For this we worked on a small scale, with three accessions of cultivated species. They were sequenced, assembled, annotated then analyzed to detect specific sequences for each accession.Secondly we developed our approach working with nearly 200 genomes of both species. These genomes were sequenced using Illumina technology and mapped to the external reference genome, of the Asian rice. We applied our pan-genomic method analysis based on the deviation of the depth of sequencing for each gene. We then compared the ontology enrichment compartments and species in order to identify differences related to the domestication process. Finally, we looked specifically to pan-genomic genes belonging to gene family. Because the pan-genome of the cultivated species is smaller than the core-genome of the wild one, we confirmed the loss ofdiversity in terms of presence/ absence of genes in African rice during the domestication process. Curiously we have also high lighted the increase in the number of dispensable genes in the crop from its wild relative. Thus, despite a sharp reduction of the pan-genomeof the species cultivated in the “first” selection, the 1,000 generations of domestication process were enough to reintroduce a formof diversity through increasing the number of dispensable genes.To automate much of the data analysis of NGS manipulations we have also developed a tool to generate analysis pipelines.Due to its generic and robustness it can be used in different areas, for several types of data. With many softwares integrated and by monitoring that the development team will continue, it may be used in the characterization of more and more things. For example,structural variations, genotype-phenotype associations, epigenetics and metagenomics. This work enabled the development of a new analytical method for rapid genome-wide data through its global vision ratherthan through two by two comparisons. This method is for large and complex genomes such as those of plants, but also to massivedata sets.

Malgré le succès des insecticides pour le contrôle du paludisme, la transmission continue dans la plupart des pays d’Afrique sub-saharienne. La recherche pour de nouveaux moyens de contrôle (plus spécialement la modification génétique des populations vecteurs), ou l'utilisation plus efficace des contrôles actuels, vont nécessiter une recherche sur les structures de populations de moustiques et les processus d’immunisation qui importent pour la transmission du Plasmodium chez les moustiques sauvages. Par ailleurs, l’utilisation des techniques d’association génomique ‘GWAS’ est basée sur un réelle compréhension des structures des populations.Ma thèse inclura une description detaillée du système immunitaire du moustique, basée sur la recherche actuelle et des comparaisons génomiques; ainsi que des descriptions des principales voies immunitaires, et des gênes potentiels mal-caracterisés qui peuvent être trouvés dans une étude GWAS. Ainsi qu’une description des connaissances actuelles des structures des populations, dont la speciation du gambiae / coluzzii, et les effets des grandes variations structurelles.Je présenterai le développement d’un nouveau moyen d'identification des variations structurelles ; utilisant les techniques d’ “apprentissage automatique” permettant d'identifier les karyotypes directement à partir des séquences haut-débit, menant à des résultats d’une précision sans précédent.Je présenterai également la première vraie cartographie génomique du ‘tout-génome’ du moustique. Les colonies sont fondées par des moustiques sauvages; les fondateurs sont controlées par strates, incluant également des sous-espèces et variations structurelles majeures. Avec ces colonies une méthode innovant de cartographie est utilisée: dans un premier temps, une identification des grandes régions au sein des groupes phenotypées par la perte de hétérogénéité; puis dans un second temps, le génotypage individuel ‘Sequenom’ sera utilisé pour une cartographie exacte. Cette méthode est utilisée pour l’identification d’une région avec un effet phenotypique sur la prévalence des infections dans la nature.Enfin, je suggèrerai comment ces techniques peuvent être importantes à l’avenir pour l’application du contrôle génomique dans la nature. / Despite successes in the use of insecticides in the control of malaria, malaria transmission continues in much of sub-saharan Africa. The search for novel methods of control (in particular genetic modification of vector populations), or of superior implementation of the currently available methods will require both greater knowledge of the population structure of the mosquito, and of the immune processes that are important in the wild. It is important to note that the mapping of novel immune genes, via genome wide association studies (GWAS) is predicated on a firm understanding of the population structure.My thesis will include a detailed description of the mosquito innate immune system based on current research and comparative genomics; this will illustrate the major pathways that might be employed in the anti-malarial response, and some potential uncharacterised genes that might be implicated in any GWAS study. It will also include a summary of what is known about the mosquito’s population structure, in particular the gambiae / coluzzii speciation event and the implication of chromosomal inversions in the speciation process.I will present the development of a novel approach to the identification of chromosomal inversions; using machine-learning techniques in order to call inversion karyotypes directly from sequence, leading to calls of unprecedented accuracy.I will also present the first truly genome-wide association study to have been performed in the mosquito. Strata-controlled populations of mosquitoes were derived from the wild, including restriction on the basis of subspecies and chromosomal inversion. A two-stage mapping design was then devised in which loss-of-heterozygosity is used to identify broad regions in phenotype pools, before fine-resolution mapping by Sequenom genotyping in individuals. This was used to identify a novel locus with a phenotypic effect on infection prevalence.Finally I will describe how these techniques and findings could be important in the future application of genetic control in the wild.

Comprendre comment les espèces s'adaptent à leur environnement est un des buts majeurs de la biologie évolutive. Il s'agit d'identifier les gènes responsables des caractères adaptatifs, mais aussi de comprendre les mécanismes généraux de l'adaptation, et des phénomènes empêchant une adaptation optimale. Les régions non-recombinantes sont particulières pour ces aspects. En effet, elles peuvent protéger de la recombinaison des combinaisons d'allèles favorables, et inversement, la suppression de recombinaison peut entraîner une dégénérescence, comme une accumulation de mutations délétères ou des pertes de gènes. Même les organismes à reproduction sexuée possèdent cependant souvent de larges régions non-recombinantes, associées à la détermination du sexe génétique ou du type sexuel. Dans cette thèse, j’ai ainsi étudié les traces d’adaptation et de dégénérescence dans des génomes de champignons pathogènes de plantes. Les champignons du complexe d'espèces Microbotryum violaceum, qui causent la maladie du charbon des anthères chez les Caryophyllacées et comptent des dizaines d'espèces spécifiques d’hôtes différents, sont d'excellents modèles pour l'étude des processus génomiques de l'adaptation. Ils possèdent de plus des chromosomes de types sexuels non-recombinants sur une partie de leur longueur. Pour étudier l'évolution des chromosomes de types sexuels, la dégénérescence et l'adaptation à l'hôte dans le complexe M. violaceum, nous avons adopté diverses approches de génomique. En utilisant la technologie PacBio, nous avons obtenu un assemblage complet des chromosomes de types sexuels pour l'espèce M. lychnidis-dioicae. Nous avons montré que la région non-recombinante s'étend sur 90 % des chromosomes de types sexuels, présente un niveau de réarrangements exceptionnel entre les deux types sexuels, et que des centaines de gènes sont présents à l'état hémizygote et ont donc probablement été perdus dans un type sexuel. De plus, la comparaison des génomes d'une douzaine d'espèces de M. violaceum a montré une accumulation de mutations non-synonymes et d'éléments transposables dans les chromosomes de types sexuels. Nous avons aussi étudié la dégénérescence dans le contexte de l'exposition aux radiations ionisantes, en analysant des populations de M. lychnidis-dioicae exposées à différents niveaux de radiation dans la région de Tchernobyl. Nous n'avons pas détecté d'augmentation du taux de mutations non-synonymes par rapport au groupe témoin, ce qui suggère que le champignon est radio-résistant ou que la sélection est plus forte dans la région de Tchernobyl. Enfin, pour étudier l'adaptation à l’hôte, nous avons reséquencé des dizaines des génomes de deux espèces sœurs de M. violaceum. L'analyse du polymorphisme a révélé des balayages sélectifs tout le long des génomes et à des localisations différentes entre les deux espèces. Nous avons identifié un certain nombre de gènes candidats pour l'adaptation à l’hôte dans ces régions de balayages sélectifs, sur la base de leur expression in planta et de leurs annotations. Les gènes sur-exprimés dans la plante montraient d’autre part un taux de substitutions non-synonymes entre les deux espèces sœurs plus élevé que les autres gènes, ce qui suggère qu’une bonne partie pourrait être impliquée dans l'adaptation à l’hôte. Ces travaux ouvrent la voie à une comparaison des génomes de différentes espèces du complexe M. violaceum, d’une part pour reconstituer l'histoire de la suppression de recombinaison dans les chromosomes de types sexuels, et d’autre part pour étudier les bases génétiques de l'adaptation à différents hôtes dans un complexe d’espèces phylogénétiquement proches. / Understanding how species adapt to their environment is a major goal in evolutionary biology. Scientists aim to identity the genes underlying key adaptive traits, but also to understand more broadly adaptive processes and phenomena that allow or prevent optimal adaptation. Non-recombining regions are particular for these aspects. They can indeed protect adaptive combinations of alleles from recombination, and conversely, suppressed recombination can lead to degeneration, such as accumulation of deleterious mutations or genes losses. Even sexually-reproducing organisms often possess large non-recombining regions associated with sex ou mating-type determination. In this thesis, I therefore studied signatures of adaptation and degeneration in genomes of plant pathogenic fungi. Fungi of the species complex Microbotryum violaceum, with dozens of host-specific sibling species causing anther-smut disease in the Caryophyllaceae family, are particularly good models for addressing the question of the genomic processes involved in host adaptation. Moreover, they possess size-dimorphic, partly non-recombining mating-type chromosomes. To study the evolution of mating-type chromosomes, degeneration and host-adaptation in the M. violaceum species complex, we used a genomic approach. Using PacBio sequencing, we obtained a complete assembly of the mating-type chromosomes of the species M. lychnidis-dioicae. We showed that the non-recombining regions span 90 % of the mating-type chromosomes, exhibit an exceptional level of rearrangements between the two mating-types, and that hundreds of genes are in a hemizygous state and were therefore probably lost in one of the two mating-type chromosomes. Moreover, comparing a dozen of species of the M. violaceum complex revealed an accumulation of non-synonymous substitutions and of transposable elements in mating-type chromosomes. We also studied degeneration in the context of ionizing radiations, by analysing populations of M. lychnidis-dioicae exposed to different radiation levels in the Chernobyl area. We did not detect any increase in the rate of non-synonymous mutations compared to the control group or with radiation, which suggests that the fungi is radio-resistant or that selection is higher in the Chernobyl area. Lastly, we resequenced dozens of genomes of two sibling species of M. violaceum in order to study host adaptation. Analysing polymorphism patterns, we found several selective sweeps along the genome, at different locations in the two species. We identified candidate genes for host-adaptation in the regions of selective sweeps, based on their expression pattern and on their putative functions. In addition, genes up-regulated in planta exhibited a higher rate of non-synonymous substitutions than other genes, suggesting that many of them are likely involved in host adaptation. This work paves the way to a larger comparison of genomes of different species of the M. violaceum species complex, in order to reconstruct the history of recombination suppression on the mating-type chromosomes on the one hand, and to study the genetic bases of adaptation to different hosts in a complex of phylogenetically close species on the other hand.

Les souches microbiennes naturelles des fromages sont souvent caractérisées pour étudier leur contribution au développement des propriétés sensorielles (goût, odeur, texture) des fromages affinés. Une meilleure compréhension de ce rôle lors de l’affinage du fromage est essentielle afin de mieux contrôler la qualité de ceux-ci. Peu d’analyses génomiques en détails ont été effectuées sur les microorganismes de la microflore naturelle des fromages (microorganismes non inoculés), alors qu’un plus grand intérêt est porté sur les ferments inoculés. La caractérisation du génome complet de souches bactériennes provenant du terroir québécois permet d’en révéler le contenu en gènes et de prédire les voies métaboliques associées. Ceci permet également d’établir l’apport individuel de celles-ci à la production de composés aromatiques. Dans le cadre de ce travail, le génome complet de quatre souches Staphylococcus equorum ont été séquencés. Ensuite, une analyse détaillée du génome de ces quatre souches a été réalisée en effectuant l’assemblage et l’annotation fonctionnelle des ~2700 gènes prédits dans chacune des souches à l’étude. Des gènes impliqués potentiellement dans la protéolyse, la lipolyse et la dégradation du lactose, ont été retrouvés dans toutes les souches de S. equorum, révélant leur potentiel métabolique important dans le fromage. Plusieurs attributs intéressants des S. equorum ont également été identifiés par des analyses de génomique comparative. D’abord, la relation entre le regroupement phylogénétique des souches avec leurs sources d’isolement indique une possibilité d’adaptation des souches à leur niche écologique. La présence de gènes uniques ou peu partagés est aussi une caractéristique identifiable dans les génomes des souches étudiées et pouvant avoir un impact sur les métabolismes des souches. La caractérisation du génome de souches de S. equorum et les analyses phylogénomiques fournissent de nouvelles informations sur son rôle dans le fromage et des indices sur son potentiel métabolique. Les données génomiques obtenues permettront, lors de validations futures, de sélectionner des souches ayant des propriétés désirables en fonction des variétés fromagères afin d’obtenir des fromages de qualité optimale. / The natural microbiota of cheese has often been characterized to study their potential participation in the development of sensorial properties (taste, odour, texture) of the ripened cheeses. A better understanding of their role during cheese ripening is therefore essential in order to have a better control of its quality. Few in-depth genomic analyzes have been carried out on microorganisms of the natural microflora of cheese (non-inoculated microorganisms), while there is a greater interest for inoculated ferments. The genes possessed by bacterial strains of the Quebec terroir can be revealed by the characterization of their complete genome, leading to the prediction of the associated metabolic pathways. This also allows the establishment of the individual contribution of each strain to the production of aromatic compounds. As part of this work, the complete genome of four strains of Staphylococcus equorum were sequenced. Then, a detailed analysis of the genome of these four strains was completed by their assembly and the functional annotation of the ~ 2700 genes predicted in each of the studied strains. Genes potentially implicated in proteolysis, lipolysis and lactose degradation, were found in all S. equorum strains, revealing their potential metabolisms important for cheese. Several interesting attributes of S. equorum were also identified by comparative genomic analyses. First, the relation in between the phylogenetic grouping and the source of isolation of the strains, indicates a possible adaptation of the strains to their ecological niche. The presence of unique or barely shared genes is also a distinguishable characteristic of the studied strains and can have an impact on the metabolisms of the strains. The characterization of the genome of S. equorum strains and the phylogenomic analyzes have provided new information on their role in cheese and clues about their metabolic potential. The genomic data collected will allow during future validations the selection of strains with desirable properties in function of cheese variety to yield cheeses of optimal quality.

Certaines souches d’Escherichia coli sont des bactéries pathogènes connues depuis plusieurs dizaines d’années et en constante évolution. Dépendamment de son contenu génétique, la souche d’E. coli a la possibilité d’être un organisme commensal de l’intestin des mammifères et d’être bénéfique pour la santé ou être un redoutable pathogène autant pour les humains que les animaux. Cette bactérie peut causer plusieurs maladies chez l’humain comme la colique hémorragique et des infections urinaires. Les poulets dans les élevages peuvent être infectés par E. coli, menant souvent à d’importantes pertes économiques pour les producteurs. Mon projet de maîtrise porte principalement sur les souches d’E. coli et E. fergusonii isolées de poulets en santé et leur potentiel de virulence chez les poulets et les humains. Premièrement, j’ai testé la virulence d’isolats d’Escherichia de poulets en santé dans un modèle de septicémie chez le poussin naissant. J’ai par la suite comparé les génomes séquencés de plusieurs de ces souches pour essayer de déterminer les différences entre les souches ayant démontré un pouvoir pathogène dans ces tests et celles qui n’en ont pas démontré. Je présente ici une étude démontrant que plusieurs souches contenant une panoplie de gènes reliés à la virulence sont présentes dans des animaux en santé et peuvent ainsi poser un certain risque autant pour ceux-ci que la santé publique. Ces travaux permettent de mettre en évidence que les élevages de poulets peuvent représenter un réservoir important pour de potentielles souches pathogènes d’E. coli, mais aussi d’autres pathogènes émergents comme E. fergusonii.