Les espèces forestières sont particulières à bien des égards par rapport aux autres espècesdomestiquées. Les arbres forestiers ont de longues phases juvéniles, entrainant de long et couteuxcycles de sélection et nécessitant une sélection en plusieurs étapes indépendantes. Bien que cetteméthode soit efficace du point de vue opérationnel, elle reste couteuse en temps et en ressources,entrainant une dilution de l’intensité et de la précision de sélection. Au vu de ces contraintes,les arbres sont de bons candidats pour la mise en oeuvre de l’évaluation génomique. La sélectiongénomique (SG) repose sur le classement et la sélection d’individus à partir de l’informationcontenu dans leur génome sans utilisé une étape d’évaluation phénotypique et ainsi accélérerle processus de sélection.Ce travail visait à identifier les situations, les critères et les facteursdans lesquelles la SG pourrait être une option réalisable pour le peuplier. Notre étude a montréque les avantages de l’évaluation génomique dépendent du contexte. C’est dans des situationsles moins avantageuse que l’évaluation génomique se montre la plus performante, elle profiteégalement de la densification de l’information génétique de faible à moyenne suite à une étaped’imputation de haute qualité. La sélection génomique pourrait être une option intéressante àstade précoce, où la précision de la sélection est généralement faible et la variabilité génétiqueabondante. Notre travail a également montré qu’il est important d’évaluer les performancesavec des critères alternatifs, comme ceux liés au classement, notamment lorsque ces critèresrépondent au contexte opérationnel du programme d’élevage étudié. / Forest species are unique in many ways compared to other domesticated species. Forest trees have long juvenile phases, leading to long and costly selection cycles and requiring selection in several independent stages. Even if this method is operationally effective, it remains costly in terms of time and resources, resulting in a diluted intensity and accuracy of selection.In view of these constraints, trees are good candidates for the implementation of genomic evaluation. Genomic selection (SG) is based on the classification and selection of individuals from the information contained in their genome without using a phenotypic evaluation step and thus accelerating the selection process, in order to identify the situations, criteria and factors in which SG could be a feasible option for poplar. Our study showed that the benefits of genomic evaluation are context-dependent. Genomic evaluation is most effective in theless-advantageous situations, it also benefits from low to medium density genetic information following a high-quality imputation step. Genomic selection could be an interesting option at an early stage, when the accuracy of selection is generally low and genetic variability is abundant.Our work has also shown that it is important to evaluate performance with alternative criteria,such as those related to ranking, especially when these criteria fit the operational context of the breeding programme under study.

Les picocyanobactéries marines Synechococcus sont les seconds organismes photosynthétiques les plus abondants sur Terre. Elles présentent une grande diversité pigmentaire du fait de différences dans la composition de leur antenne collectrice de lumière (phycobilisome), ce qui leur permet d'utiliser efficacement une grande partie du spectre lumineux. Cependant, l'évolution, l'écologie et les bases moléculaires de cette diversité restent mal comprises. La comparaison d'une région génomique impliquée dans la synthèse des phycobilisomes de 54 souches et de populations naturelles m'a permis de proposer un scénario pour l'évolution des différents types pigmentaires et de montrer que cette diversité pigmentaire précède la diversification des Synechococcus marins. J'ai ensuite développé une procédure bioinformatique pour quantifier l'abondance relative de tous les types pigmentaires connus à partir de métagénomes. Appliquée aux données de Tara Oceans, cela m'a permis de décrire leur répartition à l'échelle mondiale, révélant que l'acclimatation chromatique de type IV, qui permet aux cellules de modifier leur spectre d'absorption en fonction de la couleur de la lumière, domine les populations naturelles de Synechococcus, et que des mutants naturels de l'acclimatation chromatique prévalent dans les étendues oligotrophes de l'océan Pacifique sud. Enfin, la caractérisation génétique de deux membres d'une famille d'enzymes liant les pigments à la phycoérythrine II, constituant majeur des phycobilisomes, a apporté de nouvelles perspectives sur les bases moléculaires de l'acclimatation chromatique et révélé l'importance des variations alléliques dans la diversité des types pigmentaires. / Marine Synechococcus are the second most abundant photosynthetic organisms on the planet. These picocyanobacteria present very diverse pigmentations due to differences in the composition of their light-harvesting antenna (phycobilisome), allowing them to efficiently exploit a wide range of spectral niches. Yet, the evolution, ecology and molecular bases of the different Synechococcus pigment types are not well understood. By comparing the genomic regions involved in the synthesis of phycobilisome rods from 54 sequenced isolates spanning all cultured pigment types and from natural Synechococcus populations, I proposed a scenario for the evolution of the different pigment types and showed that the pigment diversity of marine Synechococcus predates the diversification of this genus. Then, I developed a bioinformatic pipeline for reliably quantifying all known Synechococcus pigment types from metagenomes. Applying it to the Tara Oceans dataset allowed me to describe for the first time their distribution in the global ocean and revealed that type IV chromatic acclimation, a process by which cells can match their absorption properties to the ambient light colour, is widespread and constitutes the dominant pigmentation in Synechococcus populations. It also showed that natural chromatic acclimation mutants prevail in wide oligotrophic areas of the southern Pacific Ocean. Finally, I genetically characterized two members of an enzyme family binding chromophores to phycoerythrin-II, a major component of phycobilisomes. This provided new insights into the molecular bases of chromatic acclimation and revealed the importance of allelic variation for the diversity of pigment types.

Le cannibalisme d’une cellule vivante par une autre cellule vivante représente une nouvelle modalité de mort cellulaire non autonome. Mes travaux de thèse ont permis d’identifier et de caractériser les acteurs impliqués et d’apprécier l’influence de ce processus sur le devenir de la cellule cannibale. Nous avons ainsi révélé que l’activation d’une signalisation cellulaire impliquée dans la régulation du cycle cellulaire va causer une libération d’ATP qui stimulera les récepteurs purinergiques P2Y2 de la cellule de manière autocrine. Cette étape sera suivie d’une augmentation de l’exposition de la protéine d’adhérence E-cadhérine à la membrane plasmique et de réarrangements du cytosquelettes médiés par la kinase ROCK, et permettra ainsi à une cellule vivante de cannibaliser une autre cellule vivante. Ce phénomène aussi connu sous le nom de « cellule dans une cellule » est fréquemment observé dans les biopsies tumorales. De plus, nous révélons au cours de ces travaux la capacité des cellules internalisées à être éliminées par un processus qui implique la protéine de l’autophagie ATG5 et les protéines pro-apoptotiques BAK et BAX. Ce processus est associé au déclenchement d’une instabilité génétique et d’un stress oxydatif au niveau des cellules cannibales et va déclencher la sénescence de ces cellules que nous avons appelé « entescence ». Cette nouvelle modalité d’induction de la sénescence participe à la suppression des tumeurs in vivo et semble prédire la réponse des patients aux traitements néoadjuvants anticancéreux. À l’opposé, l’échappement à l’entescence favorise la progression tumorale et est associé à une mauvaise réponse des patients aux traitements. L’ensemble de ces travaux met en lumière l’existence d’une nouvelle modalité d’induction de la sénescence cellulaire qui survient à la suite du cannibalisme cellulaire. Une meilleure compréhension des mécanismes impliqués dans son déclenchement et son exécution pourrait selon nous participer au développement de nouvelles approches thérapeutiques afin de lutter contre le cancer. / Cannibalism of live cells by other live cells is a new modality of non-autonomous cell death. This investigation led to the characterization of the molecular mechanisms implicated as well as the identification of the consequences of this process on the fate of the cannibal cell.We revealed that the activation of a signaling pathway involved in the regulation of the cell cycle can trigger a release of ATP that will stimulate the activity of the P2Y2 purinergic receptor in an autocrine manner. These events will lead to the increase of E-cadherin membrane exposition and change the organisation of the cytoskeleton in a ROCK-dependent manner, allowing this live cell to eat another live cell. This process called "cell in cell structure" is frequently observed in tumoral biopsies. Then, we revealed that the internalized cell will be eliminated by a process dependent on the autophagy protein ATG5 and the pro-apoptotic proteins BAX and BAK. These events are associated to the triggering of genomic instability and an oxidative stress in the cannibal cell leading these cells to a new senescence program that we called "entescence".This new senescence program seems to be a tumor suppressor mechanisms in vivo and is correlated to a better response of patient to neoadjuvant anticancer treatments. Moreover, escaping entescence seems to favor tumor growth and is associated to a bad response to anticancer treatments.Taken together, these results highlight the existence of a new senescence program that is initiated by cellular cannibalism. A better understanding of the molecular mechanisms regulating its initiation and its execution may lead to develop new innovative anticancer therapeutical approaches.

Les nombreuses différences qui existent entre les organismes illustrent que le processus de variation est un phénomène universel en biologie. Ces variations sont particulièrement observables chez les espèces sexuées, entre mâles et femelles. Comprendre les différents facteurs biologiques, environnementaux et génétiques, à l'origine de ce dimorphisme sexuel est le cœur de mon sujet de thèse. Pour cela, j’ai établi un nouveau modèle d'étude, l’insecte semi-aquatique Microvelia longipes. Ces insectes ont évolué un dimorphisme sexuel spectaculaire où les mâles présentent une croissance extrême et hypervariable spécifiquement au niveau de la troisième paire de pattes. Pour étudier ce phénomène, nous avons, en premier lieu, émis l’hypothèse que cette croissance exagérée était associée à des pressions de sélection sexuelle. Nous avons mis en évidence la présence de compétition intense entre males, qui utilisent leurs pattes arrière comme arme, pour s’accoupler avec les femelles. Les males à pattes plus longues gagnent souvent dans ces combats, expliquant l’importance adaptative de ces pattes exagérées chez les mâles. De plus, nous montrons que l’intensité que mettent les mâles à se battre est associée aux variations de taille de pattes chez les mâles, de la même espèce ou d’espèces différentes. Nous avons également développé un génome et une approche transcriptomique comparant les sexes et les pattes afin d’identifier les gènes responsables de cette croissance exagérée. Ceci a permis de dresser une liste de gènes dont l’expression corrèle avec l’exagération de la croissance des pattes chez les mâles et d’identifier des régions génomiques associées à la sélection sexuelle. / From the DNA molecule to the more complex phenotypes, variation is a universal process in life and living organisms. The innumerable differences that exist between species are probably one of the most manifest examples. Yet, all this diversity would never have occurred in nature without some pre-existing divergence within species. One of the most striking examples of intraspecies variation appears in sexual organisms, between males and females. Understanding the environmental and genetic factors influencing sexual divergence is a longstanding question in evolutionary biology. To this end, I focus here on a new insect model system, Microvelia longipes, which has the particularity to have evolved an extreme case of sexual dimorphism in the rear legs. Males display exaggerated long rear legs compared to females but also an extreme variability in these leg lengths from one male to another. We identified that M. longipes males use their exaggerated legs as weapons during male-male competition. Males with longer legs have more chance to access females on egg-laying sites and therefore increase their reproductive success. Moreover, fitness assays and comparative studies between Microvelia species revealed that the intensity of male competition was associated with the exaggeration and hypervariability of the rear legs in M. longipes males. In a second approach, we studied the developmental and genomic basis of this sexual dimorphism through a comparative transcriptomic analysis and identified genes and genomic regions associated with male exaggerated legs and ultimately with sexual selection. Overall, the integrative approach used in this work allows to establish Microvelia longipes as a promising new model system to study the influence of sexual selection in adaptive evolution.

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

L’effectif génétique réduit des races bovines entraîne une augmentation de consanguinité de l’ordre de 1% par génération et une forte dérive génétique. Cette évolution favorise l’émergence régulière d’anomalies génétiques récessives dans les populations, qu’elles soient de races laitières ou allaitantes. En France, l’Observatoire National des Anomalies Bovines (ONAB) a été créé dans le but de détecter et contrôler ces anomalies émergentes. Cependant, la détection par les observatoires sous-entend d’une part une diffusion large de l’allèle défavorable dans la population et d’autre part que l’anomalie présente un phénotype avec un tableau clinique spécifique permettant une déclaration du phénotype à l’ONAB. L’impact des anomalies génétiques est donc encore largement sous-estimé. Toutefois, le développement des technologies de génotypage et de séquençage de génomes, associés à l’ensemble des informations disponibles permet une détection efficace des mutations causales. Ainsi, l’objectif de cette thèse a été d’utiliser l’ensemble des données disponibles (phénotypes, génotypes, séquences, annotations fonctionnelles…) pour identifier et valider des mutations délétères ségrégant dans races bovines laitières et allaitantes françaises. Nous avons exploré différentes stratégies classiques - cartographies par homozygotie, haplotypes en déficit en homozygotes - qui gagnent en efficacité grâce aux données de séquence de génome complet (WGS). Nous avons également mis en place des approches alternatives de génétique inverse, basées sur l’exploitation des données WGS française et du consortium 1000 bull genomes.Les travaux réalisé ont permis d’identifier les mutations causales associées à deux syndromes récessifs rapportés à l’ONAB : l’épidermolyse bulleuse jonctionnelle en race Charolaise (ITGB4, g.chr19: g.56488278_56493087del) et d’épilepsie idiopathique (MTCL1, g.chr24:41661691 G>A) récemment émergée dans la race Parthenaise. Nous avons également démontré la forte association entre l’haplotype MH1 et un polymorphisme affectant le gène PFAS (Chr19:g.28511199C>T ; p.R1205C). Par les stratégies de génétique inverse, nous avons également identifié une mutation probablement responsable de mortalité embryonnaire en race Normande affectant le gène CAD (Chr11:g72399397, p.Y452C) ainsi qu’une mutation affectant le gène RP1 (Chr14:g.23995411_23995412insA, p. R791KfsX13) responsable d’une dégénérescence progressive de la rétine et qui ségrége à forte fréquence en race Normande mais aussi dans d’autres races bovines européennes. Ces études encore en cours, fournissent également un inventaire des variants génétiques potentiellement délétères dont la caractérisation de l’effet sur le phénotype pourra être explorée. Enfin, l’identification de ces anomalies et des mutations délétères responsables ont abouti à la mise à disposition de tests de diagnostic efficaces pour permettre une contre-sélection raisonnée de ces variants délétères dans les populations bovines. / The reduced genetic size of cattle breeds leads to an increase in inbreeding of nearly 1% per generation and a strong genetic drift. This evolution favors regular emergence of recessive genetic abnormalities in dairy and beef cattle breeds. In France, the National Observatory of Bovine Anomalies (ONAB) was created with the aim to detect and control these new emergences. However, detection by the observatories implies a broad diffusion of the deleterious allele in the population and a phenotype with specific clinical features, allowing reporting to ONAB. Therefore the impact of genetic abnormalities is still largely underestimated. However, development of genotyping and genome sequencing technologies, coupled with all available information, makes possible effective detection of causal mutations. Thus, the aim of this thesis was to use all the available data (phenotypes, genotypes, sequences and functional annotations) to identify and validate deleterious mutations segregating in French dairy and beef cattle breeds. We used homozygosity mapping, and study of haplotypes with deficit in homozygous, two strategies boosted by using whole genome sequence (WGS) data. We also explored alternative reverse genetics strategies, based on data mining of French and 1000 bull genomes consortium WGS data.In these different studies, we identified the causal mutations associated with two described recessive syndromes: epidermolysis bullosa junctional in Charolais race (ITGB4, chr19: g.56488278_56493087del) and idiopathic epilepsy (MTCL1, chr24:g.41661691G>A) recently emerged in the Parthenaise breed. We also demonstrated a strong association between the embryonic lethal mutation MH1 and a polymorphism affecting the PFAS gene (chr19: g.28511199C> T ; p.R1205C) in Montbeliarde cattle. With reverse genetic strategies, we identified another mutation, which affects the CAD gene (chr11: g72399397, p.Y452C), likely responsible for embryonic mortality in Normande cattle, and a frameshift mutation in RP1 (chr14:g.23995411_23995412insA, p. R791KfsX13) responsible for progressive retinal degeneration segregating with a high frequency in the Normande breed but also in other European cattle breeds. These studies, still in progress, provide an inventory of potentially deleterious genetic variants, whose characterization could be explored in the future. At last, identification of mutations responsible for these genetic abnormalities provided or will provide diagnostic tests and allow efficient counter selection of these variants in French beef and dairy cattle populations.

Une meilleure compréhension des mécanismes de résistance aux agents pathogènes couplée à une caractérisation de la capacité immune devient un axe de recherche prioritaire en élevage. L’objectif global de la thèse est d’exploiter des informations de phénotypage, de génétique et de génomique pour étudier l’architecture génétique de la capacité immune chez le porc et contribuer à l’identification de marqueurs génétiques et de biomarqueurs sanguins prédictifs de variations de niveaux de paramètres immuns. Le projet s’articule autour de trois axes complémentaires et les résultats obtenus sont basés sur l’exploitation des jeux de données issus des projets IMMOPIG et SUS_FLORA financés par l’ANR, pour lesquels des cohortes de 450 et 560 porcelets ont été prélevés à 60 jours d’âge, trois semaines après une vaccination contre Mycoplasma hyopneumoniae.Nous avons analysé le déterminisme génétique de l’expression des gènes dans le sang par une analyse eGWAS (génotypage 60K SNP et transcriptome du sang pour 242 animaux) validée pour partie par une étude de la régulation spécifique d’allèles (ASE) des transcrits (RNA-Seq sur 38 animaux). Les résultats d’eGWAS mettent en évidence de multiples associations locales (n=2839) et à distance (n=1752) entre des polymorphes SNP et des variations de transcription, réparties sur l’ensemble des chromosomes. Les analyses ASE confirment l’importance du contrôle génétique en cis, avec une régulation allélique trouvée pour 763 gènes. Les fonctions biologiques associées sont notamment reliées au processing des ARN et à l’immunité. La région du complexe majeur d’histocompatibilité a été trouvée particulièrement riche en eQTL et ASE. L’ensemble de ces données a permis d’établir, pour le porc, une première cartographie des eQTL et gènes soumis à ASE dans le sang.Nous avons étudié les co-variations entre des paramètres immunitaires et le transcriptome du sang pour 243 individus. Les paramètres immunitaires incluent la numération formule sanguine, la caractérisation de sous-populations cellulaires par cytomètre de flux, des dosages sériques (protéine C réactive, haptoglobine, anticorps spécifiques anti Mycoplasma hyopneumoniae), des dosages de réponse suite à des stimulations in vitro du sang total (phagocytose, cytokines IL1b, IL2, IL6, IL8, IL10, TNFa, INFg). Nous avons confirmé l’héritabilité de nombreux paramètres immuns et identifié des covariations avec des profils géniques, offrant des hypothèses sur des biomarqueurs candidats.Nous avons également conduit une analyse fonctionnelle sur quatre animaux de 70 jours d’âge pour caractériser et comparer les profils de transcrits du sang et de trois tissus lymphoïdes associés au tube digestif (ganglion mésentérique, plaques de Peyer jéjunales et iléales). Les données RNA-Seq ont mis en évidence des différentiels d’expression entre les tissus, ce nombre étant plus limité entre les deux types de plaques de Peyer. De manière tout à fait intéressante, parmi les fonctions biologiques enrichies par les gènes différentiellement exprimés entre les deux plaques de Peyer, sont identifiées les voies de différenciation lymphocytaires Th1 et Th2, en cohérence avec une surabondance de lymphocytes B dans les plaques de Peyer iléales.L’ensemble de ces résultats apporte des informations nouvelles pour avancer dans la compréhension du déterminisme génétique des variations de paramètres immunitaires chez le porc, la recherche de polymorphismes causaux de ces variations et l’identification de biomarqueurs sanguins pertinents pour phénotyper la compétence immunitaire. / A better understanding of the mechanisms for resistance to pathogens along with the characterization of the immune capacity has become a priority for research in breeding. The overall objective of this PhD project was to use phenotyping, genetic and genomic information to study the genetic architecture of the immune capacity in the pig and to contribute to the identification of genetic markers and blood biomarkers that predict variations of immune parameter levels. The study was focused on three complementary axes and the results obtained were based on the use of data collected as part of the IMMOPIG and SUS_FLORA projects financed by the ANR, for which 450 and 560 piglet cohorts were sampled at 60 days of age, three weeks after vaccination against Mycoplasma hyopneumoniae.We analyzed the genetic determinism of gene expression in the blood using an eGWAS (60K SNP genotyping and blood transcriptome for 242 animals) confirmed in part by an allele specific expression (ASE) of transcripts (RNA-Seq on 38 animals). The eGWAS results showed multiple local (n=2839) and distant associations between the SNP polymorphisms and transcription variations, spread over all the chromosomes. The ASE analyses confirmed the cis genetic control of gene expression, with allele regulation being found for 763 genes. The biological functions associated were notably associated with RNA processing and immunity. The region of the major histocompatibility complex was found particularly rich in eQTL signals and genes with ASE in the blood.We studied the co-variations between immune parameters and blood transcriptomes for 243 individuals. The immune parameters included the blood count, cell subpopulation characterization by flow cytometry, serum assays (reactive C protein, haptoglobin, antibodies specific for Mycoplasma hyopneumoniae), immune response after in vitro stimulation of peripheral blood (phagocytosis, IL1b, IL2, IL6, IL8, IL10, TNFa, INFg cytokines). We confirmed the heritability of numerous immune parameters and identified covariations with gene profiles, providing hypotheses on biomarker candidates.We also led a functional analysis on four animals at 70 days-of-age in order to characterize and compare the transcriptome profiles of peripheral blood and three gut-associated lymphoid tissues (mesenteric lymph nodes, jejunal and ileal Payer’s patches). The RNA-Seq data showed differential expression between tissues; this number was more limited between the two types of Peyer’s patches. Interestingly, among the biological functions enriched by the differentially expressed genes between the Peyer’s patches, we identified the Th1 and Th2 lymphocyte differentiation pathways, which was in agreement with an over-abundance of B lymphocytes in the ileal Peyer’s patches.Together these results provide new information on the understanding of the genetic determinism of immune parameter variations in the pig, the search for causal polymorphisms of these variations and the identification of relevant blood biomarkers for phenotyping immune competence.

En sélection génomique, des marqueurs de l’ADN sont utilisés pour l’évaluation des grandes races laitières. La plupart des méthodes d’évaluation génomique actuelles utilisent des SNP, bien que l’utilisation d’haplotypes de SNP apporte un plus grand polymorphisme. Il n’y avait pas d’évaluation génomique en place en 2014 pour les races régionales (Abondance, Tarentaise, Vosgienne), plaçant ces races en position de faiblesse.Notre objectif principal a été de mesurer l’intérêt de l’utilisation d’haplotypes en évaluation génomique, y compris à partir d’une population d’apprentissage multiraciale. Nous avons montré que les haplotypes conduisent à de meilleurs résultats que les SNP et que la fréquence des allèles et l’étendu du déséquilibre de liaison sont importants pour une construction optimale des haplotypes. Nous avons développé deux critères incorporant ces informations qui améliorent la précision des évaluations tout en réduisant le nombre de marqueurs utilisés.Depuis 2015, un de ces critères a été inclus dans les évaluations génomiques officielles en France. Notre approche a donné dans les races régionales une précision similaire à celle obtenue après testage sur descendance. Une évaluation génomique de routine est en place pour 3 races régionales en France depuis Juin 2016. L’utilisation d’une puce Haute Densité n’a pas amélioré sa précision, alors qu’une population d’apprentissage multiraciale a été bénéfique uniquement pour certaines races. Le génotypage des nouvelle femelles a augmenté la précision de la sélection mais l’inclusion de mutations candidates détectées dans les grandes races laitières n’a conduit qu’à une légère amélioration chez les races régionales. / In genomic selection, DNA marker information is exploited for evaluation purposes in large dairy cattle breeds. Most of the current genomic evaluation methods rely today on SNP information, although haplotypes are expected to perform better due to their higher polymorphism. In 2014, genomic evaluation had not yet been implemented in regional breeds (Abondance, Tarentaise, Vosgienne), resulting in economic weaknesses for these breeds.Our aim was to assess the use of haplotypes in genomic evaluation with focus on their performance in combination with multi-breed reference populations. We found that haplotypes outperformed individual SNP markers for genomic evaluation. We also showed that information on haplotype allele frequency and on linkage pattern are relevant to select haplotypes for evaluation purposes. Our haplotype selection criteria also allowed a significant reduction of the number of markers used for genomic prediction.One of these criteria was incorporated into the French routine genomic evaluation in 2015. The performance of such an evaluation was then assessed in four regional breeds, leading to similar or higher accuracies than current progeny testing. Consequently, routine genomic evaluation was implemented in these breeds in 2016. The use of high density genotypes did not improve the performance of genomic evaluation in these breeds, while multi-breed training populations were beneficial only in some of them. Additional genotyped females led to notable increases in selection accuracies. Inclusion of candidate mutations identified in large breeds led to only minor improvements in regional breeds.

Les variants structuraux génomiques (SVs) composent une large part du polymorphisme observable entre les individus mais leurs impacts sur les processus micro-évolutifs restent mal connus et leur étude à large échelle est rare.La première partie de ce manuscrit est une étude de la bibliographie portant sur les SVs décrits chez les animaux domestiques. Cette partie met en avant l'importance des SVs dans la modification des gènes ou de leur régulation, impactant un grand nombre de traits sélectionnés lors de la domestication, en lien avec la productivité, la morphologie ou encore le comportement.Basée sur l’étude de données de reséquençage de 500 génomes complets de petits ruminants sauvages et domestiques, la seconde partie, ciblant trois SVs décrits dans la bibliographie, a permis (i) de réfuter l’hypothèse d’amplification en lien avec la domestication des copies endogènes protectrices du retrovirus JSRV situées dans la région 6q13 du mouton, (ii) d’identifier des duplications entourant et affectant le gène ASIP qui seraient impliquées dans les modifications de coloration du pelage en lien avec la domestication des petits ruminants, ainsi que (iii) de montrer un potentiel rôle adaptatif d'un haplotype du locus de la beta-globine lié au climat aride chez le mouton.La troisième partie se base sur une recherche sans a priori de l’ensemble des SVs présents dans des génomes complets. Au travers du développement d’une méthode de détection des SVs et de son application, cette partie permet de décrire environ 50k et 20k SVs dans les génomes des Ovis et des Capra. Parmi ces SVs, 135 chez Ovis et 70 chez Capra semblent liés à la domestication et affectent des gènes impliqués dans l’amélioration, l’immunité, la reproduction ou la survie. De plus, les distributions de 130 SVs pour les moutons et 35 SVs pour les chèvres covarient avec des variables environnementales au Maroc. Certains affectent des gènes impliqués dans la morphologie, l’immunité et le métabolisme.Ce travail met ainsi en avant de nombreux variants qui peuvent impacter des gènes et qui ont pu être ciblés lors la domestication initiale, des étapes d’amélioration ultérieure ou de l’adaptation locale des petits ruminants. Il démontre l'importance de prendre en compte les variants structuraux dans les études génomiques visant à décrire les bases génétiques de la domestication. / Genomic structural variations (SVs) account for a large part of the polymorphism between individuals, but their impacts on micro-evolutionary processes remain poorly known and large-scale studies are scarce.The first part of this manuscript is a bibliographic study of SVs in domestic animals. This part highlights the importance of SVs in modifying genes or their regulation, impacting a large number of traits selected during domestication and linked to productivity, morphology or behaviour.Based on the study of resequenced data from 500 whole genomes of wild and domestic small ruminants, the second part, targeting three SVs described in the bibliography, allowed (i) to refute the hypothesis of a link between the domestication of sheep and the amplification of endogenous protective copies of the JSRV retrovirus located in the 6q13 region, l, (ii) to identify duplications surrounding and affecting the ASIP gene that could be involved in the coat color changes related to the domestication of small ruminants, as well as (iii) highlight a potential adaptive role to arid climate of an haplotype of beta-globin locus in sheep.In the third part, we conducted a whole genome survey of SVs . Through the development of a SVs detection method and its application, we could detect about 50k and 20k SVs in Ovis and Capra. Of these SVs, 135 and 70 in Ovis and Capra, respectively, appear to be linked with domestication and affect genes involved in improvement, immunity, reproduction or survival. In addition, in Morocco, the distributions of 130 SVs for sheep and 35 SVs for goats covariate with environmental variables. Some of them affect genes involved in morphology, immunity and metabolism.This work highlights that many variants impacting genes might have been targeted during initial domestication and subsequent improvement steps or during the local adaptation of sheep and goats. It demonstrates the importance of considering structural variants in genomic studies to describe the genetic basis of domestication.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.