Une prise de décision inadaptée est au centre de nombreuses pathologies neuropsychiatriques, telle que la toxicomanie, mais concerne également certains sujets sains, pour lesquels les gratifications immédiates prévalent sur les conséquences à long terme. Afin de mieux comprendre les bases neuropsychologiques et neurobiologiques de la prise de décision dans un cadre normal et pathologique, les sujets sains inadaptés constituent un modèle prometteur. Une tâche de mesure de la prise de décision chez le rat (le Rat Gambling Task, RGT) a récemment été validée dans l’équipe, très similaire à l’Iowa Gambling Task chez l’homme et permettant de révéler, parmi une population saine de rats, une majorité de sujets performants, et une minorité de non performants. Ces rats persistent à choisir les options immédiates les plus récompensantes, mais associées à de fortes pénalités imprédictibles, entrainant un faible gain final. Nous avons montré que tous ces rats sont inflexibles et moins efficaces dans la qualité du caractère dirigé de l’action. Ils présentent également une motivation accrue pour les récompenses, qui dépend d’une balance complexe coût/bénéfice, étroitement liée à l’effort à fournir, à la palatabilité de la récompense mais pas à la perception de la sensation plaisante ou des besoins métaboliques. Par ailleurs, nous avons montré qu’il n’existe pas de relation directe entre les capacités de mémoire de travail et la prise de décision. Sur le plan neurobiologique, nous avons montré 1) que la qualité du caractère dirigé de l’action dépend d’une balance d’activité PL/SDM et 2) que la prise de décision dans le RGT engage différemment des structures spécifiques selon les performances dans la tâche et la cinétique d’élaboration des choix. Ainsi, le fort recrutement de l’OFC et du Nacc shell serait un marqueur de choix adaptés, alors que celui de PL/SDM serait modulé selon la rapidité à préférer les choix favorables. Le CgA, IL et l’amygdale se désengageraient lorsque les choix sont établis. Les rats non performants présentent une hypoactivité préfrontale associée à une activité persistante de l’amygdale, suggérant un contrôle cognitif préfrontal déficient, couplé à une altération dans les associations liées à la valeur des options, induisant un déficit d’acquisition et de ré-actualisation de la valeur incitative des choix. Nous avons également montré que les différences inter-individuelles dans le RGT sont associées à des différences dans le fonctionnement basal du système monoaminergique. Les rats non performants présentent notamment (1) des métabolismes DA- et 5HT-ergique plus élevés au niveau d’IL, en accord avec l’impulsivité motrice de ces rats, et/ou la moindre qualité du caractère dirigé de l’action et (2) un métabolisme DA-ergique plus élevé au niveau du Nacc core et 5HT-ergique plus faible au niveau du BLA, suggérant une relation étroite avec leur motivation accrue et la qualité des associations liées à la valeur des options. Finalement, ces données sont intéressantes au regard des modifications dans le fonctionnement monoaminergique de base induites par des polymorphismes génétiques, conduisant à une prise de décision inadaptée, ainsi qu’à certaines pathologies psychiatriques. Toutes ces caractéristiques comportementales et neurobiologiques qui forment un ensemble cohérent pourraient correspondre à un endophénotype de troubles mentaux. Les études à l’avenir devront investir la relation directe avec la pathologie, telle que l’addiction, et l’exploration de ces caractéristiques au niveau génétique. / Decision-making is profoundly impaired in several psychiatric disorders such as addiction, but also in some healthy individuals for whom immediate gratifications prevail over long term gain. To better elucidate the neuropsychological and neurobiological bases of good and poor decision making in normal and pathological conditions, healthy poor decision-makers represent a promising model. Recently, a Rat Gambling Task, aimed at measuring decision-making like in the Iowa gambling Task in humans has been validated. It allows the identification, among a normal population of rats, of majority of good decision-makers, and a minority of poor decision-makers that prefer immediate larger reward despite suffering large loses. We demonstrated that all poor decision makers are unflexible and less efficient in goal-directed behavior. They also have a higher motivation for reward that depends on a complex cost/benefice balance, related to the effort to make, to food palatability, but not to the perception of the pleasant feeling or to metabolic needs. Moreover, we demonstrated the absence of relationship between decision making performance and working memory. At the neurobiological level, we demonstrated 1) that efficiency in goal-directed behavior depends on balance of activity between PL and SDM and 2) that decision making depends on specific brain regions, with a level of activity related to the performance, as well as the time course to make choices. Higher OFC and Nacc shell activities are systematically associated with good decision making, whereas the recruitment of PL/SDM is modulated according to the time course to make good choices. CgA, IL and the amygdala would be disengaged when choices are established. Poor decision makers display a prefrontal hypoactivity associated with a persistent involvement of the amygdala, suggesting an alteration in the prefrontal cognitive control, combined with deficits in reward-based associations, leading to an impaired acquisition and/or re-updating of the incentive value of the options. Moreover, we demonstrated that inter-individual differences in the RGT are associated with distinct DA- and 5HT basal functions. Poor decision makers notably displayed (1) high DA- and 5HT-ergic metabolisms in IL, supporting their motor impulsivity and/or lower efficiency in goal-directed behavior and (2) a higher DA-ergic metabolism in the Nacc core, and lower 5HT-ergic in BLA, that could be related to their higher motivation, and the quality of reward-based associations. These data support the relationship between genetic polymorphisms inducing distinct basal monoaminergic functioning, and poor decision making as well as psychiatric disorders. All these cognitive/behavioural and neurobiological characteristics that make a consistent framework could be an endophenotype of mental disorders. Further experiments should examine the direct relationship between poor decision making and psychiatric disorders, such as addiction, and the genetic background related to this specific profile.

La synthèse contrôlée par la cible sous contrôle cinétique (Kinetic Target-Guided Synthesis, KTGS) est une approche relativement peu explorée, alternative à la chimie combinatoire traditionnelle,dans laquelle la protéine cible participe à la synthèse du ou de ses propres ligands. Ainsi, les travaux présentés dans la première partie de cette thèse ont pour principal objectif d'élargir l'éventail des réactions actuellement disponibles en KTGS grâce à la réaction d'aldolisation voire d'amidation, et ce en utilisant la β-sécrétase (BACE-1) comme cible biologique, qui est une enzyme étroitement impliquée dans la maladie d'Alzheimer. La seconde partie de cette thèse a été consacrée à la synthèse de marqueurs de masse fluorescents bioconjugables basés sur l'association d'un noyau coumarinique et d'une fonction phosphonium. Les deux générations présentées dans ce manuscrit ont entre autre permis de synthétiser une sonde FRET permettant de détecter l'activité enzymatique de la BACE-1, qui pourrait par ailleurs être un outil intéressant pour l'analyse des bruts réactionnels des réactions de click in situ,et diminuer les quantités d'enzyme engagées dans ces expériences. Enfin dans la dernière partie de cette thèse nous décrivons la mise au point de nouvelles réactions de conjugaison bio-orthogonale pour le marquage de molécules comportant une fonction aldéhyde. Nous avons ainsi développé d'une part une réaction trois composants via une séquence de condensation/Mannich/lactamisation et d'autre part une réaction d'oléfination de Wittig. / The kinetic target-guided synthesis (KTGS), is an underexplored alternative approach to combinatorial chemistry, in which the biological target is able to assemble its own inhibitors from a pool of fragments. Thus, the first part of this thesis aimed at extending the scope of the reactions available for the KTGS, by investigating the aldolisation and amidation reaction, using the β-secretase (BACE-1) as biological target, which is an enzyme narrowly involved in the Alzheimer's disease. The second part of this thesis was dedicated to the synthesis of bioconjagatable fluorophores containing a phosphonium group as mass tag associated to a coumarin core. Both generations presented in this manuscript allowed us, among other things, to synthesize a FRET probe that proved suitable for the determination of BACE-1 enzymatic activity. The utility of such a fluorogenic tool could be leveraged to facilitate the analysis of crude mixtures obtained during KTGS experiments, and lessen the amount of enzyme required in these experiments. Finally, in the last part of this thesis, we describe the development of two new bioorthogonal reactions allowing the selective labeling of molecules containing an aldehyde moiety : 1) a three component reaction involving a condensation/Mannich/lactamisation procedure, between an amine, an aldehyde and an enol partner; 2) a Wittig ligation between an aldehyde and a phosphonium bearing an active methylene.

Ces travaux de thèse portent sur la détection audio-visuelle de marqueurs affectifs (rire et sourire) et attentionnels de personnes âgées en interaction sociale avec un robot. Pour comprendre efficacement et modéliser le comportement des personnes très âgées en présence d'un robot, des données pertinentes sont nécessaires. J'ai participé à la collection d'un corpus de personnes âgées notamment pour l'enregistrement des données visuelles. Le système utilisé pour contrôler le robot est un magicien d'Oz, plusieurs scénarios de conversation au quotidien ont été utilisés pour encourager les gens à coopérer avec le robot. Ces scénarios ont été élaborés dans le cadre du projet ROMEO2 avec l'association Approche.Nous avons décrit tout d'abord le corpus recueilli qui contient 27 sujets de 85 ans en moyenne pour une durée totale de 9 heures, les annotations et nous avons discuté des résultats obtenus à partir de l'analyse des annotations et de deux questionnaires. Ma recherche se focalise ensuite sur la détection de l'attention et la détection de rire et de sourire. Les motivations pour la détection de l'attention consistent à détecter quand le sujet ne s'adresse pas au robot et à adapter le comportement du robot à la situation. Après avoir considéré les difficultés liées aux personnes âgées et les résultats d'analyse obtenus par l'étude des annotations du corpus, nous nous intéressons à la rotation de la tête au niveau de l'indice visuel et à l'énergie et la qualité de voix pour la détection du destinataire de la parole. La détection de rire et sourire peut être utilisée pour l'étude sur le profil du locuteur et de ses émotions. Mes intérêts se concentrent sur la détection de rire et sourire dans la modalité visuelle et la fusion des informations audio-visuelles afin d'améliorer la performance du système automatique. Les expressions sont différentes des expressions actées ou posés à la fois en apparence et en temps de réaction. La conception d'un système qui marche sur les données réalistes des personnes âgées est encore plus difficile à cause de plusieurs difficultés à envisager telles que le manque de données pour l'entrainement du modèle statistique, l'influence de la texture faciale et de la façon de sourire pour la détection visuelle, l'influence de la qualité vocale pour la détection auditive, la variété du temps de réaction, le niveau de compréhension auditive, la perte de la vue des personnes âgées, etc. Les systèmes de détection de la rotation de la tête, de la détection de l'attention et de la détection de rire et sourire sont évalués sur le corpus ROMEO2 et partiellement évalués (détections visuelles) sur les corpus standard Pointing04 et GENKI-4K pour comparer avec les scores des méthodes de l'état de l'art. Nous avons également trouvé une corrélation négative entre la performance de détection de rire et sourire et le nombre d'évènement de rire et sourire pour le système visuel et le système audio-visuel. Ce phénomène peut être expliqué par le fait que les personnes âgées qui sont plus intéressées par l'expérimentation rient plus souvent et sont plus à l'aise donc avec des poses variées. La variété des poses et le manque de données correspondantes amènent des difficultés pour la reconnaissance de rire et de sourire pour les systèmes statistiques.Les expérimentations montrent que la rotation de la tête peut être efficacement utilisée pour détecter la perte de l'attention du sujet dans l'interaction avec le robot. Au niveau de la détection de l'attention, le potentiel d'une méthode en cascade qui utilise les modalités d'une manière complémentaire est montré. Cette méthode donne de meilleurs résultats que le système auditif seul. Pour la détection de rire et sourire, en suivant le même protocole « Leave-one-out », la fusion des deux systèmes monomodaux améliore aussi significativement la performance par rapport à un système monomodal au niveau de l'évaluation segmentale. / This thesis work focuses on audio-visual detection of emotional (laugh and smile) and attentional markers for elderly people in social interaction with a robot. To effectively understand and model the pattern of behavior of very old people in the presence of a robot, relevant data are needed. I participated in the collection of a corpus of elderly people in particular for recording visual data. The system used to control the robot is a Wizard of Oz, several daily conversation scenarios were used to encourage people to interact with the robot. These scenarios were developed as part of the ROMEO2 project with the Approche association. We described at first the corpus collected which contains 27 subjects of 85 years' old on average for a total of 9 hours, annotations and we discussed the results obtained from the analysis of annotations and two questionnaires.My research then focuses on the attention detection and the laughter and smile detection. The motivations for the attention detection are to detect when the subject is not addressing to the robot and adjust the robot's behavior to the situation. After considering the difficulties related to the elderly people and the analytical results obtained by the study of the corpus annotations, we focus on the rotation of the head at the visual index and energy and quality vote for the detection of the speech recipient. The laughter and smile detection can be used to study on the profile of the speaker and her emotions. My interests focus on laughter and smile detection in the visual modality and the fusion of audio-visual information to improve the performance of the automatic system. Spontaneous expressions are different from posed or acted expression in both appearance and timing. Designing a system that works on realistic data of the elderly is even more difficult because of several difficulties to consider such as the lack data for training the statistical model, the influence of the facial texture and the smiling pattern for visual detection, the influence of voice quality for auditory detection, the variety of reaction time, the level of listening comprehension, loss of sight for elderly people, etc. The systems of head-turning detection, attention detection and laughter and smile detection are evaluated on ROMEO2 corpus and partially evaluated (visual detections) on standard corpus Pointing04 and GENKI-4K to compare with the scores of the methods on the state of the art. We also found a negative correlation between laughter and smile detection performance and the number of laughter and smile events for the visual detection system and the audio-visual system. This phenomenon can be explained by the fact that elderly people who are more interested in experimentation laugh more often and therefore perform more various poses. The variety of poses and the lack of corresponding data bring difficulties for the laughter and smile recognition for our statistical systems. The experiments show that the head-turning can be effectively used to detect the loss of the subject's attention in the interaction with the robot. For the attention detection, the potential of a cascade method using both methods in a complementary manner is shown. This method gives better results than the audio system. For the laughter and smile detection, under the same leave-one-out protocol, the fusion of the two monomodal systems significantly improves the performance of the system at the segmental evaluation.

Mon projet de doctorat a pour objet l'étude des facteurs pouvant influencer le métabolisme des médicaments et la variabilité interindividuelle dans la réponse aux médicaments. Mon projet cible plus précisément les Cytochromes P450 (CYP450), le système enzymatique majeur impliqué dans la biotransformation des médicaments. Mes travaux de recherche évaluent l'impact d’une condition pathologique, le diabète de type 2 (DT2), sur l'activité métabolique des CYP450s. Mes études comprennent un volet de métabolisme systémique chez le patient et un volet de métabolisme in vitro. Dans cette thèse, les résultats de mes recherches sont rapportés sous forme de présentation par articles. Le volet in vivo consistait en une étude de pharmacocinétique qui visait à évaluer l’impact du diabète sur l’activité métabolique de différentes isoformes des CYP450s en utilisant un cocktail de substrats-marqueurs. Des patients avec le DT2 et des sujets non diabétiques ont reçu une dose orale de notre cocktail VM/JT de substrats-marqueurs composé de caféine (CYP1A2), bupropion (CYP2B6), tolbutamide (CYP2C9), oméprazole (CYP2C19), dextrométhorphane (CYP2D6) et midazolam (CYP3A4/5) suivi d'une administration de chlorzoxazone (CYP2E1). Le protocole pour cette étude est détaillé dans l’article disponible à la section 2.1; manuscrit 1. Les concentrations plasmatiques et urinaires des médicaments marqueurs et de leurs métabolites spécifiques ont été quantifiées par LC-MS/MS suivant la méthode publiée dont l’article est disponible à l’annexe 1. Cette étude m’a permis de montrer que les patients avec le DT2 présenteraient une clairance systémique réduite via les isoformes CYP2B6, CYP2C19 et CYP3A. L’article présentant ces résultats se trouve à la section 2.1; manuscrit 2. Au cours de cette étude clinique, nous avons aussi évalué l’utilisation du 4-hydroxycholestérol comme biomarqueur endogène de l’activité du CYP3A dans une population avec le DT2 (objectif secondaire). Les conclusions démontrant la validité de ce biomarqueur sont disponibles dans l’article qui se trouve à la section 2.2; manuscrit 3. Le volet in vitro de mes travaux a permis d’évaluer au niveau du duodénum l’influence du DT2 sur l’expression de plusieurs CYP450s et transporteurs, ainsi que sur l’activité des CYP2B6, CYP2C9, CYP2J2 et CYP3A. Aucun impact significatif du DT2 n’a été mesuré sur l’expression d’ARNm des CYP450s et transporteurs testés exprimés dans des biopsies duodénales. Les niveaux d’activité mesurés à l’aide d’incubations avec des substrats-marqueurs des CYP450s dans des fractions S9 de biopsies duodénales étaient semblables chez des sujets avec le DT2 et des non diabétiques. L’article sur les résultats de ce volet in vitro est disponible à la section 2.3; manuscrit 4. Ces résultats suggèrent que les effets du diabète sur le métabolisme des substrat-marqueurs observés dans l’étude clinique peuvent s’expliquer par une modulation au niveau hépatique ou dans différentes sections de l’intestin. En accord avec ces résultats chez l’humain, notre groupe avait déjà rapporté que l’effet du diabète sur les CYP450s était isoforme et tissu spécifique chez la souris (annexe 2). L'objectif de ma thèse était de mieux comprendre les mécanismes sous-jacents à la variabilité dans la réponse aux médicaments observés chez les patients diabétiques, lesquels nécessitent fréquemment une polypharmacie. Les résultats de ces travaux permettront éventuellement d’optimiser la pharmacothérapie chez ces patients. / My PhD project evaluates factors that can influence drug metabolism and interindividual variability in drug response. More precisely, my thesis focuses on the major drug metabolizing enzymes, the cytochromes P450 (CYP450). My researches evaluated the impact of a pathological condition, namely type 2 diabetes (T2D), on CYP450 metabolic activities in two parts. First, the effect of diabetes on systemic metabolism was evaluated in patients. Then, in vitro experiments enabled us to measure the impact of T2D on organ-specific or metabolism. In this thesis, my research results are presented in 4 scientific papers. The in vivo part of my PhD research consisted of a pharmacokinetic study assessing metabolic activity of different isoforms of the CYP450s using a cocktail of probe drugs in T2D patients and non-diabetic subjects. All participants of both study groups received a dose of our oral VM/JT probe drugs cocktail consisting of caffeine (CYP1A2), bupropion (CYP2B6), tolbutamide (CYP2C9), omeprazole (CYP2C19), dextromethorphan (CYP2D6) and midazolam (CYP3A4/5) followed by a dose of chlorzoxazone (CYP2E1), alone. Study procedures are detailed in the protocol article (manuscrit 1) presented in section 2.1. Plasma and urine concentrations for all probe drugs and specific metabolites were quantified using a published LC-MS/MS method that is available in annexe 1. This study showed that patients with T2D exhibited reduced systemic clearances for the isoforms CYP2B6, CYP2C19 and CYP3A. Results of this pharmacokinetic research are presented in manuscrit 2 of section 2.1. As a secondary objective, this in vivo part of my PhD project enabled us to verify the validity of 4-hydroxycholesterol as an endogenous biomarker of CYP3A activity in a population with T2D. Conclusions showing its validity as an endogenous biomarker in such population are presented in section 2.2 (manuscrit 3). The in vitro part of my doctoral project evaluated in the intestines the influence of T2D on the mRNA expression of numerous CYP450 isozymes and drug transporters, as well as on metabolic activity of CYP2B6, CYP2C9, CYP2J2 and CYP3A. Using duodenal biopsies, no significant impact of T2D was detected on the mRNA expression levels of all tested CYP450s and transporters. Activity levels measured following incubations of probe-substrates in S9 fractions of duodenal biopsies obtained from patients with T2D and non-diabetic patients were similar. Results from this in vitro study are reported in section 2.3 (manuscrit 4) of this thesis. These results obtained in human subjects are in agreement with our previously published results showing isoform- and tissue-specific effects of T2D on CYP450s in mice (annexe 2). Overall, the central theme of this thesis is to better understand the underlying mechanisms of drug response variability observed in diabetic patients, whom often require polypharmacy, in order to eventually optimize drug therapy in those patients.

Les champignons mycorhiziens arbusculaires (CMA) sont très répandus dans le sol où ils forment des associations symbiotiques avec la majorité des plantes appelées mycorhizes arbusculaires. Le développement des CMA dépend fortement de la plante hôte, de telle sorte qu'ils ne peuvent vivre à l'état saprotrophique, par conséquent ils sont considérés comme des biotrophes obligatoires. Les CMA forment une lignée évolutive basale des champignons et ils appartiennent au phylum Glomeromycota. Leurs mycélia sont formés d’un réseau d’hyphes cénocytiques dans lesquelles les noyaux et les organites cellulaires peuvent se déplacer librement d’un compartiment à l’autre. Les CMA permettent à la plante hôte de bénéficier d'une meilleure nutrition minérale, grâce au réseau d'hyphes extraradiculaires, qui s'étend au-delà de la zone du sol explorée par les racines. Ces hyphes possèdent une grande capacité d'absorption d’éléments nutritifs qui vont être transportés par ceux-ci jusqu’aux racines. De ce fait, les CMA améliorent la croissance des plantes tout en les protégeant des stresses biotiques et abiotiques. Malgré l’importance des CMA, leurs génétique et évolution demeurent peu connues. Leurs études sont ardues à cause de leur mode de vie qui empêche leur culture en absence des plantes hôtes. En plus leur diversité génétique intra-isolat des génomes nucléaires, complique d’avantage ces études, en particulier le développement des marqueurs moléculaires pour des études biologiques, écologiques ainsi que les fonctions des CMA. C’est pour ces raisons que les génomes mitochondriaux offrent des opportunités et alternatives intéressantes pour étudier les CMA. En effet, les génomes mitochondriaux (mt) publiés à date, ne montrent pas de polymorphismes génétique intra-isolats. Cependant, des exceptions peuvent exister. Pour aller de l’avant avec la génomique mitochondriale, nous avons besoin de générer beaucoup de données de séquençages de l’ADN mitochondrial (ADNmt) afin d’étudier les méchanismes évolutifs, la génétique des population, l’écologie des communautés et la fonction des CMA. Dans ce contexte, l’objectif de mon projet de doctorat consiste à: 1) étudier l’évolution des génomes mt en utilisant l’approche de la génomique comparative au niveau des espèces proches, des isolats ainsi que des espèces phylogénétiquement éloignées chez les CMA; 2) étudier l’hérédité génétique des génomes mt au sein des isolats de l’espèce modèle Rhizophagus irregularis par le biais des anastomoses ; 3) étudier l’organisation des ADNmt et les gènes mt pour le développement des marqueurs moléculaires pour des études phylogénétiques. Nous avons utilisé l’approche dite ‘whole genome shotgun’ en pyroséquençage 454 et Illumina HiSeq pour séquencer plusieurs taxons de CMA sélectionnés selon leur importance et leur disponibilité. Les assemblages de novo, le séquençage conventionnel Sanger, l’annotation et la génomique comparative ont été réalisés pour caractériser des ADNmt complets. Nous avons découvert plusieurs mécanismes évolutifs intéressant chez l’espèce Gigaspora rosea dans laquelle le génome mt est complètement remanié en comparaison avec Rhizophagus irregularis isolat DAOM 197198. En plus nous avons mis en évidence que deux gènes cox1 et rns sont fragmentés en deux morceaux. Nous avons démontré que les ARN transcrits les deux fragments de cox1 se relient entre eux par épissage en trans ‘Trans-splicing’ à l’aide de l’ARN du gene nad5 I3 qui met ensemble les deux ARN cox1.1 et cox1.2 en formant un ARN complet et fonctionnel. Nous avons aussi trouvé une organisation de l’ADNmt très particulière chez l’espèce Rhizophagus sp. Isolat DAOM 213198 dont le génome mt est constitué par deux chromosomes circulaires. En plus nous avons trouvé une quantité considérable des séquences apparentées aux plasmides ‘plasmid-related sequences’ chez les Glomeraceae par rapport aux Gigasporaceae, contribuant ainsi à une évolution rapide des ADNmt chez les Glomeromycota. Nous avons aussi séquencé plusieurs isolats de l’espèces R. irregularis et Rhizophagus sp. pour décortiquer leur position phylogénéque et inférer des relations évolutives entre celles-ci. La comparaison génomique mt nous montré l’existence de plusieurs éléments mobiles comme : des cadres de lecture ‘open reading frames (mORFs)’, des séquences courtes inversées ‘short inverted repeats (SIRs)’, et des séquences apparentées aux plasimdes ‘plasmid-related sequences (dpo)’ qui impactent l’ordre des gènes mt et permettent le remaniement chromosomiques des ADNmt. Tous ces divers mécanismes évolutifs observés au niveau des isolats, nous permettent de développer des marqueurs moléculaires spécifiques à chaque isolat ou espèce de CMA. Les données générées dans mon projet de doctorat ont permis d’avancer les connaissances fondamentales des génomes mitochondriaux non seulement chez les Glomeromycètes, mais aussi de chez le règne des Fungi et les eucaryotes en général. Les trousses moléculaires développées dans ce projet peuvent servir à des études de la génétique des populations, des échanges génétiques et l’écologie des CMA ce qui va contribuer à la compréhension du rôle primorial des CMA en agriculture et environnement. / Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) are the most widespread eukaryotic symbionts, forming mutualistic associations known as Arbuscular Mycorrhizae with the majority of plantroots. AMF are obligate biotrophs belonging to an ancient fungal lineage of phylum Glomeromycota. Their mycelia are formed by a complex network made up of coenocytic hyphae, where nuclei and cell organelles can freely move from one compartment to another. AMF are commonly acknowledged to improve plant growth by enhancing mineral nutrient uptake, in particular phosphate and nitrate, and they confer tolerance to abiotic and biotic stressors for plants. Despite their significant roles in ecosystems, their genetics and evolution are not well understood. Studying AMF is challenging due to their obligate biotrophy, their slow growth, and their limited morphological criteria. In addition, intra-isolate genetic polymorphism of nuclear DNA brings another level of complexity to the investigation of the biology, ecology and function of AMF. Genetic polymorphism of nuclear DNA within a single isolate limits the development of efficient molecular markers mainly at lower taxonomic levels (i.e. the inter-isolate level). Instead, mitochondrial (mt) genomics have been used as an attractive alternative to study AMF. In AMF, mt genomes have been shown to be homogeneous, or at least much less polymorphic than nuclear DNA. However, by generating large mt sequence datasets we can investigate the efficiency and usefulness of developing molecular marker toolkits in order to study the dynamic and evolutionary mechanisms of AMF. This approach also elucidates the population genetics, community ecology and functions of Glomeromycota. Therefore, the objectives of my Ph.D. project were: 1) To investigate mitochondrial genome evolution using comparative mitogenomic analyses of closely related species and isolates as well as phylogenetically distant taxa of AMF; 2) To explore mt genome inheritance among compatible isolates of the model AMF Rhizophagus irregularis through anastomosis formation; and 3) To assess mtDNA and mt genes for marker development and phylogenetic analyses. We used whole genome shotgun, 454 pyrosequencing and HiSeq Illimina to sequence AMF taxa selected according to their importance and availability in our lab collections. De novo assemblies, Sanger sequencing, annotation and comparative genomics were then performed to characterize complete mtDNAs. We discovered interesting evolutionary mechanisms in Gigaspora rosea: 1) we found a fully reshuffled mt genome synteny compared to Rhizaphagus irregularis DAOM 197198; and 2) we discovered the presence of fragmented cox1 and rns genes. We demonstrated that two cox1 transcripts are joined by trans-splicing. We also reported an unusual mtDNA organization in Rhizophagus sp. DAOM 213198, whose mt genome consisted of two circular mtDNAs. In addition, we observed a considerably higher number of mt plasmidrelated sequences in Glomeraceae compared with Gigasporaceae, contributing a mechanism for faster evolution of mtDNA in Glomeromycota. We also sequenced other isolates of R. irregularis and Rhizophagus sp. in order to unravel their evolutionary relationships and to develop molecular toolkits for their discrimination. Comparative mitogenomic analyses of these mtDNAs revealed the occurrence of many mobile elements such as mobile open reading frames (mORFs), short inverted repeats (SIRs), and plasmid-related sequences (dpo) that impact mt genome synteny and mtDNA alteration. All together, these evolutionary mechanisms among closely related AMF isolates give us clues for designing reliable and efficient intra- and inter-specific markers to discriminate closely related AMF taxa and isolates. Data generated in my Ph.D. project advances our knowledge of mitochondrial genomes evolution not only in Glomeromycota, but also in the larger framework of the Fungal kingdom and Eukaryotes in general. Molecular toolkits developed in this project will offer new opportunities to study population genetics, genetic exchanges and ecology of AMF. In turn, this work will contribute to understanding the role of these fungi in nature, with potential applications in both agriculture and environmental protection.

La fusariose vasculaire du cyclamen est une maladie causée par le champignon tellurique Fusarium oxysporum f. sp. cyclaminis. Elle est considérée comme l’une des maladies les plus graves du cyclamen et se traduit par des pertes atteignant jusqu’à 50 % de la production. Actuellement, les moyens de lutte ne permettent pas de contrôler la maladie. Dans ce contexte, une collaboration s’est engagée entre l’institut technique de l’horticulture, Astredhor, représentant les producteurs, l’INRA de Dijon pour son expertise sur F. oxysporum et la société Agrene pour son expertise en lutte biologique. Les objectifs de cette collaboration étaient doubles : i) identifier un marqueur spécifique de la forme spéciale cyclaminis et développer un outil de détection de l’agent pathogène permettant de mettre en place des méthodes de lutte appropriées ; ii) identifier un agent de lutte biologique efficace contre le pathogène. Le travail s’est donc structuré autour de ces deux objectifs.Une collection de souches représentatives de la diversité des populations de F. oxysporum f. sp. cyclaminis a été constituée. Elle regroupe des souches provenant de collections internationales et des isolats obtenus de cyclamens symptomatiques ou non. L’analyse moléculaire de cette collection a permis de caractériser son importante diversité génétique et a mis en exergue la difficulté d’identifier un marqueur moléculaire spécifique. Néanmoins, un fragment d’ADN spécifique de l’agent pathogène a pu être mis en évidence par amplification aléatoire d’ADN polymorphe. A partir de ce fragment, un couple d’amorces spécifiques a été dessiné et un outil moléculaire a été développé. Ce dernier permet une détection du champignon in planta en PCR conventionnelle et en PCR en temps réel.Parallèlement, une étude bibliographique approfondie relative aux méthodes de lutte biologique contre les fusarioses induites par F. oxysporum sur les plantes ornementales a été effectuée. Cette revue a souligné la possibilité d’utiliser des ressources d’origine microbienne et d’origine végétale pour contrôler F. oxysporum, mais cette stratégie impliquant une étape de sélection nous est apparue lourde et laborieuse. Nous avons opté pour une autre démarche visant à identifier, parmi des produits déjà sur le marché, ceux susceptibles de réduire significativement la gravité de la maladie. Des bioessais ont été conduits en serre, dans des conditions proches de celles de la production pour tester sept produits reposant sur la formulation de bactéries, de champignons ou de combinaisons de ces microorganismes. Les produits les moins performants ont été éliminés à l’issue d’un premier essai. Des bioessais ont été conduits à nouveau avec trois produits. Un seul de ces produits donne satisfaction mais son efficacité devra être validée en conditions de production réelles.En conclusion, l’outil de détection spécifique permettra aux producteurs de s’assurer de la qualité sanitaire de la culture et des supports de culture. L’agent de lutte biologique retenu à l’issue de nos essais permettra dans un premier temps aux producteurs de prévenir le risque d’activité infectieuse de F. oxysporum f. sp. cyclaminis. Cependant, un travail de recherche d’un agent de lutte plus performant s’avère nécessaire. Des pistes sont proposées. / Fusarium wilt of cyclamen is one of the most damaging diseases of cyclamen. The causal agent, Fusarium oxysporum f. sp. cyclaminis, is a soil-borne fungus. Losses can reach more than 50 % of the production. Several methods of control are available, but none of them offer an efficient and environmentally friendly solution. In this context, a project was developed in collaboration with the French institute of horticulture, Astredhor, which represents the producers, the INRA of Dijon, for its expertise on F. oxysporum and the company Agrene for its expertise in biological control. The project has two goals: i) design a molecular marker specific of Fusarium oxysporum f. sp. cyclaminis allowing a better management of the disease, ii) identify one or several efficient biological control agents.A collection of strains representative of the diversity of F. oxysporum f. sp. cyclaminis populations was made up with strains from international collections and isolates collected from symptomatic and asymptomatic cyclamens. A molecular study of the collection demonstrated the high genetic diversity of the forma specialis, which makes the identification of a specific molecular marker more complicated. However, a specific DNA fragment was identified by random amplified polymorphic DNA. A primer pairs was designed and a specific tool of detection was developed. Thanks to this tool, it is now possible to detect the fungus in planta by conventional and real-time PCR.Simultaneously, a broad literature analysis on the biocontrol of ornamental plant diseases caused by F. oxysporum was performed. The review emphasized that biocontrol of F. oxysporum encompassed both microbial biocontrol agents and botanicals. To avoid the laborious and time-consuming screening step, we decided to assess the antagonistic activity of seven commercial products containing bacteria, fungi or a combination of both microorganisms. Greenhouse trials were performed under conditions similar to those of the production. First trial led to the exclusion of the less efficient products. Other trials were conducted with the three remaining products. Disease reduction was obtained with one of these products although it must be validated in production.Finally, the molecular tool of detection will allow producers to insure the health status of the culture. In addition, the efficient biocontrol agent identified will prevent the disease progress for a while but more investigations are needed to obtain reliable, efficient and sustainable biocontrol agents. Proposals to improve Fusarium wilt control are discussed.

En médecine, les analyses de population à grande échelle ont pour but d'obtenir des informations statistiques pour mieux comprendre des maladies, identifier leurs facteurs de risque, développer des traitements préventifs et curatifs et améliorer la qualité de vie des patients. Dans cette thèse, nous présentons d'abord le contexte médical de la maladie d'Alzheimer, rappelons certains concepts d'apprentissage statistique et difficultés rencontrées lors de l'application en imagerie médicale. Dans la deuxième partie, nous nous intéressons aux analyses transversales, c-a-d ayant un seul point temporel. Nous présentons une méthode efficace basée sur les séparateurs à vaste marge (SVM) permettant de classifier des lésions dans la matière blanche. Ensuite, nous étudions les techniques d'apprentissage de variétés pour l'analyse de formes et d'images, et présentons deux extensions des Laplacian eigenmaps améliorant la représentation de patients en faible dimension grâce à la combinaison de données d'imagerie et cliniques. Dans la troisième partie, nous nous intéressons aux analyses longitudinales, c-a-d entre plusieurs points temporels. Nous quantifions les déformations des hippocampes de patients via le modèle des larges déformations par difféomorphismes pour classifier les évolutions de la maladie. Nous introduisons de nouvelles stratégies et des régularisations spatiales pour la classification et l'identification de marqueurs biologiques.

Cette recherche menée au sein du pôle de recherche et développement de la société Perfect Memory s'intéresse à l'accompagnement de la mémoire familiale via un dispositif technique, interrogé par le prisme des sciences de l'information et de la communication. Elle propose la construction d'une approche d'éditorialisation du document numérique permettant à chacun de s'approprier son patrimoine culturel au travers de l'utilisation du dispositif technique co-construit, l'application Web Famille TM. L'interrogation du milieu socio-économique de la préservation et la valorisation du patrimoine culturel du particulier, auquel Perfect Memory appartient, nous amène à nous interroger sur les enjeux d'un rapprochement entre les notions de « numérique » et de « mémoire ». Un cadre théorique est ainsi construit, le document numérique est appréhendé comme support d'un exercice de la mémoire, permis par la médiation du dispositif technique. L'éditorialisation, en tant qu'ensemble d'opérations réalisées sur le document numérique par l'intermédiaire du dispositif technique, est placée au cœur de notre problématique axée sur les modalités d'accompagnement des pratiques mémorielles via le service Famille TM. La construction de notre approche d'éditorialisation est séparée en deux moments. Dans un premier temps, un corpus de documents numériques - productions familiales préservées par différentes institutions patrimoniales - est interrogé par une méthodologie sémiotique afin d'extraire les éléments saillants invariants à leur interprétation, que nous rassemblons sous l'appellation de marqueurs de mémoire. Dans un second temps, les catégories de marqueurs construits sont transcrites en recommandations éditoriales et ergonomiques destinées au dispositif technique Famille TM. Articulé jusqu'ici autour d'un axe unique - la documentarisation de l'archive -, le dispositif est enrichi de deux nouveaux modes - cinématographique et privé -, constituant autant de points d'entrée supplémentaires dans le document versé par l'utilisateur sur le service. L'approche d'éditorialisation du document est ainsi décomposée en trois modes, comportant chacun différents scénarii, articulation de fonctionnalités et d'une expérience utilisateur spécifiques, construits pour le service Famille TM. / This research project was made at the R&D department at Perfect Memory and focus on how to support family memory via a technological artifact. We question the artifact through the prism of information and communication sciences. The project offers to build a new approach, that of the editorialization of digital documents, enabling each user to rediscover their cultural heritage. This can be done by means of Famille TM, a co-built Web app. Following a study of the cultural heritage market as applied to private individuals, to whom Perfect Memory belongs, we proceed to a cross analysis of two concepts : "Digital" and "Memory". Starting from these, we built a theoretical framework in which we consider digital documents as a base for memory training. The technological artifact allows such training through a mediation process. Editorialization, as a set of processes made on the digital document through a technological artifact, appears as central to our concern: to design ways to support memory habits through Famille TM. We divide the construction of an editorialization approach into two steps. First, we build a corpus of digital documents - home movies - from various cultural heritage organizations. Then we interrogate the corpus through a semiotic methodology in order to gather salient and invariant elements in each interpretation. We name them memory markers. In a second step, we transcribe the markers categorization into editorial and ergonomic recommendations for Famille TM. Until today, the technological artifact consisted in one single mode: the documentation of archives. We introduce two extra modes: the cinematographic experience and the private experience. Each mode provides the user with an original entry point into documents uploaded on the app. To summarize our editorialization approach, we implement three modes into Famille TM and for each of them we design several scenarios made up of specific features and user experiences.

Le décret impérial du 15 octobre 1810 a fondé la première réglementation nationale sur lesétablissements classés. Il a jeté les bases de notre droit de l’environnement industriel et a créé lapremière nomenclature. L’analyse de plus de 140 textes de nomenclature parus depuis l’origine apermis de comprendre certaines évolutions de la société, tant la nomenclature constitue, depuisplus de deux siècles, un puissant marqueur sociétal. De plus, la nomenclature conditionnefortement l’effectivité de la loi. Si le décret a initialement visé à privilégier la liberté d’entreprise, ila progressivement évolué vers un droit plus protecteur des tiers, notamment en faveur du droit depropriété. La loi du 19 décembre 1917 sur les établissements classés a renforcé ce dispositif dansun sens globalement plus favorable aux tiers, puis à l’environnement. Mais aussi, au profit del’hygiène et de la sécurité des travailleurs qui avaient été délaissées. En contrepartie, la loi a rompuavec le principe de l’autorisation préalable en introduisant le régime de la déclaration, au bénéficedes exploitants. La loi du 19 juillet 1976 relative aux installations classées pour la protection del’environnement (ICPE) a repris ces dispositions, en les modernisant mais en innovant peu. Lanomenclature a vite connu de multiples transformations, qui se sont traduites par de nombreuxdéclassements d’établissements. Ainsi, le régime déclaratif n’a pas cessé de croître, tandis que lacréation en 2009 de l’enregistrement, intermédiaire entre la déclaration et l’autorisation, a conduità une réduction drastique de ce dernier régime. La transposition de directives européennesrécentes a encore renforcé ce processus, avec l’entrée d’une nouvelle nomenclature. Rarement unetelle régression du droit de l’environnement a été atteinte, d’autant qu’elle est amplifiée par unedissociation marquée entre les installations classées et le milieu récepteur. / The imperial decree of October 15th 1810 established the first national regulation on classifiedfacilities. It laid the ground for French law on the industrial environment by creating the firstnomenclature. An analysis of over 140 nomenclature texts published since then has providedinsight into a certain number of societal developments. Indeed, the nomenclature system has beena powerful social marker for more than two centuries. Furthermore, the effectiveness of the lawhas depended greatly on the nomenclature system. While its original objective was to fosterfreedom of enterprise, it gradually evolved towards a law protecting third parties, in particularregarding property rights. The Act of December 19th 1917 on classified facilities furtherstrengthened this purpose, generally placing the focus first on third parties and then on theenvironment. The act also favored workers’ health and safety, which had been ignored until then.On the other hand, the act abolished the principle of preliminary authorization by introducing adeclaration scheme for the benefit of operators. The Act of July 19th 1976 on classified facilities forenvironmental protection took over and modernized all of these provisions but without reallyintroducing any innovation. The nomenclature system rapidly underwent a series oftransformations that generally resulted in the decommissioning of numerous facilities. Thedeclaration scheme continued to expand. However, the creation of the registration scheme in 2009,which is somewhere between the declaration and authorization schemes, has led to a dramaticreduction in the reach of the latter. The transposition of recent European directives has spurredthis process by introducing a new nomenclature. Never before has such a regression onenvironmental law been reached, especially since it is combined with a marked separation betweenclassified facilities and the receiving environment.

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