Short interspersed nuclear elements (SINEs) are small non-autonomous and heterogeneous retrotransposons, widespread in animals and plants and usually differentially propagated in related species resulting in genome-specific copy numbers. Within the monocots, the Poaceae (sweet grasses) is the largest and economically most important plant family. The distribution of 24 Poaceae SINE (PoaS) families, five of which showing a subfamily structure, was analyzed in five important cereals (Oryza sativa, Triticum aestivum, Hordeum vulgare, Sorghum bicolor, Zea mays), the energy crop Panicum virgatum and the model grass Brachypodium distachyon. The comparative investigation of SINE abundance and sequence diversity within Poaceae species provides insights into their species‐specific diversification and amplification. The PoaS families and subfamilies fall into two length and structural categories: simple SINEs of up to 180 bp and dimeric SINEs larger than 240 bp. Of 24 PoaS families, 20 are structurally related across species, in particular either in their 5′ or 3′ regions. Hence, reshuffling between SINEs, likely caused by nested insertions of full-lengh and truncated copies, is an important evolutionary mechanism of SINE formation. Most striking, the recently evolved homodimeric SINE family PoaS‐XIV occurs exclusively in wheat (T. aestivum) and consists of two tandemly arranged PoaS‐X.1 copies. Exemplary for deciduous tree species, the evolutionary history of SINE populations was examined in six Salicaceae genomes (Populus deltoides, Populus euphratica, Populus tremula, Populus tremuloides, Populus trichocarpa, Salix purpurea). Four of eleven Salicaceae SINE (SaliS) families exhibit a subfamily organization. The SaliS families consist of two groups, differing in their phylogenetic distribution pattern, sequence similarity and 3’ end structure. These groups probably emerged at different evolutionary periods of time: during the ‘salicoid duplication’ (~ 65 million years ago) in the Salix-Populus progenitor, and during the separation of the genus Salix (~ 45 - 65 million years ago), respectively. Similar to the PoaS families, the majority of the 20 SaliS families and subfamilies share regions of sequence similarity, providing evidence for SINE emergence by reshuffling. Furthermore, they also contain an evolutionarily young dimeric SINE family (SaliS-V), amplified only in two poplar genomes. The special feature of the Salicaceae SINEs is the contrast of the conservation of 5’ start motifs across species and SINE families compared to the high variability of 3’ ends within the SINE families, differing in sequence and length, presumably resulting from mutations in the poly(A) tail as a possible route for SINE elongation. Periods of increased transpositional activity promote the dissemination of novel 3’ ends. Thereby, evolutionarily older motifs are displaced leading to various 3’ end subpopulations within the SaliS families. Opposed to the PoaS families with a largely equal ratio of poly(A) to poly(T) tail SINEs, the SaliS families are exclusively terminated by adenine stretches. Among retrotransposon-based markers, SINEs are highly suitable for the development of molecular markers due to their unidirectional insertion and random distribution mainly in euchromatic genome regions, together with an easy and fast detection of the heterogeneous SINE families. As a prerequisite for the development of SINE-derived inter-SINE amplified polymorphism (ISAP) markers, 13 novel Theaceae SINE families (TheaS-I - TheaS-VII, TheaS-VIII.1 and TheaS-VIII.2, TheaS-IX - TheaS-XIII) were identified in the angiosperm tree species Camellia japonica. Moreover, six Pinaceae SINE families (PinS-I.1 and PinS-I.2, PinS-II – PinS-VI) were detected in the gymnosperm species Larix decidua. Compared to the SaliS and PoaS families, structural relationships are less frequent within the TheaS families and absent in the PinS families. The ISAP analysis revealed the genetic identity of Europe’s oldest historical camellia (C. japonica) trees indicating their vegetative propagation from the same ancestor specimen, which was probably the first living camellia on European ground introduced to England within the 18th century. Historical sources locate the native origin of this ancestral camellia specimen either in the Chinese province Yunnan or at the Japanese Gotō Islands. Comparative ISAPs showed no accordance to the Gotō camellia sample pool and appropriate Chinese reference samples were not available. However, the initial experiments demonstrated the potential of ISAP to resolve variations among natural populations. The ISAP application on angiosperm trees also concerned fast growing Populus clones grown in short rotation coppice plantations for energy production. The species-specific P. tremula ISAP primers might also be applied for the discrimination of hybrid poplar clones involving P. tremuloides genome portions, since SINEs of these two species are highly related. However, due to lineage-specific SINE evolution during speciation, cross-species applications are generally only successful to limited extent. The analysis of poplar hybrids composed of P. maximowiczii with either P. trichocarpa or P. nigra based on P. tremula ISAP primers showed a strongly reduced resolution. In forestry, hybrid larch (e.g. Larix × eurolepis) genotypes have to be selected from the offspring of Japanese (Larix kaempferi) and European larch (Larix decidua) crosses, as they exhibit superior growth rates compared to the parental species. Initial ISAP-based examinations of European larch genotypes provided less polymorphic banding patterns, probably resulting from general high levels of synteny and collinearities reported for gymnosperm species. Hence, the ISAP was combined with the AFLP technique to the novel marker system inter-SINE-restriction site amplified polymorphism (ISRAP). The amplicons originating from genomic regions between SINEs and EcoRI cleavage sites were visualized with the sensitive capillary gel electrophoresis. The ISRAP assays, based on EcoRI adapter primers combined with two different SINE-derived primers, resulted in a sufficient number of polymorphic peaks to distinguish the L. decidua genotypes investigated. Compared to ISAPs, the ISRAP approach provides the required resolution to differentiate highly similar larch genotypes.

[ES] El trabajo realizado en la presente tesis pretende contribuir a la puesta en valor de las variedades tradicionales valencianas de tomate. En primer lugar se aborda la caracterización de una colección de 69 entradas de variedades valencianas de tomate de ocho tipos varietales ('De Borseta', 'Cherry', 'Cor¿, 'De Penjar', 'Plana', 'De Pruna', 'Redona' y 'Valenciana') con 64 descriptores convencionales y 38 características del Tomato Analyzer. Se ha puesto de manifiesto que el uso de forma complementaria de la herramienta fenómica del Tomato Analyzer es una nueva estrategia para la caracterización y clasificación de las variedades locales de tomate, así como para la distinción entre tipos varietales relacionados. A pesar del uso generalizado de los descriptores estandarizados de tomate, hay poca información sobre los efectos ambientales sobre los valores de los descriptores y sobre su herencia. La evaluación de 12 entradas de tomate procedentes de siete tipos varietales en tres ambientes diferentes (cultivo convencional aire libre, cultivo ecológico aire libre e invernadero) mediante el uso de 36 descriptores, ha permitido establecer la influencia del sistema de cultivo sobre estos descriptores, encontrándose una amplia gama de variación, y demostrando su utilidad para describir los materiales de tomate, su diversidad y relaciones. Por otra parte, puede ser muy interesante asociar características saludables como un elevado contenido en vitaminas o sustancias antioxidantes beneficiosas para la salud. El análisis de 69 entradas locales valencianas de tomate procedentes de ocho tipos varietales para caracteres como contenido en distintos azúcares, ácidos y antioxidantes puso de manifiesto diferencias significativas entre los tipos varietales ensayados para la mayoría de las características. Los tipos varietales 'Cherry' y 'De Penjar' presentaban mayor materia seca, contenido de sólidos solubles, acidez titulable, índice de sabor, ß-caroteno, ácido ascórbico, fenólicos totales y actividad antioxidante que los otros grupos. Los resultados obtenidos serán útiles para la diferenciación, mejora y selección de variedades locales de tomate con propiedades organolépticas mejoradas. Los estudios de caracterización y tipificación de las variedades tradicionales de tomate son imprescindibles para detectar factores que dificultan su puesta en valor y fomento de la explotación comercial. En este sentido, dentro de esta tesis se han caracterizado 3 poblaciones de tomate 'Valenciana d'El Perelló'. La menor productividad de las selecciones ensayadas en comparación con el control comercial parece ser debida a una concentración de la producción en los 2-3 primeros ramilletes de la planta. En el programa de selección y mejora del tomate 'Valenciana d¿El Perelló' que se ha realizado se dispone de selecciones con una distribución de cuajado mucho más uniforme. Por otra parte, una forma muy interesante de potenciar su cultivo, es obtener variedades resistentes al ToMV, derivándose un conjunto de linajes de este tomate con el gen Tm22 que confiere resistencia al ToMV. En cuanto a la adaptación a las condiciones agroclimáticas locales de las variedades tradicionales, esta característica es fundamental de este tipo de variedades. Así, las plantas de tomate del tipo 'De Penjar', han sido cultivadas tradicionalmente en la región mediterránea. Estos materiales están adaptados a condiciones de campo abierto bajo condiciones de bajo consumo de recursos. Sin embargo, el cultivo bajo invernadero se está expandiendo debido al aumento de su demanda. La evaluación de 12 variedades (siete entradas tradicionales, tres selecciones y dos híbridos) del tipo 'De Penjar' en cultivo al aire libre y en cultivo bajo invernadero ha revelado un alto impacto del ambiente de cultivo sobre las propiedades morfológicas, agronómicas y químicas de variedades de tomate 'De Penjar'y sugiere la necesidad de desarrollar variedade / [CA] El treball realitzat en la present tesi pretén contribuir a la posada en valor de les varietats tradicionals valencianes de tomàquet. En primer lloc s'aborda la caracterització d'una col·lecció de 69 entrades de varietats valencianes de tomàquet de vuit tipus varietals ( 'De Borseta', 'Cherry', 'Cor',' De penjar ',' Plana ',' De Pruna ', 'Redona' i 'Valenciana') amb 64 descriptors convencionals i 38 característiques del Tomato Analyzer. S'ha posat de manifest que l'ús de forma complementària de l'eina fenómica del Tomato Analyzer és una nova estratègia per a la caracterització i classificació de les varietats locals de tomàquet, així com per la distinció entre tipus varietals relacionats. Malgrat l'ús generalitzat dels descriptors estandarditzats de tomàquet, hi ha poca informació sobre els efectes ambientals sobre els valors dels descriptors i sobre la seva herència. L'avaluació de 12 entrades de tomàquet procedents de set tipus varietals en tres ambients diferents (cultiu convencional aire lliure, cultiu ecològic aire lliure i hivernacle) mitjançant l'ús de 36 descriptors, ha permès establir la influència del sistema de cultiu sobre aquests descriptors, trobant una àmplia gamma de variació, i demostrant la seva utilitat per descriure els materials de tomàquet, la seva diversitat i relacions. D'altra banda, pot ser molt interessant associar característiques saludables com un elevat contingut en vitamines o substàncies antioxidants beneficioses per a la salut. L'anàlisi de 69 entrades locals valencianes de tomàquet procedents de vuit tipus varietals per a caràcters com a contingut en diferents sucres, àcids i antioxidants va posar de manifest diferències significatives entre els tipus varietals assajats per a la majoria de les característiques. Els tipus varietals 'Cherry' i 'De penjar' presentaven major matèria seca, contingut de sòlids solubles, acidesa, índex de gust, ß-carotè, àcid ascòrbic, fenòlics totals i activitat antioxidant que els altres grups. Els resultats obtinguts seran útils per a la diferenciació, millora i selecció de varietats locals de tomàquet amb propietats organolèptiques millorades. Els estudis de caracterització i tipificació de les varietats tradicionals de tomàquet són imprescindibles per detectar factors que en dificulten la posada en valor i foment de l'explotació comercial. En aquest sentit, dins d'aquesta tesi s'han caracteritzat març poblacions de tomàquet 'Valenciana d'El Perelló'. La menor productivitat de les seleccions assajades en comparació amb el control comercial sembla ser deguda a una concentració de la producció en els 2-3 primers ramells de la planta. En el programa de selecció i millora del tomàquet 'Valenciana d'El Perelló' que s'ha realitzat es disposa de seleccions amb una distribució de quallat molt més uniforme. D'altra banda, una forma molt interessant de potenciar el seu cultiu, és obtenir varietats resistents al ToMV, derivant un conjunt de llinatges d'aquest tomàquet amb el gen Tm22 que confereix resistència al ToMV. Pel que fa a l'adaptació a les condicions agroclimàtiques locals de les varietats tradicionals, aquesta característica és fonamental d'aquest tipus de varietats. Així, les plantes de tomàquet del tipus 'De penjar', han estat cultivades tradicionalment a la regió mediterrània. Aquests materials estan adaptats a condicions de camp obert sota condicions de baix consum de recursos. No obstant això, el cultiu sota hivernacle s'està expandint causa de l'augment de la seva demanda. L'avaluació de 12 varietats (set entrades tradicionals, 3 seleccions i dues híbrids) del tipus 'De penjar' en cultiu a l'aire lliure i en cultiu sota hivernacle ha revelat un alt impacte de l'ambient de cultiu sobre les propietats morfològiques, agronòmiques i químiques de varietats de tomàquet 'De Penjar'y suggereix la necessitat de desenvolupar varietats específiques adaptades a cultiu baix hivernacle / [EN] The work carried out in this thesis aims to contribute to the valorisation of the traditional Valencian tomato varieties. First, the characterization of a collection of 69 entries of Valencian tomato varieties of eight varietal types ('De Borseta', 'Cherry', 'Cor',' De Penjar ',' Plana ',' De Pruna ', 'Redona' and 'Valenciana') with 64 conventional descriptors and 38 characteristics of the Tomato Analyzer. It has been shown that the complementary use of the Tomato Analyzer's phenomic tool is a new strategy for the characterization and classification of local tomato varieties, as well as for the distinction between related varietal types. Despite the widespread use of standardized tomato descriptors, there is little information about the environmental effects on the values of the descriptors and their inheritance. The evaluation of 12 entries of tomato from seven varietal types in three different environments (conventional open air cultivation, open air ecological cultivation and greenhouse) through the use of 36 descriptors, has allowed to establish the influence of the cultivation system on these descriptors, being a wide range of variation, and demonstrating its usefulness to describe tomato materials, their diversity and relationships. On the other hand, it can be very interesting to associate healthy characteristics such as a high content of vitamins or antioxidant substances beneficial to health. The analysis of 69 Valencian local tomato entries from eight varietal types for characters as content in different sugars, acids and antioxidants revealed significant differences between the varietal types tested for most of the characteristics. The varietal types 'Cherry' and 'De Penjar' had higher dry matter, content of soluble solids, acidity, flavor index, ß-carotene, ascorbic acid, total phenolic and antioxidant activity than the other groups. The results obtained will be useful for the differentiation, improvement and selection of local tomato varieties with improved organoleptic properties. Characterization and typification studies of traditional tomato varieties are essential to detect factors that make it difficult to value and promote commercial exploitation. In this sense, within this thesis 3 populations of tomato 'Valenciana d'El Perelló' have been characterized. The lower productivity of the selections tested compared to the commercial control seems to be due to a concentration of the production in the first 2-3 bunches of the plant. In the program of selection and improvement of the tomato 'Valenciana d'El Perelló' that has been made, selections are available with a much more uniform fruit set distribution. On the other hand, a very interesting way to enhance their crop is to obtain varieties resistant to ToMV, deriving a set of lineages of this tomato with the Tm22 gene that confers resistance to ToMV. Regarding the adaptation to the local agroclimatic conditions of the traditional varieties, this characteristic is fundamental of this type of varieties. Thus, tomato plants of the 'De Penjar' type have traditionally been grown in the Mediterranean region. These materials are adapted to open field conditions under conditions of low resource consumption. However, greenhouse cultivation is expanding due to the increase in demand. The evaluation of 12 varieties (seven traditional entrances, three selections and two hybrids) of the 'De Penjar' type in outdoor cultivation and in greenhouse cultivation has revealed a high impact of the cultivation environment on the morphological, agronomic and chemical properties of varieties of tomato 'De Penjar' and suggests the need to develop specific varieties adapted to greenhouse cultivation. / Figás Moreno, MDR. (2019). CARACTERIZACIÓN, TIPIFICACIÓN, SELECCIÓN Y MEJORA GENÉTICA DE VARIEDADES VALENCIANAS DE TOMATE [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/119449 / TESIS

Visual pigments are light sensitive receptors in the eye that form the basis of sensory visual transduction. This thesis presents three studies that explore visual pigment proteins in vertebrates using a number of computational and experimental methods in an evolutionary framework. The objective is not only to identify, but also to experimentally investigate the functional consequences of genetic variation in vertebrate visual pigments. The focus is on great bowerbirds (Chlamydera nuchalis), which are a model system in visual ecology due to their spectacular behaviour of building and decorating courtship bowers. There are 4 chapters: Chapter 1 introduces background information on visual pigments and vision in birds. Among visual pigment types, the short-wavelength-sensitive (SWS1) pigments have garnered particular interest due to the broad spectral range among vertebrates and the importance of UV signals in communication. Chapter 2 investigates the evolutionary history of SWS1 in vertebrates with a view toward its utility as a phylogenetic marker. Chapter 3 investigates SWS1 evolution and short-wavelength vision in birds, with particular focus on C. nuchalis and its SWS1. The evolution of spectral tuning mechanisms mediating UV/violet vision in passerines and parrots is elucidated in this chapter using site-directed mutagenesis, protein expression, and phylogenetic recreation of ancestral opsins. While cone opsins mediate colour vision in bright light, the rhodopsin visual pigment contained in rod photoreceptors is critical for dim light vision. Detailed characterization of rhodopsin function has only been conducted on a few model systems. Chapter 4 examines C. nuchalis RH1 using a number of functional assays in addition to absorbance spectra, including hydroxylamine sensitivity and the rate of retinal release. This chapter includes an investigation into the role of amino acid mutations typical of dim-light adapted vertebrates, D83N and A292S, in regulating functional properties of bovine and avian RH1s using site-directed mutagenesis. Together these chapters describe naturally occurring mutations in visual pigments and explore the way they can influence visual perception. These represent one of the few investigations of visual pigments from a species that is not a model lab organism and form a significant contribution to the field of visual pigment biochemistry and evolution.

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.

In dieser Arbeit zu genetischen Analysen für die Vorbereitung eine markergestützten Selek-tion auf Trockenstresstoleranz bei der Winterackerbohne wurden 196 Winterackerbohnen-Inzuchtlinien und vier Sommerackerbohnen-Inzuchtlinien genotypisiert. Diese Inzuchtlinien wurden außerdem hinsichtlich der Physiologie-Merkmale Spad-Wert, Membranstabilitäts-index, Blattwassergehalt, Gesamtgehalt löslicher Zucker sowie Prolin- und Glycinbetainge-halt in je einer Kontroll- und einer Stressbehandlung phänotypisiert. Anhand eines Verifika-tionssatzes von 40 der 196 Winterackerbohnen-Inzuchtlinien wurden korrelative Verbin-dungen zwischen den physiologischen Merkmalen sowie feldbasierten und züchterisch relevanten Merkmalen wie bspw. Ertrag gesucht. Diese feldbasierten Merkmale wurden mit Hilfe von Rain-Out-Sheltern an den Standorten Göttingen und Groß Lüsewitz in den Jahren 2010/2011, 2012 und 2012/2013 erfasst. Ferner wurden die Möglichkeiten einer Simulation von Trockenstressreaktionen anhand dieses Verifikationssatzes durch Sikkationsversuche mit Kaliumjodidapplikation untersucht. Es konnten keine eindeutigen Beziehungen zwi-schen der Stressreaktion induziert durch Wassermangel und durch Kaliumjodidapplikation ermittelt werden. Außerdem wurden keine eindeutigen Beziehungen der physiologischen Merkmale zu den feldbasierten Trockenstressresultaten gefunden. Mittels einer Kartierungspopulation von 101 RIL wurde eine genetische Karte der Acker-bohne mit zwölf Kopplungsgruppen bestehend aus insgesamt 1451 Markern und einer Län-ge von 1633,2 cM erstellt. Fünf dieser Kopplungsgruppen konnten als Fragmente identifi-ziert werden. Die verbleibenden sieben Kopplungsgruppen wurden mit den verwendeten SNP-Markern mittelbar den sechs Chromosomen der Ackerbohne zugeordnet. Hierbei stel-len z. B. die erste und vierte Kopplungsgruppe gemeinsam eine Kopplungsgruppe dar. Die so kartierten Marker wurden hinsichtlich ihres Spaltungsverhältnisses innerhalb des A-Satzes – bestehend aus 189 der 196 phänotypisierten Winterackerbohnen-Inzuchtlinien – überprüft und für eine Assoziationsanalyse mit den Physiologiemerkmalen ausgewählt. Das Gametenphasenungleichgewicht zwischen 323 610 Markerpaaren wurde ihrer jeweiligen Distanz auf der genetischen Karte gegenübergestellt. Es konnte gezeigt werden, dass in der Entstehungsgeschichte des untersuchten Materials das Gametenphasenungleichgewicht durch Rekombination stark abgebaut wurde. In die Assoziationsanalyse flossen insgesamt 1322 Marker ein. Mittels dieser molekularen Marker konnten insgesamt sechs QTL für Physiologie-Merkmale identifiziert werden. Dabei entfiel je ein QTL auf die Merkmale absolute Differenz im Glycinbetaingehalt zwischen Stress- und Kontrollbehandlung und Glycinbetaingehalt in der Kontrollbehandlung. Vier QTL konnten für die absolute Differenz zwischen dem Prolingehalt in der Stress- und Kontroll-behandlung identifiziert werden. Die gefundenen QTL können anhand der vorliegenden feldbasierten Verifikationsdaten nicht als markergestützte Selektionsmöglichkeit auf Tro-ckenstresstoleranz empfohlen werden. Der nächste Schritt ist demzufolge, mittels feldba-sierter Prüfungen der Inzuchtlinien in realen, relevanten Trockenstresslagen über ausrei-chend viele Orte und Jahre die Bedeutung der physiologischen Merkmale weiter zu prüfen.

Visual pigments are light sensitive receptors in the eye that form the basis of sensory visual transduction. This thesis presents three studies that explore visual pigment proteins in vertebrates using a number of computational and experimental methods in an evolutionary framework. The objective is not only to identify, but also to experimentally investigate the functional consequences of genetic variation in vertebrate visual pigments. The focus is on great bowerbirds (Chlamydera nuchalis), which are a model system in visual ecology due to their spectacular behaviour of building and decorating courtship bowers. There are 4 chapters: Chapter 1 introduces background information on visual pigments and vision in birds. Among visual pigment types, the short-wavelength-sensitive (SWS1) pigments have garnered particular interest due to the broad spectral range among vertebrates and the importance of UV signals in communication. Chapter 2 investigates the evolutionary history of SWS1 in vertebrates with a view toward its utility as a phylogenetic marker. Chapter 3 investigates SWS1 evolution and short-wavelength vision in birds, with particular focus on C. nuchalis and its SWS1. The evolution of spectral tuning mechanisms mediating UV/violet vision in passerines and parrots is elucidated in this chapter using site-directed mutagenesis, protein expression, and phylogenetic recreation of ancestral opsins. While cone opsins mediate colour vision in bright light, the rhodopsin visual pigment contained in rod photoreceptors is critical for dim light vision. Detailed characterization of rhodopsin function has only been conducted on a few model systems. Chapter 4 examines C. nuchalis RH1 using a number of functional assays in addition to absorbance spectra, including hydroxylamine sensitivity and the rate of retinal release. This chapter includes an investigation into the role of amino acid mutations typical of dim-light adapted vertebrates, D83N and A292S, in regulating functional properties of bovine and avian RH1s using site-directed mutagenesis. Together these chapters describe naturally occurring mutations in visual pigments and explore the way they can influence visual perception. These represent one of the few investigations of visual pigments from a species that is not a model lab organism and form a significant contribution to the field of visual pigment biochemistry and evolution.

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