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.

Chez les plantes à graine, l'albumen est un tissu nourricier surprenant, puisqu'il résulte de la double fécondation, qui est la fécondation concomitante de l'oosphère d'une part, et de la cellule mère de l'albumen, la cellule centrale, d'autre part. Dans cette thèse, nous étudions les pressions de sélection qui déterminent l'évolution de l'albumen et pourraient expliquer l'évolution (1) de la double fécondation, (2) d'un doublement des contributions maternelles dans la cellule centrale, (3) de la polysporie, qui consiste en la participation de plusieurs produits de méiose à la formation du gamétophyte, et (4) de l'empreinte parentale, l'expression différentielle des allèles maternels et paternels.Ces innovations modifient l'hétérozygotie dans le tissu nourricier et par conséquent, ont le potentiel de changer l'hétérosis de la graine. Dans cette thèse, nous commençons par étudier comment les changements génétiques qui découlent de la double fécondation, du doublement des contributions maternelles, de la polysporie et de l'empreinte parentale modifient l'hétérosis, ce qui peut jouer en faveur ou en défaveur de leurs évolutions. Puis, nous faisons une revue des données disponibles dans la littérature pour tester si ces traits sont le résultat d'un conflit mâle-femelle sur l'allocation des ressources. Enfin, nous étudions de manière expérimentale les patrons de l'allocation des ressources chez le maïs, pour tester si les embryons sont en compétition pour les ressources, ce qui est une des conditions nécessaires pour qu'un conflit sur l'allocation des ressources ait lieu.Nos modèles théoriques nous permettent de décrire un conflit mâle-femelle sur l'exposition des allèles délétères dans les tissus pour lesquels l'expression des gènes est asymétrique. Ce conflit n'avait jamais été décrit auparavant, et ouvre de nouvelles perspectives pour la compréhension de l'évolution de l'expression génétique. L'analyse des données indique que les théories alternatives à la théorie du conflit sur l'allocation des ressources ont parfois un bon pouvoir explicatif, et méritent par conséquent d'être d'avantage explorées. Enfin, notre étude expérimentale sur le maïs montre que la compétition entre embryons est prédominante lors de l'allocation des ressources chez cette espèce, ce qui est concordant avec les prédictions de la théorie du conflit sur l'allocation. / In seed plants, the endosperm is a surprising nutritive tissue, because it results from double fertilization, an eccentricity which results from the parallel fertilization of the egg cell on the one hand, and of the mother cell of the endosperm, the central cell, on the other hand. In this thesis, we study the selective pressures which drive the evolution of the endosperm and may explain the evolution of (1) double fertilization, (2) a doubling of maternal contributions in the central cell, (3) polyspory, the participation of several meiotic products to the gametophyte and (4) imprinting, the differential expression of maternal and paternal alleles. These innovations modify heterozygosity in the endosperm and as a consequence, have the potential to change heterosis in the seed. In this thesis, we first investigate how genetic changes that result from double fertilization, doubling of maternal contribution, polyspory and imprinting modify heterosis, which may play in favour or against the evolution of these traits. Second, we review the available data to test whether these traits are the result of a male-female conflict over resource allocation. Finally, we study experimentally patterns of resource allocation in maize to assess whether embryos compete for resources, which is a necessary condition for the conflict over resource allocation to occur. Our theoretical models allow us to describe a male-female conflict over the exposition of deleterious alleles in tissues with asymmetrical gene expression. This conflict had never been described before and opens perspectives for understanding the evolution of gene expression. We conclude from our analysis of data that theories which are alternative to the conflict theory over resource allocation may have a better explanatory power and therefore deserve to be further explored. Finally, our experimental study in maize shows that competition between embryos drives resource allocation in this species, which is consistent with predictions of the conflict over resource allocation theory.

Les familles de gènes impliqués dans le cancer et autres maladies génétiques se sont beaucoup élargies via deux Duplications Globales de Génome (DGG) qui ont eu lieu à l'origine des vertébrés. La rétention des copies de ces gènes implique une susceptibilité plus grande aux maladies génétiques et constitue une énigme du point de vue de l'évolution. Dans cette thèse, nous avons généralisé des modèles classiques de génétique des populations pour révéler le mécanisme non-adaptatif qui a conduit à cette conservation de gènes potentiellement délétères chez les vertébrés. Nous avons résolu un modèle déterministe haploïde, nous avons étendu ce modèle à des génomes diploïdes et nous avons analysé les effets de taille finie des populations et de la sélection positive par une approche stochastique. Les résultats montrent, en accord avec les données génomiques du cancer chez l'homme, que les copies DGG susceptibles aux mutations délétères dominantes sont conservées indirectement via la sélection de purification dans les espèces post-DGG, qui présentent nécessairement une incompatibilité de ploïdie avec la population pre-DGG. Les résultats obtenus en étendant des méthodes avancées d'inférence bayésienne, quantifiant les effets causaux directs, soutiennent l'hypothèse d'une influence directe de la susceptibilité aux mutations délétères dominantes sur la rétention des copies DGG. Ces résultats révèlent le mécanisme d'évolution non-adaptatif responsable de la rétention de gènes DGG susceptibles aux mutations délétères dominantes et notre extension de méthodes d'inférence bayesienne ouvre la voie à la quantification des relations causales directes dans un large ensemble de problématiques. / Gene families implicated in cancer and other genetic diseases have been greatly expanded through two rounds of whole-genome duplication (WGD) that occurred at the onset of jawed vertebrates. However, such gene duplicates are expected to lead to an enhanced susceptibility to genetic diseases, and thus their retention represents an evolutionary puzzle from a natural selection perspective. In this thesis, we have expanded classical population genetics models to reveal the non-adaptive mechanism through which such potentially deleterious ohnologs (WGD-duplicated genes) were retained in the vertebrate genomes. We have solved a deterministic haploid model, we have considered extensions to diploid genotypes, and we have analyzed population size effects and the impact of positive selection through a stochastic approach. The results demonstrate, consistently with available human cancer genome data, that ohnologs prone to dominant deleterious mutations are indirectly selected through purifying selection in post-WGD species, arisen through the ploidy incompatibility between post-WGD individuals and the rest of the pre-WGD population. Extending advanced Bayesian inference methods to quantify direct and indirect causal effects, we have found further supporting evidences for the direct role of the gene susceptibility to deleterious mutations on ohnolog retention. Our findings rationalize the evolutionary mechanism responsible for the expansion of ohnologs prone to dominant deleterious mutations, highlighting the role of WGD-induced speciation. Our extension of Bayesian inference methods paves the way for the identification of direct causal relationships in a huge variety of problems.