L'origine des eucaryotes est un problème important de la biologie évolutive, pour lequel de nombreuses hypothèses profondément différentes ont été proposées. L'une des stratégies majeures, pour discriminer ces hypothèses, est d'utiliser le fait qu'elles sont associées à des prédictions distinctes quant aux arbres phylogénétiques qui devraient être observés pour les gènes communs aux eucaryotes et aux archées ou aux eucaryotes et aux bactéries. C'est la problématique que j'ai étudiée au cours de ma thèse. J'ai réalisé des analyses phylogénétiques, à l'échelle génomique et à l'aide d'une approche semi-automatisée, pour tous les gènes présents chez les eucaryotes et les archées ou les bactéries. Mon analyse s'est appuyée sur une qualité méthodologique excellente en regard de la littérature existante sur le sujet. En particulier, j'ai développé de nouveaux principes et outils pour prendre en compte le remodelage constant des génomes procaryotes par les transferts horizontaux et les pertes de gènes. Ces innovations se sont révélées cruciales pour interpréter correctement les arbres de gènes à cette échelle évolutive, et mes résultats se distinguent nettement de ceux rapportés précédemment. Mon analyse a retrouvé, de façon très nette, les deux propriétés déjà connues du génome eucaryote : sa relation en apparence mosaïque aux archées et bactéries, et l'origine alphaproteobactérienne des mitochondries. Mon travail a ensuite permis de démontrer (i) que les gènes liant les eucaryotes aux alphaproteobactéries sont presque tous impliqués dans les fonctions de respiration et de synthèse protéique des mitochondries, et (ii) qu'il n'existe pas d'indices phylogénétiques pour une relation entre les eucaryotes et une lignée bactérienne autre que les alphaproteobactéries, contrairement à ce que prédisent une partie des hypothèses. De plus, mon travail montre clairement que les résultats obtenus par une approche phylogénomique large sur la question de la relation des eucaryotes et des archées dans l'arbre de la vie sont compatibles avec ceux obtenus par l'utilisation d'un jeu restreint de gènes universels. Mes données sont en effet favorables à ce que les eucaryotes branchent au voisinage du dernier ancêtre commun des archées. Mes résultats éclairent la problématique des origines des gènes eucaryotes avec une précision bien plus grande que celle qui avait été atteinte jusqu'alors. Ils montrent notamment l'absence de support phylogénétique pour les hypothèses basées sur une fusion impliquant une bactérie autre que l'ancêtre des mitochondries, et la relative rareté des gènes ayant une origine proto-mitochondriale avérée. Ces observations jouent en faveur des hypothèses se basant soit sur une origine précoce de la mitochondrie dans un hôte archéen, soit sur l'idée que les eucaryotes primitifs étaient fortement sujet aux transferts horizontaux de gènes / Pas de résumé en anglais

Les eucaryotes sont des organismes chimériques issus de l’endosymbiose entre une archéobactérie et une α-protéobactérie. Au cours de ce processus, ces organismes ont évolué de sorte à obtenir un grand nombre de caractéristiques observées chez les eucaryotes modernes, notamment une mitochondrie, un noyau, un système endomembranaire, un système d’épissage ou encore des chromosomes linéaires terminés par un télomère. Bien que les caractéristiques du dernier ancêtre commun des eucaryotes aient majoritairement été identifié, la suite des évènements évolutifs ayant mené à l’apparition de cet organisme demeure peu compris. Afin de mieux reconstruire cette suite d’évènements, l’analyse des génomes d’organismes basals aux eucaryotes sera nécessaire pour identifier des traces de cette évolution. Ainsi, nous proposons que l’analyse d’une collection de génomes d’eucaryotes « primitifs », les jakobides et malawimonades, des eucaryotes unicellulaires flagellés se nourrissant de bactéries, pourrait permettre une meilleure compréhension de ce processus. De plus, il a été supposé que le génome d’un de ces organismes, Andalucia godoyi, pourrait posséder des chromosomes circulaires, une caractéristique atypique chez les eucaryotes, une caractéristique qui pourra être confirmée par la production d’assemblage génomique de haute contigüité. Afin d’obtenir des assemblages génomiques de haute qualité, les jakobides A. godoyi, Jakoba bahamiensis, Seculamonas ecuadoriensis, Stygiella incarcerata et le malawimonades Malawimonas californiana ont été séquencés par nanopore. Le séquençage nanopore a présenté des résultats mitigés et les organismes J. bahamiensis et M. californiana ont présentés un faible rendement de séquençage, possiblement dû à la contamination par des polysaccharides. Pour les autres organismes, nous avons développé un pipeline d’assemblage utilisant les assembleurs Flye et Shasta qui nous a permis de produire des assemblages génomiques. L’analyse du génome de A. godoyi a permis d’identifier la présence de quatre chromosomes circulaires, possiblement localisés dans le noyau, contenant plusieurs gènes liés au métabolisme, au transport et à la signalisation et qui constituent possiblement un type de chromosome circulaire différent de ceux observés précédemment chez les eucaryotes. Dans l’ensemble, ces travaux ont permis la mise en place d’une collection de génome d’eucaryotes « primitifs » qui pourront être utilisés pour des analyse de génomique comparative afin de mieux comprendre l’évolution des eucaryotes. / Eucaryotes are chimeric organisms that are the product of an endosymbiotic event between an archaebacteria and an α-proteobacteria. During the eukaryogenesis, these organisms have gained many characteristics that defines modern eucaryotes such as a mitochondrion, a nucleus, an endomembrane system, the splicing machinery, and linear chromosome with telomeres. While most characteristics of the last common eukaryote ancestor have mostly been identified, most of the evolutionary process that led to this organism is still unknown. To reconstruct this string of event, we must analyse the genome of “primitive” basal eukaryotes with a slow evolutionary rate and a lifestyle like that of the last common eukaryotes ancestor, and thus are most likely to contain remains of ancestral mechanisms that have been lost in most known eukaryotes. We propose that this analysis of the genome of the jakobids and malawimonads, two groups are free-living flagellate that feeds on bacteria, could provide such clues on the evolution of eukaryotes. Using nanopore sequencing, a collection of high-quality genomes has been built to help in this analysis. Furthermore, it has been supposed that the genome of the jakobid Andalucia godoyi could be composed to both linear and circular chromosomes, a genomic structure that have not been identified in other eukaryotes, which was investigated using the high quality nanopore assembly. To generate a collection of high-quality genome assemblies, we have sequenced the genomes of the jakobids A. godoyi, Jakoba bahamiensis, Seculamonas ecuadoriensis and Stygiella incarcerata as well as the malawimonad Malawimonas californiana by nanopore. While the yields were too low for J. bahamiensis and M. californiana, probably due to a contamination by polysaccharides, we were able to assemble chromosome level genome for A. godoyi and S. incarcerata and high-quality draft genome for S. ecuadoriensis et R. americana. Using this assembly, we were able to identify four circular chromosomes in the genome of A. godoyi. The circular chromosomes are likely to be located in the nucleus and encodes genes with functions related to the metabolism, ions and macromolecules transport as well as signaling. Furthermore, these molecules differ from known circular chromosome in eukaryotes as they are unlikely to be selfish DNA elements, such as known eucaryotes plasmids, or circular by-product of replication identified in other eukaryotes. Overall, this work sets the bases for larger scale comparative genomics of the jakobids and malawimonads, by generating a small collection of genomes that will be used in future studies to better understand the origin of the eukaryotes.