Les différentes composantes des génomes et leur agencement sont issus de divers processus moléculaires. L'activité des éléments transposables (i.e. séquences d'ADN capables de se déplacer et se multiplier dans le génome) et l'augmentation du niveau de ploïdie (i.e. ensemble du nombre de chromosomes du noyau cellulaire) semblent avoir eu des rôles importants dans l'évolution de l'architecture des génomes des eucaryotes pluricellulaires. La polyploïdie se rencontre principalement chez les plantes mais elle se rencontre épisodiquement aussi dans des taxons animaux. De plus, plusieurs évènements de doublement de génome semblent avoir eu un impact sur la diversification des vertébrés. Les éléments transposables et la polyploïdie auraient des impacts non négligeables sur la diversification phénotypique des êtres vivants. Leur variation serait alors soumise à des processus sélectifs. Ces deux phénomènes pourraient interagir pour structurer les génomes. Selon différentes théories, l'augmentation du niveau de ploïdie aurait pour conséquence une augmentation du nombre d'insertions d'éléments transposables dans le génome. La plupart des études empiriques sont principalement basées sur des plantes allopolyploïdes et peu d'études se sont focalisées sur l'interaction entre la polyploïdie et les éléments transposables chez les animaux. Cette thèse de doctorat avait plusieurs objectifs. D'une part, cette thèse devait éclaircir l'histoire évolutive du complexe d'espèces Daphnia pulex. D'autre part, cette thèse avait pour but de tester l'effet du niveau de ploïdie sur un élément transposable de classe II, Pokey, en nature dans le complexe Daphnia pulex. Daphnia pulex est un petit crustacé d'eau douce. Les espèces de ce complexe se retrouvent dans les étangs et les lacs d'Amérique du Nord et d'Europe. Il existe une variation du mode de reproduction dans les populations (parthénogénétique cyclique ou obligatoire). Des lignées hybrides diploïdes et polyploïdes ont des origines multiples. Ce complexe présente un patron de polyploïdie géographique avec des diploïdes dans les régions tempérées et des polyploïdes dans les régions subarctiques et arctiques. L'importance de l'hybridation et le niveau de ploïdie dans ce complexe ont été réévalués. L'impact de la polyploïdie sur la densité de Pokey a été évalué en utilisant une technique de « TE display ». L'évolution des séquences de l'élément Pokey dans les lignées hybrides a été décrite avec des analyses phylogénétiques. Les données récoltées grâce à la cytométrie en flux combinées à l'analyse microsatellite ont révélé que la plupart des clones polyploïdes dans le complexe D. pulex sont triploïdes et non tétraploïdes comme le suggéraient les études antérieures. Les clones triploïdes sont probablement issus d'interactions entre des populations sexuées et asexuées. Diverses analyses sur les données microsatellites ont permis de séparer les populations hybrides des espèces dont elles sont issues. Les populations hybrides sont composées d'hybrides diploïdes et polyploïdes avec des mitochondries D. pulex et certaines lignées avec des mitochondries D. pulicaria. Les analyses conjuguées des données microsatellites et d'un gène nucléaire ont permis d'éclaircir les relations évolutives entre un groupe d'espèces où le maintien du polymorphisme ancestral et l'hybridation affectent les relations phylogénétiques observées en n'analysant qu'un seul gène. Cette étude montre que l'hybridation et l'introgression ont joué un rôle important dans l'évolution de ce complexe. Le nombre d'insertions TE a été comparé entre des diploïdes (14) et des polyploïdes (13) hybrides en utilisant une technique de « TE display ». Bien que le nombre moyen de sites d'insertion était plus élevé chez les polyploïdes que chez les diploïdes cette différence n'était pas statistiquement significative. De nombreux évènements de recombinaisons ont été révélés dans des allèles de Pokey dans des lignées diploïdes et polyploïdes du complexe pulex. Des analyses phylogénétiques et de recombinaison ont montré que la recombinaison est une force majeure qui façonne l'évolution du transposon Pokey. Cette thèse de doctorat présente donc divers patrons et processus génétiques se déroulant lors de la formation du complexe d'espèces Daphnia pulex. L'hybridation et la polyploïdie semblent avoir eu un impact significatif sur la diversification et possiblement sur l'adaptation de populations à différents environnements. L'absence d'augmentation du nombre d'insertions d'éléments transposables pourrait être expliquée par une augmentation de ceux-ci dans les lignées diploïdes hybrides parentes. L'intégration d'une vision écosystémique du génome pourrait permettre de mieux comprendre comment les génomes se structurent au cours de l'évolution. Des études en écologie évolutive et expérimentales permettraient de répondre à différentes hypothèses proposées lors de cette étude. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Polyploïdie, hybridation, transposon, complexe d'espèces, Daphnia pulex

Différents marqueurs moléculaires ont été utilisés au cours des deux dernières décennies pour des études systématiques des espèces bactériennes à différents niveaux taxinomiques. L'apparition de nouvelles méthodes d'identification et de classification des espèces bactériennes telles que la taxonomie numérique et la taxonomie phylogénétique ont amenées à la révision de plusieurs taxa bactériens. Dans l'Ordre des Bacillales et dans la Classe des y-protéobactéries par exemple, ces méthodes ont aboutit à la révision de la famille des Bacillaceae et du genre Xanthomonas, respectivement. Compte tenu de l'importance des bactéries des points de vue économique, environnemental et médical, le travail d'identification et de classification des bactéries demeure un enjeu majeur pour les bactériologistes. Nous proposons dans cette thèse d'évaluer un marqueur d'ADN basé sur une courte séquence nucléotidique située à l'extrémité 3' du gène 16S ARNr et l'extrémité 5' de la région inter-génique 16S-23S (ITS) pour l'identification et la classification des bactéries à Gram-positif et à Gram-négatif à différents niveaux taxonomiques : Classe, Ordre, famille et genre. Dans le premier chapitre, la phylogénie des bactéries de l'ordre des Bacillales a été construite à l'aide d'un marqueur d'ADN de 220 paires de bases (pb). Il s'agit d'une combinaison des 150 dernières pb de l'extrémité 3' du gène 16S de l'ARNr et des 70 premières paires de bases de l'extrémité 5' de la région inter-génique 16S-23S (ITS). Au total, 72 espèces et souches de l'Ordre des Bacillales, réparties en huit familles et 21 genres ont été analysées. Un arbre phylogénétique a été construit et sa robustesse a été statistiquement établie par une analyse bootstrap. Huit groupes ont été révélés et chaque groupe a été subdivisé en sous-groupes et branches. L'arbre phylogénétique ainsi construit à l'aide du marqueur de 220 pb est en général conforme à l'arbre phylogénétique obtenu à partir du gène 16S de l'ARNr et basé sur les données phénétiques et moléculaires. Nos résultats indiquent que le marqueur présente un pouvoir résolution supérieur à celui du gène 16S de l'ARNr. Dans le deuxième chapitre, le pouvoir de résolution du marqueur de 220 pb a été évalué à un niveau taxonomique très inférieur à l'Ordre des Bacillales : le groupe Bacillus cereus. Au cours de cette étude, 129 allèles de huit espèces bactériennes dont entre autres quatre espèces du groupe B. cereus ont été analysés. L'arbre phylogénétique construit a révélé quatre groupes majeurs et des sous-groupes. Le marqueur de 220 pb a permis une discrimination au niveau du genre mais n'a pas permis de distinguer les quatre espèces phylogénétiquement très proches du groupe B. cereus sous étude : B. anthracis, B. cereus, B. thuringiensis et B. weihenstephanensis. Nous avons atteint la limite du pouvoir de résolution du marqueur de 220 pb. Dans le troisième chapitre, un marqueur similaire à celui des bactéries Gram-positif a été développé pour l'établissement de la phylogénie chez les espèces de la Classe des y-protéobactéries. Une analyse comparative de l'extrémité 3' du gène 16S de l'ARNr a permis de déterminer la portion la plus conservée à ce niveau. De même, une analyse comparée de la région inter-génique 16S-23S (ITS) des différents allèles d'une même souche bactérienne a permis de déterminer la partie la plus conservée de cette extrémité 5'. Les deux parties les plus conservées ont été combinées pour former un marqueur d'ADN de 232 pb : 157 pb de l'extrémité 3' du gène 16S de l'ARNr et 75 premières paires de bases de l'extrémité 5' de la région ITS. Un arbre phylogénétique dont la précision a été statistiquement établie par une analyse bootstrap a été construit. Quatre groupes majeurs ont été révélés et des sous-groupes et des clusters ont été formés. Cet arbre est dans l'ensemble, conforme à celui basé sur le gène 16S de l'ARNr. Il est intéressant de noter que le marqueur de 232 pb a permis une meilleure discrimination entre les espèces très proches que le gène 16S de l'ARNr en raison d'une part de la conservation de l'extrémité 3' du gène 16S de l'ARNr entre les allèles d'une même souche et d'autre part, de la conservation des 75 pb de région inter-génique 16S-23S (ITS) entre les allèles d'une même souche. Dans le quatrième chapitre, le pouvoir de résolution d'un marqueur d'ADN de 224 pb est évalué à un niveau taxonomique de beaucoup inférieur à la Classe des y-protéobactéries : le genre Xanthomonas de la classe des y-protéobactéries. Le marqueur est constitué d'une combinaison des 157 pb à l'extrémité 3' du gène 16S ARNr et des 67 premières paires de bases de l'extrémité 5' région inter-génique 16S-23S (ITS). Un total de 23 espèces du genre Xanthomonas ont été analysées. Les espèces éloignées phylogénétiquement et certaines espèces proches du genre Xanthomonas sont discriminées par le marqueur de 224 pb. Les espèces très proches phylogénétiquement et les pathovars par contre ne sont pas discriminées par le marqueur. Ceci constitue la limite du pouvoir de résolution de ce marqueur. Le marqueur d'ADN universel évalué à différents niveaux hiérarchiques des bactéries à Gram-positif et Gram-négatif est un marqueur PCR (Polymerase Chain Reaction) facile d'utilisation du point de vue technique. Il est constitué des dernières paires de bases conservées de l'extrémité 3' du gène 16S de l'ARNr et des premières paires de bases conservées de la région inter-génique 16S-23S. Or le gène 16S de l'ARNr est très conservé entre les espèces d'un même genre tandis que la région inter-génique est hyper-variable à l'intérieur d'une même espèce. Ainsi, ce seul marqueur pourrait servir à la fois aux études systématiques intra et inter-spécifiques aboutissant à l'identification des espèces bactériennes, à leur classification, voire même à la révision de certaines classifications. ______________________________________________________________________________

Les bactériophages (i.e., virus de bactéries) constituent l'un des groupes d'organismes les plus abondants dans la biosphère. Ils jouissent d'une très grande biodiversité. Nos connaissances partielles de ces microorganismes sont sans cesse remises en cause par de nouvelles découvertes et le recensement est loin d'être terminé. Il existe bien des classifications basées sur les critères de morphologie et d'homologie génétique, mais celles-ci ne tiennent pas compte de l'évolution caractéristique des virus qui comprend à la fois la transmission verticale (évolution classique) et horizontale (évolution réticulée) de l'information. De plus, ces classifications ne disent rien à propos des ancêtres communs des espèces. Il y a donc beaucoup de possibilités d'affiner la taxonomie virale existante. Dans cette étude, nous présentons une nouvelle approche de classification des bactériophages, basée sur des méthodes heuristiques tirées des sciences cognitives de la catégorisation. Cette approche originale vise à reconstruire l'histoire évolutive des organismes viraux, en tenant compte de l'hypothèse d'évolution classique ainsi que l'hypothèse d'évolution réticulée, i.e., les transferts horizontaux de gènes (THG). En d'autres termes, la classification proposée prend en considération d'une part, l'approche traditionnelle d'analyse phylogénétique qui inclut la reconstruction d'arbres d'espèces par les méthodes de distances et d'inférence bayésienne et la reconstruction de séquences de protéines ancestrales par la méthode Tree-HMM en tenant compte des substitutions, des insertions et des délétions de caractères génétiques [Diallo et al. 2006 ; Felsenstein 1981], et d'autre part, l'approche de détection des transferts horizontaux par la méthode de réconciliation topologique de l'arbre d'espèces et l'arbre de gène [Makarenkov et al. 2008]. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Classification, Catégorisation, Phylogénie, Taxonomie, Virus, Bactériophages, Transferts horizontaux de gènes, Reconstruction ancestrale.