Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2007-2008. / La complexité des classifications morphologiques du genre Picea et leur manque de cohérence ont justifié le besoin de l'estimation d'une phylogénie moléculaire représentative de l'histoire biogéographique de ce genre coniférien circumpolaire. Les essais d'estimation phylogénétique pour trois loci du génome nucléaire ont révélé la présence de polymorphismes intraspécifiques et trans-spécifiques partagés entre trois espèces distinctes du genre Picea. La période de divergence entre les trois espèces a été estimée à 13 à 20 millions d'années (mA) et les temps de coalescence des allèles étaient de l'ordre de 10 à 18 mA, ce qui implique que les polymorphismes puissent être partagés depuis l'ancêtre commun aux trois espèces. La fixation des polymorphismes aurait été retardée par de grandes tailles historiques de population, estimées à plus de 100 000 individus. Ces résultats suggèrent que les polymorphismes trans-spécifiques partagés peuvent être fréquents pour les loci nucléaires de plantes et qu'ils peuvent contribuer significativement à la diversité allélique, surtout chez les plantes anémophiles et allogames possédant de grands effectifs de population. Ces polymorphismes appellent à la prudence quant à l'utilisation de gènes nucléaires pour estimer les phylogénies de tels groupes de plantes. Les efforts d'estimation phylogénétique subséquents se sont donc portés sur les régions des génomes cytoplasmiques haploïdes, dont les séquences sont plus conservées que celles du génome nucléaire. La phylogénie des Picea a été estimée suite au séquençage de trois régions du génome chloroplastique, transmis paternellement, ainsi qu'une région du génome mitochondrial, transmis maternellement. Des différences significatives ont été observées entre les phylogénies chloroplastiques, et entre les phylogénies chloroplastiques et la phylogénie mitochondriale. Aucune des phylogénies ne correspondait aux classifications actuelles. La phylogénie mitochondriale était géographiquement plus structurée que les phylogénies chloroplastiques. Sur l'arbre mitochondrial, la plupart des taxons nord-américains formaient un groupe monophylétique. La cohérence géographique des divers regroupements nord-américains et asiatiques sur cet arbre indique que des phénomènes de spéciation de nature géographique se soient produits. Les incompatibilités entre les phylogénies d'organelles suggéraient l'occurrence de transferts latéraux anciens du génome chloroplastique entre les lignées mitochondriales. Les incompatibilités entre les partitions chloroplastiques suggéraient en outre la présence de recombinaison présumément liée à l'évolution réticulée ancienne. Les marqueurs chloroplastiques seraient donc de moindre valeur phylogénétique et phylogéographique que les marqueurs mitochondriaux pour les genres ayant une transmission paternelle du génome chloroplastique, tel que chez les Pinaceae. / Complex morphological classifications for the genus Picea, a circumpolar conifer genus, and the lack of coherence among them indicated the need to estimate a molecular phylogeny representative of the biogeographical history of the whole genus. Preliminary tests for three nuclear loci revealed the presence of intraspecific as well as trans-specific shared polymorphisms among three distantly related species in the genus. The divergence time between species was estimated at 13 to 20 million years (my), and allele coalescence times in the order of 10 to 18 my, which implies the sharing of polymorphisms since common ancestry. Large historical population sizes in excess of 100 000 would have delayed the fixation of polymorphisms. These results suggest that transspecies shared polymorphisms might be frequent at plant nuclear gene loci, contributing significantly to allelic diversity. This trend is more likely in plants characterized by ecological and life-history determinants favoring large population sizes, such as an outcrossing mating system, wind pollination, and a dominant position in ecosystems. These polymorphisms also call for caution in estimating congeneric species phylogenies from nuclear gene sequences in such plant groups. Subsequent efforts in estimating the biogeographical history of the genus Picea were directed at organelle DNA regions, which are more conserved than nuclear DNA at the sequence level. Distinct phylogenies of Picea were obtained by sequencing three regions from the paternally inherited chloroplast genome (trnK, rbcL, and trriTLF), and the intron 2 of the maternally transmitted mitochondrial gene nadl. Significant differences were found between chloroplastic partitions, and between the cpDNA and mtDNA phylogenies. None of the phylogenies matched current classifications. The mtDNA phylogeny was geographically more structured than the cpDNA phylogenies. Most North American taxa formed a monophyletic group on the mtDNA tree with coherent geographical clustering, indicating geographic speciation by range fragmentation or by dispersal and isolation. Similar patterns, also found among Asian taxa, likely represent a major trend in the Pinaceae. Incongruences between organelle phylogenies also indicated ancient lateral transfers of the chloroplast genome between mtDNA lineages. Incongruences between cpDNA partitions further suggested heterologous recombination presumably linked to ancient reticulate evolution. These results indicate the reduced value of cpDNA as a phylogenetic and phylogeographical marker in genera with paternal transmission of the chloroplast genome such as in the Pinaceae.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2009-2010 / Les poissons de la famille Salmonidae ont posé de nombreuses difficultés aux systématiciens qui ont tenté d'élucider leurs relations évolutives. Plusieurs ambiguïtés persistent à tous les niveaux de la phylogénie de cette famille et un portrait phylogénétique exhaustif comprenant de nombreux représentants de Salmonidae n'a toujours pas été obtenu. Différentes causes ont été suggérées pour expliquer les difficultés à obtenir un consensus phylogénétique, mais la portion relativement restreinte des taxons échantillonnée jusqu'ici pour effectuer les inferences milite en faveur de cette nouvelle stratégie. Dans le cadre de ce projet de maîtrise, des séquences mitochondriales (gènes cytochrome b et cytochrome c oxydase I; 2403 pb) et des AFLP (3304 loci) ont été produits afin de conduire des analyses phylogénétiques sur 107 taxons représentant une portion importante de la biodiversité spécifique de la famille. Afin de vérifier la congruence et la robustesse des différents signaux, de diminuer l'influence d'erreurs stochastiques et d'évaluer l'apport de l'échantillonnage des taxons sur la phylogénie, une supermatrice comprenant l'ensemble des séquences mitochondriales et nucléaires disponibles sur GenBank a été élaborée à partir de ce vecteur de taxons, constituant ainsi le plus grand nombre d'évidences (taxons et caractères) ayant été amenées dans un cadre phylogénétique jusqu'à ce jour. Cette stratégie a permis d'améliorer la résolution phylogénétique par l'augmentation du signal historique et la détection de biais systématiques, mettant en évidence certaines des difficultés biologiques (par ex.: hybridation, radiations) et méthodologiques ayant mené aux nombreuses contradictions entre les hypothèses phylogénétiques précédentes. En plus d'offrir un portrait qui fait plus que doubler le nombre d'espèces incluses dans la phylogénie et d'avoir inféré avec robustesse la séquence évolutive des genres de Salmoninae, la reconstruction temporelle de l'évolution et des taux de diversification obtenue par l'enracinement de l'arbre phylogénétique avec le groupe Esociformes et l'inclusion de cinq points de calibration fossile témoigne de l'ampleur temporelle de l'évolution dans Salmonidae et demande de considérer une nouvelle hypothèse pour l'enracinement de la famille et la séquence évolutive de ses sous-familles.

Les micro-organismes constituent 90 % de la matière vivante océanique. Parmi eux, le Crenarchaeota Candidatus Nitrosopumilus maritimus a récemment été isolé, révélant que les membres du même clade sont responsables d'une grande part de la nitrification, dans le cycle de l'azote. Ce potentiel biochimique est détecté chez les Crenarchaeota avec une approche moléculaire, avec la présence et l'expression du gène de la sous-unité A de l'ammonium monooxygénase (amoA). L'environnement échantillonné, la région des Eaux du Nord (Nord de la Baie de Baffin, entre l'île Ellesmere et le Groenland) a une productivité biologique parmi les plus élevées en Arctique. Celle-ci résulte notamment d'apports externes de nitrate, le produit final de la nitrification. Les résultats obtenus démontrent que le gène amoA était abondamment présent et exprimé dans les Eaux du Nord, que sa distribution et son expression étaient influencées par certains paramètres environnementaux et que sa diversité phylogénétique différerait entre les analyses basées sur l'ADN (présence) et l'ADNc (expression).

Un des buts principaux de la biologie évolutive et de la médecine moléculaire consiste à reconstruire les relations phylogénétiques entre organismes à partir de leurs séquences moléculaires. En littérature, cette question est connue sous le nom d’inférence phylogénétique et a d'importantes applications dans la recherche médicale et pharmaceutique, ainsi que dans l’immunologie, l’épidémiologie, et la dynamique des populations. L’accumulation récente de données de séquences d’ADN dans les bases de données publiques, ainsi que la facilité relative avec laquelle des données nouvelles peuvent être obtenues, rend l’inférence phylogénétique particulièrement difficile (l'inférence phylogénétique est un problème NP-Hard sous tous les critères d’optimalité connus), de telle manière que des nouveaux critères et des algorithmes efficaces doivent être développés. Cette thèse a pour but: (i) d’analyser les limites mathématiques et biologiques des critères utilisés en inférence phylogénétique, (ii) de développer de nouveaux algorithmes efficaces permettant d’analyser de plus grands jeux de données. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Parmi les paramètres influençant l'inférence d'arbres phylogénétiques, nous nous sommes penchés d'une part sur (i) l'utilisation et l'efficacité de différents marqueurs et (ii) l'influence de la radiation évolutive (la succession rapide d'événements de spéciation) dans la construction d'arbres phylogénétiques et, d'autre part, sur l'applicabilité du modèle de substitution nucléotidique GTR (General Time Reversible).<p><p>La première partie de ce travail étudie l'évolution des cétacés en se basant sur les séquences des génomes mitochondriaux, sur le motif d'insertion de rétroposons SINEs (short interspersed elements) nouvellement isolés et les loci nucléaires de ces derniers. Le choix des cétacés est motivé par la présence, durant leur évolution, de radiations évolutives, qui sont propices au tri différentiel de lignées généalogiques: si des séquences de gènes ou des allèles restent polymorphes entre des événements de spéciations, il est possible, et même probable, d'observer une incompatibilité entre les histoires évolutives de ces marqueurs, malgré que celles-ci soient bien correctes. Nous abordons l'étude du tri différentiel des lignées généalogiques par le biais des SINEs, dont l'insertion aléatoire et irréversible confère à ces marqueurs un risque de convergence particulièrement faible.<p><p>Notre approche multi-marqueur nous permet de reconstruire un arbre robuste à partir duquel nous analysons ces différents marqueurs à l'aide des rapports signal/bruit (la qualité du contenu informatif du marqueur) et effort/signal (les efforts à mettre en oeuvre pour obtenir du signal phylogénétique). Nous discutons également les relations conflictuelles/incorrectes obtenues à partir des différents marqueurs, notamment des motifs d'insertion de SINEs pour lesquels nous décrivons un test objectif nous permettant de différencier le tri différentiel de lignées généalogiques et la convergence.<p><p><p>Les modèles de substitutions nucléotidiques sont à la base de nombreuses méthodes d'inférence phylogénétiques. Parmi ces modèles, le modèle GTR est un des plus complets et des plus utilisés. Waddell and Steel [1997] ont décrit une procédure qui permet d'estimer les distances et les taux instantanés de substitution pour des séquences évoluant selon les hypothèses du modèle GTR. Il existe néanmoins des conditions qui rendent cette procédure, et donc l'utilisation du modèle GTR, inapplicables. <p><p>Nous avons simulé l'évolution de séquences d'ADN le long de 12 arbres caractérisés par un ensemble de conditions biologiquement plausibles (différentes longueurs de branches, des conditions de (non-)homogénéité de la matrice de taux instantanés de substitution et différentes longueurs de séquences). Pour chaque ensemble de conditions, nous avons évalué (i) l'applicabilité du modèle GTR et (ii) la qualité des alignements obtenus à partir des données simulées. <p><p>Nos résultats indiquent que l'inapplicabilité de la procédure de Waddell and Steel [1997] peut effectivement être considérée comme un problème pratique car elle apparaît avant les difficultés d'alignement (étape nécessaire et préalable à toute inférence phylogénétique). La probabilité de cette inapplicabilité dépend du taux de substitution et de la taille des données.<p> / Doctorat en sciences, Spécialisation biologie moléculaire / info:eu-repo/semantics/nonPublished