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Chickens exhibit considerable variation in morphological traits, with some populations having undergone intensive selection for uniqueness and uniformity. These populations are a source of experimental material to study the genetics of morphological traits. An important first step in such studies is to map the genes and the causal mutations that influence these traits. This research focused on gene mapping of 12 morphological traits including 4 intra-feather color patterns (Pattern, Columbian, Melanotic, and mottling), 2 inter-feather color patterns (Blue and chocolate), 2 forms of feathered-legs, polydactyly, dark brown eggshell color, vulture hock, and creeper. Ten backcross and/or F2 populations were designed to produce 1,880 individuals. An additional 339 DNA samples from other populations were included. The procedures for gene mapping were: 1. Pooling of DNA samples of backcross or F2 individuals based on their shared phenotypes, followed by microarray assays for genotyping, a cost-effective initial screen for the candidate genomic regions, 2. Linkage mapping to narrow the range of candidate genes, 3. Sequencing to identify the candidate mutations, 4. Diagnostic tests to confirm the association between the candidate mutation and the phenotype. Of the 12 traits studied, 3 (mottling, Blue, and chocolate) made progress into step 4. Complexities due to genomic context, modifiers, and environmental factors precluded step 4 for the first form of the feathered-leg gene, step 3 for the mapping of Melanotic, and earlier stages for the mapping of Pattern, Columbian, dark brown egg, vulture hock, and the second form of feathered-leg. These findings provide insights of the complexity of how background genome can influence the phenotypic expression of single genes (gene genetic background interactions) and an understanding of cellular and molecular mechanisms involved in morphogenesis. / Ph. D. / Chickens, one of the major protein sources in diets for humans, have a long cultural, sport and religious history since their initial domestication during the neolithic period. Darwin wrote of the importance of variation, which today we see for example in size of body, length of shank, number of toes, distribution of feathers, comb types, and plumage color patterns resulting in a plethora of breeds of chickens that differ in appearance. Some of these traits are "simply" inherited, which in the molecular era facilitates the study of relationships between DNA sequences and phenotypes. This dissertation focuses on identification of differences in DNA sequences among chickens responsible for these "simply" inherited phenotypes. The 12 phenotypes that were studied included 6 plumage color patterns (Pattern, Columbian, Melanotic, mottling, Blue, and chocolate), 2 forms of feathered-legs, polydactyly, dark brown eggshell color, vulture hock, and creeper. Designed were ten 3-generation populations to produce 1,880 chickens. An additional 339 DNA samples from other populations were included. Of the 12 phenotypes, 8 involved genotyping of pooled DNA samples, a cost-effective initial screen to target DNA sequences. This was followed by genotyping individual samples in 5 of the more promising studies. Candidate genes identified as associated with these 5 phenotypes underwent further studies which identified differences in DNA sequences associated with 4 of them (mottling, feathered-leg, Blue, and chocolate). These findings provide insights of how DNA sequences contribute to the phenotypic appearance of animals.

Le bourgeon de membre est, dès son émergence dans le flanc de l'embryon, divisé en deux domaines distincts, l'un antérieur, l'autre postérieur. Nous analysons le rôle des gènes Msx dans cette polarisation. Chez la souris, les gènes Msx constituent une petite famille multigénique comprenant Msx1 et Msx2: ces gènes codent pour des facteurs de transcriptions à homéodomaine. Les souris mutantes pour Msx1 et Msx2 présentent également une surcroissance de la région antérieure du bourgeon de membre, associée à la perte d'un domaine apoptotique, qui conduit à des polydactylies antérieures. La projet vise à élucider les mécanismes par lesquels les Msx agissent sur la morphogenèse de cette région du membre. Au cours de cette investigation, nous avons fait d'intéressantes observations qui indiquent que les Msx interagissent avec Gli3, et nous avons obtenu d'intéressants résultats expérimentaux par co-immunoprécipitation des Msx et de Gli3 (co-IP) dans des cellules en culture transfectées, et par test de ligation de proximité (PLA) sur le bourgeon de membre in situ. La stratégie repose aussi sur l'analyse différentielle des transcriptome d'embryons doubles mutants pour Msx1 et Msx2 et d'embryons normaux, de façon à identifier les cibles qu'ils peuvent avoir en commun avec Gli3, ces dernières étant déjà décrites. Ces modèles devraient permettre de corréler le niveau d'apoptose avec la surcroissance du bourgeon et la polydactylie qui en résulte, apportant une importante contribution aux mécanismes de la morphogenèse qui sont encore très mal compris. / The vertebrate limb is a paradigmatic model for morphogenesis. The anteroposterior (AP) growth and patterning of the limb bud rely on an intricate regulatory genetic network involving many genetic players such Shh and Gli3. Shh is produced in the posterior region of the limb mesoderm and acts as a morphogen along the AP axis. It regulates both digit number and identity of different AP positions. As the main function of Shh is to prevent proteolysis of Gli3FL into Gli3R, Gli3R concentrates anteriorly which is also where apoptosis takes place. In the mouse, paradoxically, despite a quasi-symmetrical expression profile, Msx1/2 null mutants show systematic anterior defects with an overgrowth in the anterior limb domain, resulting in anterior polydactyly. Both Gli3 and Msx mutant limb defects are concentrated anteriorly in a similar fashion suggesting an interaction between these genes and a possible role of this interaction in AP patterning in the limb bud as well as dysregulation of apoptosis. Indeed, we demonstrate interactions between Msx and Gli3 genes and even proteins. Mutations of Msx and Gli3 result in anterior polydactylous phenotypes and a similar loss of anterior apoptosis. This morphological analysis is associated with a search for common Gli3 and Msx transcriptional targets and partners in an attempt to link gene activity with changes in cell physiology that underlie morphogenesis. We have performed a differential transcriptome (RNA-Seq) on whole limb buds of Msx1-/-Msx2 narrowing down on a number of potential common targets of Gli3 and Msx. We demonstrate that Msx and Gli3 work together in regulating the AP axis of limb development, independent of Shh.

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Le développement du membre passe par des étapes complexes de polarisation, dans les axes dorso-ventral et antéro-postérieur, qui ont lieu en parallèle de la croissance proximo-distale du bourgeon. Le déterminisme génétique de ces étapes est encore imparfaitement connu. Il implique des facteurs de transcription dont l’expression est temporo-spatiale spécifique, compliquant leur identification. L’étude de cohortes homogènes de patients porteurs d’anomalies développementales des membres est l’un des moyens d’identifier de nouveaux mécanismes impliqués dans leur modélisation. A cet effet, nous avons étudié des patients atteints de Syndrome Nail-Patella correspondant à un défaut de polarisation dorso-ventrale ; une grande famille de polydactylie préaxiale syndromique et une série de patients atteints de Syndrome de Nager comme modèles d’étude de la polarisation antéro-postérieure ; et enfin une cohorte de patients présentant des pieds et mains fendus correspondant à un défaut de la signalisation proximo-distale. Ces travaux nous ont permis de souligner le rôle crucial de la régulation d’expression génique dans la modélisation du bourgeon de membre et plus généralement dans le développement embryonnaire. / Limb development requires complex patterning along dorso-ventral, antero-posterior and proximo-distal axes. The molecular mechanisms underlying these stages are not fully delineated yet. Identification of the transcription factors involved is challenging because of their spatio-temporally restricted expression during limb bud development. Analysis of carefully selected series of patients affected with limb malformations is a clue to identify new mechanisms involved in this patterning. For this purpose, we studied several families presnsenting with Nail-Patella Syndrome corresponding to a disorder of dorso-ventral polarization; a large family affected with syndromic preaxial polydactyly and a series of Nager Syndrome cases as models of antero-posterior polarization; eventually, a cohort of patients affected with split hand/foot malformations corresponding to a defect in the signalisation center of proximo-distal growth and differenciation. This work has led us to emphasize the crucial role of gene expression regulation during limb bud patterning and more generally during embryological development.

Le corps calleux (CC) est la principale commissure cérébrale connectant les aires corticales homologues des deux hémisphères chez les vertébrés placentaires. Les malformations du corps calleux (MCC) représentent la malformation cérébrale la plus fréquente à la naissance et sont présentes chez 5% des individus avec anomalie neuro-développementale. Une meilleure connaissance de l’ontogenèse du corps calleux et de ses causes génétiques devrait permettre d’ouvrir la voie à des corrélations cliniques pour un meilleur conseil génétique. Cet aspect constitue probablement l’enjeu de la prochaine décennie concernant les foetus avec MCC. Le travail de thèse a porté sur 138 foetus avec MCC, pour lesquels nous avons fait un examen foeto-neuropathologique et une classification en plusieurs catégories. Au total, ce travail a permis : 1/le démantèlement des causes génétiques des MCC par une triple approche de CGH array, d’exome en trio et de panels ciblés, avec une augmentation considérable des causes identifiables de MCC au sein de cette cohorte, 2/ l’identification et la caractérisation fonctionnelle d’un nouveau gène de ciliopathie dans un phénotype extrême ; 3/ l’identification de 3 nouvelles mutations de ZBTB20, récemment identifié comme responsable du syndrome de Primrose, démontrant que ce syndrome est une cause fréquente de MCC et permettant une description clinico-radiologique plus précise. 4/ L’identification de plusieurs gènes candidats en cours de validation. / Corpus callosum is the main cerebral commissure connecting homologous cortical areas in placental mammals. Malformations of corpus callosum (MCC) are the most frequent brain malformation at birth and are present in 5% of patients with neurodevelopmental delay. A good knowledge of genetics of corpus callosum development should pave the way to better clinical correlations for a more accurate genetic counselling. This is the challenge of the next decade. This thesis concerns a cohort of 138 fetuses with MCCs, well classified on neuropathological examination. It allowed 1/ to unravel the genetic causes of MCC through a triple approach combining CGH array, whole exome and NGS panels sequencing, with a considerable increase in the number of causes of MCC identified ; 2/ identification of a new gene in an extreme ciliopathy phenotype; and 3/ identification of novel ZBTB20 mutations , a gene recently identified as responsible for Primrose syndrome, showing that this syndrome is frequent among MCCs and allowing a precise clinico-radiological description of the syndrome. 4/ Several new candidate genes are under study.

Le corps calleux (CC) est la principale commissure cérébrale connectant les aires corticales homologues des deux hémisphères chez les vertébrés placentaires. Les malformations du corps calleux (MCC) représentent la malformation cérébrale la plus fréquente à la naissance et sont présentes chez 5% des individus avec anomalie neuro-développementale. Une meilleure connaissance de l’ontogenèse du corps calleux et de ses causes génétiques devrait permettre d’ouvrir la voie à des corrélations cliniques pour un meilleur conseil génétique. Cet aspect constitue probablement l’enjeu de la prochaine décennie concernant les foetus avec MCC. Le travail de thèse a porté sur 138 foetus avec MCC, pour lesquels nous avons fait un examen foeto-neuropathologique et une classification en plusieurs catégories. Au total, ce travail a permis : 1/le démantèlement des causes génétiques des MCC par une triple approche de CGH array, d’exome en trio et de panels ciblés, avec une augmentation considérable des causes identifiables de MCC au sein de cette cohorte, 2/ l’identification et la caractérisation fonctionnelle d’un nouveau gène de ciliopathie dans un phénotype extrême ; 3/ l’identification de 3 nouvelles mutations de ZBTB20, récemment identifié comme responsable du syndrome de Primrose, démontrant que ce syndrome est une cause fréquente de MCC et permettant une description clinico-radiologique plus précise. 4/ L’identification de plusieurs gènes candidats en cours de validation. / Corpus callosum is the main cerebral commissure connecting homologous cortical areas in placental mammals. Malformations of corpus callosum (MCC) are the most frequent brain malformation at birth and are present in 5% of patients with neurodevelopmental delay. A good knowledge of genetics of corpus callosum development should pave the way to better clinical correlations for a more accurate genetic counselling. This is the challenge of the next decade. This thesis concerns a cohort of 138 fetuses with MCCs, well classified on neuropathological examination. It allowed 1/ to unravel the genetic causes of MCC through a triple approach combining CGH array, whole exome and NGS panels sequencing, with a considerable increase in the number of causes of MCC identified ; 2/ identification of a new gene in an extreme ciliopathy phenotype; and 3/ identification of novel ZBTB20 mutations , a gene recently identified as responsible for Primrose syndrome, showing that this syndrome is frequent among MCCs and allowing a precise clinico-radiological description of the syndrome. 4/ Several new candidate genes are under study.

Le corps calleux (CC) est la principale commissure cérébrale connectant les aires corticales homologues des deux hémisphères chez les vertébrés placentaires. Les malformations du corps calleux (MCC) représentent la malformation cérébrale la plus fréquente à la naissance et sont présentes chez 5% des individus avec anomalie neuro-développementale. Une meilleure connaissance de l’ontogenèse du corps calleux et de ses causes génétiques devrait permettre d’ouvrir la voie à des corrélations cliniques pour un meilleur conseil génétique. Cet aspect constitue probablement l’enjeu de la prochaine décennie concernant les foetus avec MCC. Le travail de thèse a porté sur 138 foetus avec MCC, pour lesquels nous avons fait un examen foeto-neuropathologique et une classification en plusieurs catégories. Au total, ce travail a permis : 1/le démantèlement des causes génétiques des MCC par une triple approche de CGH array, d’exome en trio et de panels ciblés, avec une augmentation considérable des causes identifiables de MCC au sein de cette cohorte, 2/ l’identification et la caractérisation fonctionnelle d’un nouveau gène de ciliopathie dans un phénotype extrême ; 3/ l’identification de 3 nouvelles mutations de ZBTB20, récemment identifié comme responsable du syndrome de Primrose, démontrant que ce syndrome est une cause fréquente de MCC et permettant une description clinico-radiologique plus précise. 4/ L’identification de plusieurs gènes candidats en cours de validation. / Corpus callosum is the main cerebral commissure connecting homologous cortical areas in placental mammals. Malformations of corpus callosum (MCC) are the most frequent brain malformation at birth and are present in 5% of patients with neurodevelopmental delay. A good knowledge of genetics of corpus callosum development should pave the way to better clinical correlations for a more accurate genetic counselling. This is the challenge of the next decade. This thesis concerns a cohort of 138 fetuses with MCCs, well classified on neuropathological examination. It allowed 1/ to unravel the genetic causes of MCC through a triple approach combining CGH array, whole exome and NGS panels sequencing, with a considerable increase in the number of causes of MCC identified ; 2/ identification of a new gene in an extreme ciliopathy phenotype; and 3/ identification of novel ZBTB20 mutations , a gene recently identified as responsible for Primrose syndrome, showing that this syndrome is frequent among MCCs and allowing a precise clinico-radiological description of the syndrome. 4/ Several new candidate genes are under study.