**Contexte** : La maladie parodontale est une pathologie touchant près de 50% de la population et sa forme sévère est la 6e maladie avec la plus forte prévalence mondialement. À ce jour, relativement peu d'études se sont penchées sur la mesure de l'impact des facteurs génétiques ethniques sur les maladies bucco-dentaires encore moins au niveau de la population québécoise. La cytokine *Thymic stromal lymphopoetin* (TSLP) et son récepteur ont initialement été décrites comme des facteurs de croissance et de maturation des cellules B immatures. La liaison de la protéine TSLP à son récepteur (TSLPR) est connue pour activer une série de cascades de signalisation menant à la surveillance immunitaire, à la réponse aux microorganismes et à l'initiation de la réponse inflammatoire locale impliquée dans les maladies buccodentaires. **Objectif** : Ce projet vise à quantifier la dimension de la variante génétique de la cytokine TSLP et son récepteur et son impact sur développement de la parodontite chez la population québécoise. De plus, le projet vise à investiguer le lien entre cette variation génétique de TSLP/TSLPR et l'efficacité de divers traitements et interventions visant à traiter la parodontite. **Matériels et méthodes** : 200 échantillons salivaires (100 patients sains, 100 patients avec un diagnostic de parodontie) sont obtenus auprès de patients québécois fréquentant la clinique de parodontite de la Faculté de médecine dentaire de l'Université Laval. Les échantillons sont prélevés afin d'isoler l'ADN de chaque échantillon. Quatre SNPs de TSLP (rs140730628, rs11466747, rs150474294, rs2289276) et trois autres d'IL-7R (rs12516866, rs1053496, rs104893893) sont utilisés. L'ADN est extrait avec la trousse Qiagen et quantifié à l'aide de l'appareil NanoDrop. Le génotypage est réalisé par réaction en chaine de la polymérase (PCR) grâce à la technique de génotypage TaqMan utilisée pour amplifier et détecter des allèles spécifiques de chaque polymorphisme sélectionné de TSLP dans l'ADN génomique (ADNg). Les niveaux de la cytokine inflammatoire TNF alpha dans les salives collectées sont analysés par des ELISA. **Résultats** : Un total de 146 échantillons a été analysé (test = 58 patients atteints de parodontie et contrôle = 88 patients sains). Des 7 polymorphismes étudiés, trois polymorphismes ont révélé des variantes : rs1053496, rs12516866 et rs2289276. Au niveau de rs1053496, le génotype TT a démontré une tendance positive pour une association entre ce polymorphisme et le développement de parodontite chez notre population entière (OR = 1,44, p>0,05), chez les sujets femelles (OR = 1,95, p>0,05) et chez les patients jeunes de moins de 52 ans (OR 2,75, p>0,05). Le génotype CT a aussi montré une tendance positive avec le risque de développement de la parodontie chez les sujets mâles (OR = 29,3, p>0,05). Toutefois ces résultats n'étaient pas statiquement significatifs. Au niveau de rs12516866, le génotype AC a montré une tendance positive avec le risque de développement de la parodontite chez la population à l'étude (OR = 1,21, p>0,05), ainsi que chez les patients âgés (OR 1,98 p>0,05). De plus, le génotype AA a également montré une tendance positive pour le développement de la parodontite chez les jeunes patients (OR 1,45, p>0,05). Toutefois, ces résultats n'étaient pas statiquement significatifs. Au niveau de rs2289276, le génotype TT a montré une tendance positive pour développement de la parodontite chez les patients femelles (OR = 3,15, p>0,05), et chez les jeunes patients (OR = 2,57, p>0,05). Toutefois, ces résultats n'étaient pas statiquement significatifs. Cependant, le polymorphisme de rs2289276 (génotype CT ou TT) a été associé à une protection contre la parodontite chez les sujets mâles (OR = 0,3395 (95% CI : 0,77-0,14) p=0,013). Les concentrations salivaires de TNF-α à la base de référence démontraient une différence significative entre les groupes test et contrôle (test : 42,43 pg/mL, contrôle : 25,34 pg/mL, p = 0,000952). À la suite de la thérapie, les concentrations salivaires de TNF-α ont diminué de manière significative comparativement à la concentration salivaire avant le traitement et au contrôle postopératoire (base de référence : 42,43 pg/mL, post-op : 28,19 pg/mL, p = 0,00435). **Conclusion** : Certains polymorphismes de TSLP semblent être associés au risque de développement de la parodontite. Le nombre limité de participants doit être considéré dans l'interprétation de ces résultats.

Titre de l'écran-titre (visionné le 23 octobre 2023) / Les études d'association pangénomique (genome-wide association studies (GWAS)) ont permis de trouver des associations entre des variants et des maladies. Certains sites de variants ont été observés comme associés avec plusieurs maladies simultanément. Ce phénomène se nomme la pléiotropie. Ce phénomène est d'importance pour les problèmes psychiatriques (P. H. Lee et al., 2020). Également, les associations spécifiques à un sexe entre une maladie et un variant sont un sujet d'importance dans les études récentes. Plusieurs méthodes ont été proposées pour identifier les effets pléiotropiques de sites de variants communs. Pour les sites de variants rares, la méthode MTAR de Luo et al. (2020) s'est montré plus efficace que les méthodes existantes. MTAR teste l'effet pléiotropique de gènes sur un ensemble de traits. Cette méthode permet de savoir si un site de variants rares, tel qu'un gène, est associé à plusieurs traits simultanément. Toutefois, MTAR ne permet pas de déterminer quel sous-ensemble de traits est associé avec ce variant. MTAR ne permet également pas de découvrir des effets spécifiques à un sexe. Nous proposons donc une nouvelle méthode statistique permettant de répondre à ces deux failles, soit 1) déterminer le sous-ensemble de traits ou maladies associées à un site de variants rares et 2) déterminer les effets spécifiques à un sexe pour un site de variants rares. Une analyse de simulation a été réalisée pour évaluer la sensibilité et la spécificité. Les résultats sont acceptables. Une étude avec des données réelles a été réalisée. Il s'agit de données cas-témoins génétiques avec des personnes atteintes de la schizophrénie, des personnes atteintes de la bipolarité et des personnes n'étant pas atteinte de l'une ou l'autre de ces maladies. Pour chacune des deux maladies, nous étudions les effets spécifiques selon le sexe des gènes composés de variants rares sur la probabilité d'avoir la maladie. Pour la schizophrénie, 113 gènes composés de SNPs rares sont significativement associés à cette maladie. Aucune association spécifique au sexe n'a été détecté. Pour la bipolarité, 171 gènes composés de SNPs rares sont associés significativement à cette maladie. Des associations spécifiques selon le sexe ont été détectées. 21 gènes sont associés à la bipolarité spécifiquement chez les individus de sexe féminin et 24 gènes, spécifiquement chez ceux de sexe masculin. / Genome-wide association studies (GWAS) have discovered associations between variants and diseases. Some variant sites have been observed to be associated with multiple diseases. This phenomenon is called pleiotropy. This phenomenon is of importance for psychiatric problems (P. H. Lee et al., 2020). Also, associations between a disease and a variant for a particular sex are a subject of importance in recent studies. Several statistical methods have been proposed to identify pleiotropic effects of common sites. For rare variant sites, the MTAR method of Luo et al. (2020) has been shown to be more efficient than existing methods. MTAR tests the pleiotropic effect of genes on multiple traits. MTAR allows us to know if a rare variant site, such as a gene, is associated with multiple trait simultaneously. However, MTAR does not allow us to determine which subset of traits is associated with this variant. MTAR also does not reveal gender specific effects. We therefore propose a new statistical method making it possible to respond to these two flaws, either 1) determining the subset of traits or diseases associated with a rare variant sites and 2) determining the sex-specific effect for rare variant sites on a disease or a trait. A simulation analysis was performed to assess sensitivity and specificity. The results are reasonable. A study with real data have been realised. These are case-control data with people with schizophrenia, people with bipolar disorder, and people without either of these conditions. For each of the two diseases, we studied the specific effects by sex of genes with rare SNPs on the probability to have the disease. For schizophrenia, 113 genes with rare SNPs are significantly associated with this disease. No gender specific association was detected. For bipolarity, 171 genes with rare SNPs are significantly associated with this disease. Specific associations by sex have been detected. 21 genes are associated with bipolarity specifically for female genders and 24 genes specifically for male genders.

Les cartes génétiques dérivées de l’étude d’une seule population de cartographie souffrent typiquement de plusieurs lacunes dont une couverture incomplète du génome et une résolution limitée. Une carte génétique consensus est une carte issue de la fusion de multiples cartes génétiques individuelles et permet de remédier à ces lacunes. Cette étude avait pour objectif de construire une carte génétique consensus à haute densité pour le soja (Glycine max (L.) Merr.) canadien au moyen de marqueurs obtenus par génotypage par séquençage (GBS). Six populations biparentales, dont l’effectif variait entre 278 et 365 lignées, ont été génotypées par GBS. Dans un premier temps, nous avons généré une carte génétique pour chaque population. Les tailles de ces cartes variaient entre 1869,3 cM et 2286,7 cM. Au total, quatre-vingt-trois (83) intervalles non-couverts ayant une taille > 10 cM (le maximum étant de 34,8 cM) ont été recensés. Ensuite, les six (6) cartes génétiques individuelles ont été fusionnées pour produire une carte consensus couvrant 99,5 % du génome, totalisant 16 311 SNP, s’étendant sur 2075,2 cM et comptant seulement deux intervalles dépourvus de marqueurs dont la taille excédait 10 cM. Cette carte consensus a ainsi pu remédier aux carences des cartes individuelles. Elle est considérée de meilleure qualité comparée aux cartes consensus précédentes, y compris la plus récente issue de 40 populations NAM (Nested Association Mapping ). En effet, cette dernière recèle encore 36 intervalles non couverts de > 10 cM et couvre une moins grande portion du génome. Finalement, la carte consensus GBS présente une meilleure cohérence entre la position physique et la position génétique des marqueurs. Grâce à cette carte consensus, nous avons pour chaque marqueur SNP dérivé du GBS une position à la fois sur la carte physique et sur la carte génétique, une information utile pour de nombreuses analyses génétiques et génomiques. / Genetic linkage maps using only one mapping population are described as maps with low resolution. These maps typically retain gaps, i.e. regions that are not covered by any markers. Consensus genetic maps were developed to overcome such limitations. They are generated by merging individual maps and using the common markers as reference points. The aim of this study was to generate a high-density consensus map for Canadian soybean using markers generated by genotyping by sequencing (GBS). Six mapping populations of varying size (n = 278 to 365) were genotyped using GBS. In a first step, we generated individual genetic maps. The size of the resulting maps varied between 1869.3 cM and 2286.7 cM and a total of 83 gaps with a size > 10 cM (the largest gap size was 34.8 cM) were observed across the six maps. In a second stage, we merged the six individual genetic maps to generate a single consensus map. On this map, 16,311 SNPs were assigned a position and these markers covered 99.5% of the genome. The map extends over 2075.2 cM and the number of gaps > 10 cM was reduced to only two. This map therefore overcame the limitations of the individual genetic maps and is superior to the previous consensus genetic maps such as the consensus genetic map generated from 40 nested association mapping (NAM) populations. The NAM map contains 36 gaps with a size > 10 cM and covers a smaller portion of the genome. In addition, the order of markers was much more concordant in the GBS map, when comparing the genetic and the physical positions. Thanks to this consensus map, we were able to assign both a physical and a genetic position for every SNP generated using GBS. These two types of information are important for many genetic and genomic studies.

Les métalloproteinases (MMPs) sont des enzymes qui dégradent la matrice extracellulaire. Ces enzymes pourraient jouer un rôle essentiel dans des processus physiologiques et pathologiques. En fonction de leurs structures, les MMPs sont classés en plusieurs familles. Dans ce mémoire, nous nous sommes intéressées à la famille des gélatinases constituée des gènes MMP-2 et MMP-9. L’activité protéolytique de ces enzymes entraine la dégradation du stroma qui est un processus clé dans l’adipogenèse. MMP-2 et MMP-9 pourraient également être associés au risque de cancer du sein mais la littérature ne fournit pas de preuves concrètes. Le principal objectif de ce mémoire était d’évaluer, dans une cohorte de 741 femmes pré-ménopausées recrutées lors d’une mammographie de dépistage, l’association entre les polymorphismes rs243865 sur MMP-2, rs3918242, rs17576, rs2250889, rs2274756 sur MMP-9 et l’adiposité et les différentes mesures de densité mammaires qui sont des facteurs de risque de cancer du sein. Nos analyses ont révélé que l’allèle T de rs243865 sur MMP-2 est associée à une augmentation des mesures d’adiposité / Matrix metalloproteinases (MMPs) are enzymes that degrade the extracellular matrix.These enzymes could play an essential role in physiological and pathological processes.MMPs may play an important role in carcinogenesis and adipogenesis. One member of the MMP families, namely gelatinases, has generated interest in breast cancer development. However, the literature does not provide compelling evidence for the involvement of polymorphisms in MMP-2 and MMP-9 in breast cancer risk. The current study aimed to understand the relationship between polymorphisms in MMP-2 and -9 genes and breastcancer risk. To do so, we evaluated the association between rs243865 in MMP2 andrs3918242, rs17576, rs2250889, rs2274756 in MMP-9, and adiposity and breast density,which are risk factors for breast cancer. The study was carried out among 741 premenopausal women recruited during Quebec breast cancer-screening program. We found that the number of copies of the rs243865 T allele in MMP-2 was associated withincreased means of anthropometric factors (ptrend<0.05 for all except waist-to-hip ratio).The same rs243865 allele was associated with decreased mean percent density and dense area, to 6.2% (ptrend=0.036) and 5.9 cm2 (ptrend=0.19), respectively, among woman with TTgenotype, compared to CC genotype. The TT genotype increased mean non-dense area to11.4 cm2(ptrend=0.031) compared to CC genotype. Nevertheless, these associations were attenuated when further adjusted for adiposity. These findings suggest that rs243865 inMMP-2 could be associated with mammographic features. Adiposity can be considered asan intermediate factor of this association.

La majorité des populations de Rangifer tarandus, soit le caribou en Amérique du Nord et le renne en Eurasie, est en déclin et plusieurs risquent l'extinction. Les causes potentielles de ces déclins sont multiples et incluent la perturbation des habitats, les changements climatiques et la compétition apparente entrainant une augmentation de la prédation. Bien que des stratégies de gestion et de protection soient en place, l'évaluation de la structure génétique et de la dynamique des populations de caribous sauvages demeure difficile. L'étude génomique offre un moyen de décrire comment la diversité génétique de ces populations varie lorsque soumises à un déclin rapide. Nous rapportons ici le développement d'une plateforme de génotypage basée sur les SNPs (Illumina iSelect caribou/renne 60K) afin de réaliser des analyses génomiques. L'hypothèse de travail est que la puce à SNPs de Rangifer tarandus offre une grande puissance pour déterminer l'origine d'un échantillon dans un contexte d'expertise bio-légale, mais également pour appuyer de manière rigoureuse la planification des travaux de gestion et de conservation de la faune. Les objectifs de ce projet de recherche sont dans un premier temps de valider et de tester cette plateforme pour sa sensibilité, sa répétabilité, sa robustesse, son habilité à distinguer des échantillons mélangés et sa spécificité. Dans un deuxième temps, nous souhaitons évaluer la capacité d'assignation d'un individu d'une provenance inconnue à un écotype. Un écotype est le regroupement de populations de caribous présentant des comportements et des préférences écologiques similaires. Les résultats de ce projet ont démontré que la puce à SNPs est robuste, très sensible, fiable et précise et ce en utilisant jusqu'à 10 fois moins d'ADN que recommandé. La qualité de l'ADN a eu peu d'impact sur le taux de réussite (call rate) et le type d'échantillons biologiques n'était pas problématique, même pour ce qui est des fèces. L'hybridation inter-espèces a démontré une importante baisse du taux de réussite (call rate) et de l'hétérozygotie. Les échantillons mélangés étaient détectables selon la proportion de chacun des individus dans le mélange. Ces étapes de validation étaient cruciales afin de tester la puissance et les limites de ce nouvel outil génomique. / The vast majority of Rangifer tarandus populations, caribou in North America and reindeer in Eurasia, are declining and many herds are at risk. They are multiple causes for these declines including habitats pertubations, climate change and predation. Although management and protection strategies are in place, assessing the structure and dynamics of wild caribou populations remains difficult. Genomic surveying offers a mean to describe how populations are evolving when facing such rapid declines. We report here the development of a SNP-based genotyping platform to perform such analyses (Illumina iSelect caribou/reindeer 60K). Our hypothesis is that the Rangifer tarandus SNPs chip offers a great power to determine the origin of a sample in the context of bio-forensic expertise. Our objectives are initially to validate and test this platform for its sensitivity, repeatability, robustness, ability to distinguish mixed samples and its specificity. Secondly, we aim to assess the platform ability to assign an individual of unknown provenance to an ecotype. An ecotype is the grouping of caribou populations with similar behaviors and ecological preferences. Results showed that the SNP chip is robust, highly sensitive, reliable, and accurate at 10 times below recommended DNA input. DNA quality had little impact on call rates, and sample source was not an issue, even for fecal pellets. Interspecies hybridization showed an important drop in call rates and extent of heterozygosity. Mixed samples could be identified according to the proportion of each individual in the sample. These validation steps are crucial to test the power and limitations of this new genetic tool.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / Ce ne sont pas moins de 98% de notre ADN qui constituent la partie non-codante du génome. D'abord qualifiée d'ADN « camelote », il a plus tard été identifié que cette portion de notre patrimoine génétique est caractérisée par une structure particulière de la chromatine associée aux fonctions régulatrices à l'origine de l'expression des programmes génétiques nécessaires à l'établissement de la myriade des types cellulaires composant notre organisme. Ce code régulateur constitue l'épigénome qui est une composante indispensable à l'expression organisée de l'exome qui représente la portion codante de notre ADN; il a par exemple été identifié certaines régions régulatrices appelées « enhancers » qui possèdent la capacité d'amplifier l'expression de gènes codants localisés à distance via une courbure de la chromatine permettant le rapprochement géographique de régions éloignées du génome. De cette façon si chaque cellule qui nous compose présente au sein de leur noyau une séquence d'ADN rigoureusement identique, c'est la manière dont le génome s'organise qui définit l'identité et le destin cellulaire. Cette organisation obéit à une hiérarchie à l'origine de la régulation fine de l'expression des gènes et pour laquelle une quelconque perturbation peut avoir des conséquences néfastes sur l'homéostasie cellulaire ou tissulaire. Ces dernières années la réduction drastique des couts de séquençage du génome humain a permis de développer de nombreuses techniques nous offrant l'opportunité de déchiffrer les impacts des variations génétiques non-codantes sur les phénotypes : de cette façon l'investigation des polymorphismes d'un seul nucléotide comme source de variation (SNPs), la capture de l'organisation tridimensionnelle du génome, ou encore la mesure de l'expression de gènes codants ou non-codants à l'échelle tissulaire ou de la cellule unique sont autant d'outils qui permettent potentiellement de décrypter le langage non-codant associé à l'établissement des phénotypes. En revanche la complexité des données générées par ces types d'approches ainsi que les défis que représente une intégration multidimensionnelle nécessite de développer des algorithmes rigoureux aussi bien analytiques qu'expérimentaux pour extraire les informations clés qui permettront de comprendre les phénotypes. Ce travail de doctorat visait à déchiffrer les conséquences de certaines variations génétiques non-codantes associées à la longévité et au rétrécissement aortique calcifié pour comprendre les mécanismes reliés à ces phénotypes par le développement d'approches holistiques intégrant une dualité expérimentale et analytique. À partir de données d'associations génétiques pour la longévité et d'expression de gènes à l'échelle tissulaire et de la cellule unique et grâce à l'utilisation d'approches évaluant la causalité d'associations par randomisation Mendélienne, il a été ainsi démontré que le tissu sanguin joue un rôle important dans la longévité par le biais de processus reliés à l'immunité innée et adaptative, et également que l'expression de 16 gènes dans le sang est associée à l'établissement de la trajectoire de la longévité directement ainsi que par le biais de certaines maladies. En utilisant la cartographie génétique tridimensionnelle et des informations relatives à la structure de la chromatine, il a d'autre part été possible durant ce doctorat de comprendre la régulation génétique au locus 1p21.2 associé au rétrécissement aortique calcifié et à l'expression de la palmdelphine dans la valve aortique, puis en complément grâce à des expériences *in vitro* dans des cellules de valve aortique issues de patients d'identifier un rôle de la palmdelphine dans la fibrose, un processus important dans la pathogenèse de cette maladie. Enfin, l'exploitation conjointe de données relatives à l'organisation tridimensionnelle du génome, à la structure de la chromatine et à l'expression de gènes codants et non-codants dans la valve aortique a aussi permis d'identifier que l'ARN long non-codant LINC01013 dérive d'un « super-enhancer » et est impliqué dans le développement de fibrose dans le rétrécissement aortique calcifié en contrôlant l'expression de *CCN2*, un gène important pour le maintien de l'homéostasie de la matrice extracellulaire de nombreux tissus. Ce travail de doctorat a donc renforcé l'importance du rôle des régions non-codantes dans le maintien de l'homéostasie et de l'intégrité des phénotypes en déchiffrant les conséquences de variations génétiques non-codantes associées à la longévité et au rétrécissement aortique calcifié. D'autre part, celui-ci a souligné la puissance d'approches holistiques intégrant une dualité expérimentale et analytique par le développement de nouveaux algorithmes qui ont permis d'identifier des mécanismes reliés à l'acquisition de ces phénotypes qui demeuraient jusqu'alors inconnus.

Les variations génétiques entre les individus peuvent expliquer plusieurs différences interindividuelles dans la présentation et la progression de certaines maladies. La parodontite apicale est une maladie causée par la réponse immunitaire de l'hôte en réponse à des pathogènes dans la pulpe dentaire. La reconnaissance decertains patrons moléculaires associés aux pathogènes (PAMP) par les récepteurs de reconnaissance de formes (PRR) localisés sur les cellules pulpaires mène à l'activation de la voie de signalisation des récepteurs de type *Toll Like récepteur 4* (TLR4), menant à l'activation du facteur nucléaire kappa B (NF-kB). Ceci se traduit en la production d'une multitude de médiateurs inflammatoires, comme l'interleukine-1 (IL-1), l'interleukine-6 (IL-6) et le facteur de nécrose tumorale alpha (TNF-α). Ces molécules jouent un rôle clé dans la pathogenèse de la parodontite apicale en altérant le mécanisme de remodelage osseux en faveur de la lyse osseuse. Le projet de recherche présenté vise à évaluer l'impact de certains polymorphismes de nucléotides simples (SNPs) de la voie de signalisation des TLR4 sur la parodontite apicale. Les participants ont été recrutés dans les cliniques dentaires de la faculté de médecine dentaire de l'Université Laval. 52 participants avec une parodontite apicale ont été recrutés dans le groupe expérimental et 88 participants avec une santé bucco-dentaire optimale ont été recrutés pour le groupe contrôle. 3mL de salive de chaque participant ont été récoltés dans des tubes de collecte le jour de l'examen. Ces échantillons étaient ensuite utilisés pour en extraire l'ADN et effectuer un génotypage pour identifier les SNP visés par le projet de recherche. Deux SNPs du gène de TLR4 ont été sélectionnés (rs2770150 et rs4986790) ainsi que deux SNPs du gène de MYD88 (rs7744 et rs8177374). Une analyse statistique globale des participants ainsi que celles se basant sur l'âge et le sexe de deux groupes de participants ont été effectuées dans le but d'identifier une potentielle association entre ces SNPs de la voie de signalisation de TLR4 et la parodontite apicale. L'analyse statistique n'a révélé aucune association significative entre les génotypes et la prévalence de la parodontite apicale dans l'ensemble des données ou dans les analyses en sous-groupes. Selon les données disponibles dans ce projet de recherche, les SNPs rs2770150 et rs4986790 de TLR4 ainsi que rs7744 et rs8177374 de MYD88 n'ont pas d'impact sur la prévalence de laparodontite apicale ou la présence de symptômes cliniques dans la population québécoise.

Titre de l'écran-titre (visionné le 30 octobre 2023) / Les variations structurales (SV) sont maintenant reconnues comme la principale source de polymorphisme génétique intraspécifique et peuvent contribuer aux processus évolutifs chez plusieurs organismes. Elles demeurent toutefois peu documentées en contexte de génomique des populations sauvages, en raison des nombreuses difficultés que comportent leur détection et leur génotypage. Le saumon atlantique (Salmo salar), qui montre une importante variabilité interpopulationnelle dans ses traits d'histoire de vie et son habitat, représente une espèce idéale pour étudier les SV d'importance adaptative. Dans ce contexte, nous avons développé un pipeline bio-informatique permettant de caractériser et d'analyser l'ensemble de la variation génétique à une échelle populationnelle, soit les SV, les polymorphismes nucléotidiques simples (SNP) et les indels courts. Ce pipeline repose, entre autres, sur la combinaison de données de séquençage en lectures courtes et en lectures longues et sur l'intégration des graphes pangénomiques. À l'aide de ce pipeline, nous avons catalogué 115,907 SV, 8,777,832 SNP et 1,089,321 indels courts dans les génomes de 60 saumons des rivières Romaine et Puyjalon (Côte-Nord, Québec), deux populations présumément adaptées localement dont les individus diffèrent fortement dans leurs traits d'histoire de vie, incluant l'âge de la maturité sexuelle et le taux de croissance. L'analyse comparative des trois formes de polymorphisme a révélé une excellente concordance entre elles quant à la structure de population et à l'ampleur de la différenciation génétique entre les saumons des deux populations. De plus, plusieurs variants présentant la signature moléculaire de sélection naturelle touchent à des gènes impliqués dans la fonction du système nerveux : ces variants pourraient donc indirectement contribuer à la variation phénotypique observée chez les populations à l'étude, et ainsi avoir un rôle dans leur adaptation locale. Ce travail démontre la faisabilité de l'étude populationnelle des SV et témoigne de sa pertinence pour la génomique des populations des salmonidés. / Structural variants (SVs) are now recognized as the main component of intraspecific genetic polymorphism and can contribute to evolutionary processes in various organisms. However, they are inherently difficult to detect and genotype and therefore remain poorly documented in wild populations. Atlantic salmon (Salmo salar), which displays strong interpopulation variability in life history traits and habitat, offers a prime context for studying adaptive SVs. Here, we developed a population-scale variant characterization and analysis pipeline targeting SVs, single nucleotide polymorphisms (SNPs) and short indels. This pipeline mainly relies on the combination of both short- and long-read sequencing and on the integration of pangenome graphs. Using this pipeline, we catalogued 115,907 SVs, 8,777,832 SNPs and 1,089,321 short indels in the genomes of 60 salmon from the Romaine and Puyjalon rivers (Côte-Nord, Québec), two putatively locally adapted populations exhibiting pronounced variation in life history traits, namely age at maturity and growth rate. Comparative analysis of the three types of polymorphism revealed a highly consistent population structure and genetic differentiation between both populations. In addition, numerous variants bearing molecular signatures of natural selection were located nearby genes involved in nervous system function: these variants might thus indirectly contribute to the observed phenotypic variation in the Romaine and Puyjalon populations, especially in age at smoltification, and could therefore play a role in their local adaptation. This research demonstrates the feasibility of population-scale study of SVs and highlights its relevance for population genomics of salmonids.

Titre de l'écran-titre (visionné le 8 novembre 2023) / Le longicorne asiatique, Anoplophora glabripennis, originaire de Chine et de la péninsule coréenne, est devenu un insecte nuisible qui représente une menace significative pour les forêts et les économies du monde entier. La gestion efficace de ses invasions et de ses dommages potentiels repose sur une détection précoce grâce aux méthodes de biosurveillance. Dans cette thèse, j'utilise des techniques de séquençage de nouvelle génération (NGS) et des méthodes de génomique des populations pour 1) caractériser la similarité et la différenciation des populations de ce coléoptère, 2) identifier les signatures génomiques qui déterminent la différenciation entre les lignées génétiques et les signatures génomiques associées à l'adaptation environnementale (i.e. variables climatiques), en particulier l'adaptation au froid, 3) éclairer l'histoire de son invasion en Amérique du Nord. Dans le premier chapitre, j'étudie la structure de population des ALB indigènes de l'Asie pour informer la conception des outils de biosurveillance afin d'identifier les sources d'invasion. En utilisant des individus de populations indigènes, en séquençant leurs génomes grâce au séquençage par génotypage (GBS), et en identifiant des marqueurs de polymorphisme nucléotidique (SNP) à l'échelle du génome, j'ai comparé la diversité génétique, mesuré le flux de gènes, et effectué des tests d'assignation de population. J'ai identifié six groupes génétiques avec une division claire entre les groupes du nord et du sud de l'aire de répartition native de cette espèce. Nos résultats démontrent qu'un petit nombre de SNPs peut assigner précisément des individus à des régions géographiques, jetant les bases pour de nouveaux outils de biosurveillance pour l'ALB. Dans le deuxième chapitre, j'examine les signatures génomiques sous sélection associées aux variables climatiques, en particulier la température. J'ai effectué un séquençage complet du génome sur dix échantillons multiplexés, chacun avec 20 individus, pour produire une forte densité de marqueurs SNP à l'échelle du génome. Le criblage du génome et l'analyse gène-environnement (GEA) ont été utilisés pour identifier plus de 5 000 gènes potentiellement impliqués dans l'adaptation locale chez l'ALB. Alors que des gènes communs de tolérance au froid, tels que la glycérol kinase, les cytochromes P450, la protéine antigel et les protéines de choc thermique ont été trouvés à travers des analyses de sélection, ceux-ci n'étaient pas significatifs dans l'analyse GEA, indiquant une relation complexe entre les facteurs environnementaux et l'évolution génétique de la tolérance au froid. Ce profilage génomique complet offre de nouvelles perspectives sur les mécanismes génétiques sous-jacents à l'adaptation locale chez cette espèce. Dans le troisième chapitre, j'utilise des données génomiques obtenues grâce à la technologie GBS pour reconstruire l'histoire invasive du longicorne asiatique en Amérique du Nord (NA) et mieux comprendre les invasions biologiques. Les résultats révèlent que la plupart des populations invasives de NA proviennent de plusieurs introductions indépendantes du nord de la Chine. Les origines spécifiques incluent la Région Nord Deux pour les populations de l'Illinois, de Toronto et de l'Ohio, la Région Sud pour les populations du Massachusetts, et la Région Nord Un pour les populations de Farmingdale, New York. Après leur introduction, toutes les populations ont connu des goulots d'étranglement, certaines connaissant également une seconde expansion, comme New York. Les résultats de notre étude sont cohérents avec les données historiques, offrant de nouvelles perspectives sur la dynamique d'invasion de cette espèce. En conclusion, cette thèse présente une étude approfondie sur la structure populationnelle, l'adaptation et l'histoire invasive du longicorne asiatique en utilisant des techniques génomiques avancées. Nos découvertes améliorent non seulement notre compréhension de la biologie de ce coléoptère et de ces mécanismes adaptatifs, mais fournissent également des perspectives précieuses pour le développement de stratégies de biosurveillance efficaces pour gérer et atténuer les impacts de ses invasions. Alors que la menace des espèces invasives continue d'augmenter à l'échelle mondiale, les méthodes et les connaissances acquises grâce à cette étude peuvent être appliquées à d'autres nuisibles invasifs, contribuant finalement à la protection de nos forêts, écosystèmes et économies. / The Asian longhorned beetle (ALB) Anoplophora glabripennis, native to China and Korea Peninsula, has become a global insect pest that poses a significant threat to forests and economies worldwide. Effective management of its invasions and potential damage relies on early detection through biosurveillance methods. In this thesis, I utilize next-generation sequencing (NGS) techniques and population genomics methods to 1) characterize the beetle's population similarity and differentiation, 2) identify genomic signatures that determine the differentiation between genetic lineages in its native range and signatures related to environmental adaptation associated with climate variables especially cold adaptation, and 3) provide insight on its invasion history in North America. In the first chapter, I investigate the population structure of native ALB populations to inform the design of biosurveillance tools for identifying invasion sources. By collecting native population samples, sequencing their genomes using genotyping-by-sequencing (GBS), and obtaining genome-wide single nucleotide polymorphism (SNP) markers, I compared genetic diversity, measured gene flow, and conducted population assignment tests. I identified six genetic clusters with a clear division between northern and southern groups. Our results demonstrate that a small number of SNPs can accurately assign individuals to geographic regions, laying the foundation for new ALB biosurveillance tools. In the second chapter, I examine genomic signatures under selection and associated with climate variables, specifically temperature. I performed whole genome sequencing on ten pooled samples, each with 20 individuals, to produce high-density genome-wide SNP markers. Genome scans and gene-environment analysis (GEA) were used to identify over 5,000 genes potentially involved in local adaptation in ALB. Notably, while common cold tolerance genes, such as glycerol kinase, cytochrome P450s, antifreeze protein, and heat shock proteins, were found through selection scans, these were not significant in GEA analysis, indicating a complex relationship between environmental factors and genetic evolution of cold tolerance. This comprehensive genomic profiling provides new insights into the genetic mechanisms underlying local adaptation in this species. In the third chapter, I use genomic data obtained through GBS technology to reconstruct the invasion history of the Asian longhorned beetle in North America (NA) to better understand the biological invasions in the invasive region. Findings reveal that most NA invasive populations originated from multiple independent introductions from northern China. Specific origins include North Region Two for populations in Illinois, Toronto, and Ohio, South Region for Massachusetts populations, and North Region One for Farmingdale, New York populations. Post introduction, all populations experienced bottleneck events, with some also experiencing secondary spread, such as New York. The results of our study are consistent with historical records, offering further insights into the invasion dynamics of this species. In conclusion, this thesis presents a detailed study of the Asian longhorned beetle's population structure, adaptation, and invasion history using advanced genomic techniques. Our findings not only enhance our understanding of the beetle's biology and adaptive mechanisms but also provide valuable insights for developing effective biosurveillance strategies to manage and mitigate the impacts of its invasions. As the threat of invasive species continues to rise globally, the methods and knowledge gained from this study can be applied to other invasive pests, ultimately contributing to the protection of our forests, ecosystems, and economies.

Le caryotype moléculaire permet d’identifier un CNV chez 10-14% des individus atteints de déficience intellectuelle et/ou de malformations congénitales. C’est pourquoi il s’agit maintenant de l’analyse de première intention chez ces patients. Toutefois, le rendement diagnostique n’est pas aussi bien défini en contexte prénatal et l’identification de CNVs de signification clinique incertaine y est particulièrement problématique à cause du risque d’interruption de grossesse. Nous avons donc testé 49 fœtus avec malformations majeures et un caryotype conventionnel normal avec une micropuce CGH pangénomique, et obtenu un diagnostic dans 8,2% des cas. Par ailleurs, des micropuces à très haute résolution combinant le caryotype moléculaire et le génotypage de SNPs ont récemment été introduites sur le marché. En plus d’identifier les CNVs, ces plateformes détectent les LOHs, qui peuvent indiquer la présence d’une mutation homozygote ou de disomie uniparentale. Ces anomalies pouvant être associées à la déficience intellectuelle ou à des malformations, leur détection est particulièrement intéressante pour les patients dont le phénotype reste inexpliqué. Cependant, le rendement diagnostique de ces plateformes n’est pas confirmé, et l’utilité clinique réelle des LOHs n’est toujours pas établie. Nous avons donc testé 21 enfants atteints de déficience intellectuelle pour qui les méthodes standards d’analyse génétique n’avaient pas résulté en un diagnostic, et avons pu faire passer le rendement diagnostique de 14,3% à 28,6% grâce à l’information fournie par les LOHs. Cette étude démontre l’utilité clinique d’une micropuce CGH pangénomique chez des fœtus avec malformations, de même que celle d’une micropuce SNP chez des enfants avec déficience intellectuelle. / Molecular karyotyping identifies a CNV in 10-14% of individuals affected with intellectual disability and/or congenital abnormalities. Therefore, it is now the first-tier analysis for these patients. However, the diagnostic yield is not as clear in the prenatal context, and the risk of pregnancy termination makes the detection of variants of uncertain clinical significance particularly problematic. We tested 49 fetuses with major malformations and a normal karyotype, using a pangenomic CGH array, and obtained a diagnosis in 8.2% of cases. Furthermore, high-resolution microarrays combining molecular karyotyping and SNP genotyping were recently introduced on the market. In addition to identifying CNVs, these platforms detect LOHs, which can indicate the presence of a homozygous mutation or of uniparental disomy. Since these abnormalities can be associated with intellectual disability or congenital abnormalities, their detection is of particular interest for patients whose phenotype remains unexplained. However, the diagnostic yield obtained with these platforms is not confirmed, and the real clinical value of LOH detection is not yet established. We tested 21 children affected with intellectual disability for whom standard genetic analyses failed to provide a diagnosis, and were able to increase the diagnostic yield from 14.3% to 28.6% as a result of the information provided by LOHs. This study shows the clinical usefulness of pangenomic CGH arrays in fetuses with malformation(s), as well as that of SNP arrays in children with intellectual disability.