La mégacaryopoïèse est le nom donné à la différenciation des cellules souches hématopoïétiques (CSHs) en mégacaryocytes (MCs). Elles sont les cellules spécialisées précurseures des plaquettes sanguines. Au cours de leur maturation, les MCs entreprennent plusieurs rondes successives de réplication d'ADN. Ce phénomène est appelé endomitose. De récentes évidences suggèrent que les MCs endomitotiques seraient incapables de compléter leur division cellulaire. Dans le cadre de ce projet de recherche, il a été démontré que la surproduction du peptide MTPG-43 dans des lignées leucémiques humaines entraîne une augmentation du volume cytoplasmique et un changement de morphologie cellulaire, rappelant ainsi certaines acquisitions du MC différencié. Fusionné ou non à des marqueurs fluorescents, la surexpression transgénique du peptide dans les lignées exprimant un phénotype mégacaryocytaire entraîne un accroissement de la taille des cellules sans pour autant faire intervenir une augmentation du degré de ploïdie nucléaire. N'affectant pas la viabilité, l'accumulation du peptide à la membrane cytoplasmique semble rendre les cellules plus labiles. L'expression du peptide dans des MCs dérivés de cultures de CSHs de sang de cordon à l'aide d'un vecteur d'expression adénoviral n'a cependant pas permis d'accroître la production de plaquettes in vitro. Ce peptide demeure toutefois un outil moléculaire intéressant pour approfondir et élucider les mécanismes biologiques qui provoquent le gigantisme cellulaire.

La méiose est un processus fondamental qui conditionne la formation de gamètes et assure la stabilité des génomes tout en générant de la diversité par brassage génétique. La régularité méiotique nécessite la formation de crossing-overs (CO) exclusivement entre chromosomes homologues. Cette condition est plus difficile à remplir chez les espèces allopolyploïdes qui présentent plusieurs jeux de chromosomes toujours susceptibles de recombiner ensemble. Bien que la polyploïdie soit omniprésente chez les plantes, on connait peu de choses sur le déroulement de la méiose chez ces espèces. Au cours de ma thèse, je suis intéressée à l’effet de la polyploïdie sur la formation et sur la fréquence de CO en utilisant le colza (Brassica napus, AACC, 2n=38) comme modèle d’étude. J’ai notamment cherché à comprendre : (1) quel est l’effet du niveau de ploïdie sur la fréquence de crossovers, et (2) l’origine des variations de COs observées chez les plantes allohaploïdes (AC) produites à partir de différentes variétés de colza, en utilisant une palette d’approches cytologiques et cytogénétiques. Mes travaux ont permis de montrer que le niveau de ploïdie induit une augmentation de la fréquence de crossovers, et que cette augmentation est plus importante dans un contexte triploïde que tétraploïde. J’ai ainsi montré que la fréquence de CO augmente progressivement du diploïde (1,6 CO/bivalent) vers le tétraploïde (2 CO/bivalents) et quelle est maximale chez le triploïde (2,8 CO/bivalent). En ce qui concerne la deuxième question, j’ai montré que la différence entre les allohaploïdes de colzas apparaît tardivement au cours de la méiose. Elle semble être liée à une capacité différente à former des CO en fonction de la variété utilisée pour produire ces allohaploïdes et non pas à une différence dans la reconnaissance de l’homologie. Un de mes résultats original est que la protéine HEI10, impliquée dans la voie de formation des CO interférents, présente une dynamique différente entre les deux variétés, que ce soit à l’état euploïde (AACC) qu’allohaploïde (AC).Mes résultats conduisent à s’interroger sur la relation entre (i) la régulation du nombre de CO formés entre chromosomes homologues et (ii) la suppression des CO entre chromosomes non homologues chez les espèces allopolyploïdes. / Meiosis is a fundamental process required to produce gametes, ensure genome stability and generate diversity within species by creating new chromosome/allele combinations. For all these outcomes the exclusive formation of crossovers (CO) between homologous chromosomes is required. This condition is more difficult to fulfil in allopolyploid species that have more than two sets of chromosomes still able to recombine together. Although polyploidy has been particularly prevalent in plants, little is known about meiosis in polyploids. During my thesis I have analyzed the effect of polyploidy on CO formation and frequency, using oilseed rape (Brassica napus, AACC, 2n=38) as model. My work aimed to investigate (i) the effect of ploidy level on the rate of meiotic COs and (ii) the causes for the observed difference in CO rate between allohaploid plants (AC) produced from different B. napus varieties. To address these questions, I have combined a series of cytological, immunocytological and cytogenetical analyses.My work first indicates that polyploidization leads to increase CO frequency. I showed that the number of COs progressively increases from the diploid (1,6 CO/bivalent) to the tetraploid (2 CO/bivalent) and is maximal in the triploid (2,8 CO/bivalent). In the second part, I have shown that the difference of meiotic behaviors between B. napus allohaploids appears at a late stage of meiosis. This difference seems to be due to a difference in the propensity to form CO between the two varieties rather than a difference in the stringency of homology recognition. This difference could be related to the difference in the pattern and/or chronology of HEI10 (a key protein involved in the interfering CO pathway) signals along chromosomes during prophase I in both euploids (AACC) and allohaploids (AC).My results thus puts under the spotlight the link that may exist between (i) the regulation of CO rate between homologous chromosomes and (ii) the suppression of COs between non-homologous chromosomes in polyploid species.

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

La plupart des espèces végétales sont des polyploïdes récents ou anciens. L’allopolyploïdisation qui résulte d’une hybridation interspécifique couplée à une duplication génomique joue un rôle fondamental dans l’évolution des plantes. Elle provoquerait des changements de l’organisation du génome et de la régulation de l’expression des gènes qui seraient à l’origine de nouvelles aptitudes de ces plantes. Dans ce contexte, l’étude des mécanismes de conciliation des réseaux parentaux de régulation des gènes semble essentielle pour définir leur rôle dans la variation de l’expression des gènes. Le genre Coffea, composé d’espèces diploïdes pouvant s’hybrider et d’une espèce allotétraploïde C. arabica, constitue un modèle approprié pour cette étude. L’allopolyploïde présente deux sous-génomes homéologues peu différenciés, provenant de l’hybridation de C. eugenioides et C. canephora. A l’inverse de ses espèces parentales qui se caractérisent par des écosystèmes différents et d’amplitude thermique faible, C. arabica se développe en tolérant des variations de température plus importantes. Ce travail a consisté à étudier chez C. arabica les conséquences de l’hybridation sur la variation de l’expression et de la régulation des gènes et à analyser la variation de l’expression des gènes homéologues et son implication dans les capacités adaptatives. L’expression et la régulation des gènes au sein d’hybrides F1 entre C. canephora et C. eugenioides ont été analysées en utilisant la technologie RNA-seq. L’étude de ces hybrides a montré que les espèces parentales se distinguent par une proportion importante de divergences de trans-régulation. Pour 77% des gènes différemment exprimés entre les espèces parentales et les hybrides, le niveau d’expression de l’hybride est comparable à celui de l’une des espèces parentales, c’est le phénomène de «level expression dominance». L’analyse de l’expression allélique spécifique a permis de caractériser la régulation de l’expression des gènes ; les deux allèles sont exprimés, avec exceptionnellement un biais en faveur d’un génome. L’expression des gènes est déterminée par des combinaisons complexes de divergences de cis-régulation des espèces parentales et des effets entrecroisés de leurs facteurs de trans-régulation. Le niveau d’expression des gènes dépend de la sur ou sous-régulation simultanée des deux allèles et en particulier, de l’asymétrie des effets des facteurs de trans-régulation qui semble être à l’origine du phénomène de «level expression dominance». Pour l’allopolyploïde, l’étude de l’expression relative des gènes homéologues à l’échelle du génome a révélé que les gènes homéologues des deux sous-génomes s’inter-régulent et contribuent au transcriptome. Le transcriptome de jeunes feuilles de C. arabica cultivés à deux conditions de températures, chacune convenant à l’une des espèces parentales a été analysé pour étudier la variation de l’expression des gènes homéologues chez C. arabica et son implication dans les capacités adaptatives. La contribution des sous-génomes au transcriptome est faiblement modifiée par les conditions de culture et n’apparait pas directement impliquée dans la capacité de C. arabica à tolérer des amplitudes thermiques plus élevées que les espèces parentales. Ces études ont permis de caractériser la réponse transcriptionnelle à un évènement d’hybridation récent et ancien. Elles mettent en évidence les bases génétiques de la variation de l’expression allélique suite à la fusion des réseaux divergents de régulation des gènes d’espèces parentales. Elles ont permis de proposer un modèle de la régulation de l’expression des gènes homéologues pour C. arabica.Mots clés : allopolyploïdie, hybridation, homéologue, expression allélique spécifique (ASE), cis- trans-régulation, transcriptome, RNA-seq, adaptation, caféier. / Polyploidy is a prominent mode of speciation and a recurrent process during plant evolution. Allopolyploidization, that involves inter-species hybridization and genome doubling, can induce an extensive array of genomic rearrangements and gene expression changes generating plants with new abilities to adaptation. The study of the merger of divergent gene expression regulatory networks seems fundamental to elucidate the role of conciliation processes in the gene expression variations.The genus Coffea that contains diploid species able to hybridize and C. arabica a recent allopolyploid between two low divergent diploid species C. eugenioides and C. canephora, represents an appropriate model for this study. Indeed C. arabica can be grown in regions with marked variations in thermal amplitude while the parental species are less adapted to temperature variations. The aims of the present work are, on one hand, the study of the effects of hybridization on the expression and regulation of genes and on the other hand, the analysis of homeologous gene expression variation in response to changing environment.To examine the immediate effects of hybridization, the expression and regulation of genes in F1 hybrids between C. canephora and C. eugenioides were analyzed by genome-wide RNA-seq technology. Parental species are distinguished by an important proportion of trans-regulatory divergences. In hybrids, among divergently expressed genes between parental species and hybrids, 77% are expressed like one parent (expression level dominance). Gene expression was shown to result from the expression of both alleles, with occasional bias toward one genome. The gene expression patterns appear determined by complex combinations of cis- and trans-regulatory divergences of parental species and by intertwined parental trans-regulatory factors. The gene expression level depends on the simultaneous up and down-regulation of both alleles and the observed biased expression level dominance seems to be derived from the asymmetric effects of trans-regulatory parental factors on regulation of alleles. In the allopolyploid, at the genomic scale, both homeologous genes are also inter-regulated and contribute to the transcriptome.The transcriptome of leaves from C. arabica cultivated at different growing temperatures suitable for one or the other parental species was examined to analyze the variation of homeologous gene expression in variable conditions. The relative subgenome contributions to the transcriptome appear to be only marginally altered by the growing conditions. C. arabica’s ability to tolerate a broader range of growing temperatures than its diploid parents does not result from differential use of homeologs. The transcriptional response after a recent or old hybridization event was characterized by these studies. The genetic bases of the variations in allelic expression after the merger of parental gene expression regulatory networks, were elucidated and a model of regulation of homeologous gene expression in C. arabica is proposed. Keywords : allopolyploidy, hybridization, homeolog, Allelic Specific Expression (ASE), cis- trans-regulation, transcriptome, RNA-seq, adaptation, coffee tree.

La recombinaison méiotique est au cœur de l'hérédité Mendélienne, de l'évolution et de l'amélioration des plantes, car elle assure, grâce aux crossovers, une transmission fidèle des chromosomes et le brassage de l’information génétique au fil des générations. Deux voies de formation des crossovers coexistent chez les plantes. La voie principale (voie I) dépend de la protéine MSH4 (et de quelques autres). La voie secondaire ne produit que quelques crossovers (dits de voie II) au cours de la méiose d’une plante de type sauvage ; ils sont indépendants de MSH4 et leur nombre est limité par des protéines telles que FANCM. Si ces deux voies ont été bien décrites chez des espèces diploïdes, ce n’est pas le cas chez des plantes allopolyploïdes, pourtant très fréquentes parmi les plantes cultivées. Il s'agit là d'une lacune importante, car la présence de plusieurs jeux de chromosomes apparentés conduit à augmenter le nombre de partenaires susceptibles de former des crossovers et le nombre de copies de tous les gènes méiotiques, rendant la recombinaison méiotique plus complexe. Cette thèse vise à explorer l'interaction entre les voies de formation des crossovers et la polyploïdie en utilisant des mutants de colza (Brassica napus; AACC) et d’un de ces parents diploïdes (B. rapa; AA) pour deux gènes de la recombinaison méiotique.J'ai tout d'abord testé dans quelle mesure la formation de crossovers entre chromosomes homologues et entre homéologues (chromosomes A et C) est tributaire des voies I et II en évaluant l’effet d’une diminution du nombre de copies fonctionnelles de MSH4 sur le nombre de crossovers. J'ai montré que ce dernier n'est altéré que lorsque les deux copies MSH4 sont inactivées, toute autre combinaison de mutations conduisant au même nombre de crossovers inter-homologues que chez le sauvage. J'ai également montré que la proportion de crossovers de voie II chez des mutants msh4 de colza est bien supérieure à celles observées chez d’autres plantes mutantes pour msh4. Cette observation reste vraie chez des mutants msh4 de B. rapa, suggérant que la proportion accrue de crossovers de voie II n’est pas spécifique au colza, mais probablement une caractéristique des Brassicaceae. Chez des plantes allohaploïdes (AC) de colza, chez lesquelles les crossovers ne peuvent se former qu’entre homéologues, les copies MSH4 ne se compensent plus complétement ; le nombre de crossovers de voie I fluctue au contraire proportionnellement au dosage de MSH4, devenant presque nul lorsque toutes les copies sont inactivées. Mes résultats illustrent deux nouvelles propriétés spécifiques des crossovers entre homéologues: une plus grande sensibilité vis-à-vis du dosage MSH4 pour les crossovers de voie I et une plus faible efficacité des crossovers de voie II.Dans un second temps, j'ai caractérisé cytologiquement des mutants fancm de colza pour vérifier que l'augmentation des crossovers de voie II ne nuit pas à au bon déroulement de sa méiose. Cette question est restée en suspens, les mutants fancm de colza n’étant pas complètement nuls. Cet écueil m'a incité à développer une approche de TILLING par séquençage pour identifier de nouveaux mutants de recombinaison chez le colza. J'ai alors combiné les mutations fancm et msh4 chez B. rapa pour vérifier si les premières suffisent à corriger les défauts méiotiques induits par les secondes. J'ai montré que, conformément à ce qui avait été observé chez Arabidopsis thaliana, la mutation fancm augmente le nombre de crossovers à un point tel qu’elle restaure la formation de bivalents dans un mutant msh4. La fonction de FANCM est donc conservée chez B. rapa.Mes résultats ont fait progresser la compréhension des voies de formation des crossovers lors d’une méiose allopolyploïde. Ils indiquent que la transmission des chromosomes chez ces espèces implique principalement des crossovers de voie I, et qu’elle pourrait être assurée en limitant l’efficacité de cette voie (e.g. en diminuant le nombre de copies de gènes). / Meiotic recombination ensures, through the formation of crossovers (COs), both faithful chromosome transmission and allelic shuffling over generations; it is at the heart of Mendelian heredity, evolution and plant breeding. Two crossover pathways co-exist in plants. The main pathway (class I) is dependent on MSH4 (and additional proteins). The secondary pathway produces only a few MSH4-independent (class II) crossovers during wild-type meiosis that are limited in number by anti-crossover proteins such as FANCM. These pathways have been extensively described in diploid species, disregarding one of the most pervasive features of crop genomes: polyploidy. This is a major gap in our understanding because the presence of more than two related sets of chromosomes leads both to extra partners for crossover formation and additional copies for all meiotic genes, which make meiotic recombination more intricate. This thesis aims at exploring the interplay between meiotic recombination pathways and polyploidy using mutants for two recombination genes in allotetraploid Brassica napus (AACC; 2n=38) and its diploid progenitor, B. rapa (AA; 2n=20). I have first tested the extent to which class I and class II pathways contribute to inter-homolog and inter-homoeolog (between A and C chromosomes) crossover formation by analyzing how crossovers are affected as the number of functional MSH4 copies decreases. I showed that inter-homolog crossover formation is impaired only when the two MSH4 copies are lost, any other combination of msh4 mutations resulting in wild-type crossover numbers. I also observed that, when class I crossovers are completely abolished in B. napus, the highest frequency of class II crossover ever reported among plant msh4 mutants is observed. I reproduced this result using B. rapa msh4 mutants, thereby demonstrating that increased class II crossover frequencies is not specific to B.napus, but could instead be a general feature of the Brassicaceae. In B. napus allohaploids (AC), where crossovers are forced to occur between homeologs, MSH4 copies no longer complement each other perfectly; counter to the situation in euploids, the number of MSH4-dependent crossovers formed between homoeologs fluctuates with MSH4 dosage in these plants, and approximate zero when all MSH4 copies are depleted. Altogether, my results illustrate two novel specific properties of inter-homeolog crossovers: a greater sensitivity to MSH4 dosage for class I pathway and a lower efficiency for class II.Next, I characterized cytologically B. napus fancm mutants to confirm that boosting class II crossovers would not be detrimental to B. napus meiosis. However, a prudential interpretation of these results is demanded since the B. napus fancm alleles retained residual anti-crossover activity. This has prompted me to set up a TILLING-by-sequencing procedure in order to produce new recombination mutants in B. napus. I also combined the B. rapa fancm and msh4 mutations to test whether the former is sufficient to fix the meiotic defects resulting from the latter. I showed that, similarly to what had been observed in Arabidopsis thaliana, fancm mutation boost COs to such a point that it restores bivalent formation in B. rapa msh4 background. My results therefore confirmed that the function of FANCM is conserved in B. rapa. Overall, the findings and achievements of this thesis make a step forward dissection of CO pathways during allopolyploid meiosis. They indicate that meiotic adaptation to allopolyploidy mainly involve the class I crossover pathway and could be achieved by limiting its efficiency (e.g. by decreasing gene copy number).

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Dans l’alimentation humaine, le blé joue un rôle capital du fait de sa valeur nutritive. Une hausse de la production de plus de 20 % sera nécessaire d’ici 2050 simplement pour garantir aux populations les standards actuels de consommation alimentaire. Prenant en compte les bouleversements climatiques créant des contraintes environnementales conséquentes, l’amélioration du rendement en blé sans perte de qualité devient un réel défi mondial. C’est dans ce contexte que s’inscrit ma thèse.La génomique translationnelle est une approche intégrative qui fait le lien entre Recherche Fondamentale et Appliquée, où les espèces modèles jouent le rôle de pivot pour étudier les espèces d’intérêt agronomique. J’ai mis en œuvre cette approche de recherche translationnelle pour étudier finement l’histoire évolutive, l’organisation et la régulation du génome du blé. Le blé est une espèce polyploïde qui a subi des duplications chromosomiques récentes (500 000 et 10 000 ans) et anciennes (<90 millions d’années). Mes travaux ont consisté à utiliser les espèces de céréales apparentées pour étudier l’impact de ces duplications sur la plasticité structurale et expressionnelle des copies de gènes dupliqués du blé moderne. Mes travaux ont montré que la polyploïdie chez le blé est suivie d’une diploïdisation. Cette diploïdisation est en cours chez le blé moderne ; elle consiste en l’accumulation de mutations, de perte de gènes ou de modification de l’expression des gènes dupliqués. Cette diploïdisation est non aléatoire ; elle génère des blocs chromosomiques dominants à forte stabilité et d’autres plus sensibles, à forte plasticité. Au travers de l’analyse du génome du blé, la polyploïdie apparaît comme une force majeure de l’évolution, voire de l’adaptation, en permettant la spécialisation structurale et fonctionnelle des gènes surnuméraires. Cette asymétrie de plasticité structurale et expressionnelle post-polyploïdie entraine in fine la diploïdisation des phénotypes. Mes travaux de thèse l’illustre au travers de l’analyse des bases génétiques de l’inhibition du tallage, contrôlée par une insertion de 109bp codant pour un microRNA porté uniquement par la région chromosomique 1A, dite sensible. Mes travaux montrent une quasi-complète diploïdisation structurale, expressionnelle et phénotypique du blé tendre moderne ouvrant la question d’une re-définition du concept « d’espèces polyploïdes » au regard des analyses génomiques qui peuvent être conduites aujourd’hui, comme cette thèse en est une illustration. / Wheat plays a key role in Human food due to its nutritional value. Wheat production needs to be increased by more than 20% by 2050 to guarantee current human consumption standards. Taking into account climatic changes with high level of environmental constraints, yield improvement without quality loss became a big challenge. This consists in the economical and societal context of the current doctoral thesis.The integrative translational genomic approach consists in transferring fundamental knowledge gained from model species to applied practices for breeding in crops. This strategy was used here to study the evolutionary history, the organization and the regulation of the modern bread wheat genome. Modern wheat is a polypoid species deriving from two hybridization events between diploid progenitors 500 000 and 10 000 years ago, as well as a more ancient that dated back to more than 90 million years ago. The current research consisted in using cereal species closely related to wheat to study the impact of these duplications on the structural and expression plasticity of duplicated genes in wheat.My results established that the diploidization process is in progress in wheat after the successive rounds of polyploidization events. This diploidization consists in the accumulation of mutations, gene loss or expression modification between duplicated genes. This diploidization is nonrandom at the genome level; generating dominant chromosomic regions with high stability in contrast to others regions more sensitive with high plasticity. Based on such wheat genome evolutionary analysis, polyploidy appears as a major evolutionary force driving plant adaptation through structural and expressional specialization of duplicated genes.Such post-polyploidy genomic asymmetry drives finally the phenotype diploidization as illustrated in the current research with the study of genetic basis of the tiller inhibition Trait. This trait seems to be driven by a 109 pb insertion coding for a microRNA located solely on the chromosome 1A, known as a sensitive genomic fraction.The current research established that the modern bread wheat has been quasi-entirely diploidized at the structural, expressional and phenotypic levels, now requiring a new definition of the polypoid concept in line with current genomic investigations, as illustrated in the current thesis.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

La protéine HBx du virus de l'hépatite B (VHB) potentialise la survenue du carcinome hépatocellulaire (CHC). Cependant, les mécanismes par lesquels, HBx favorise l'instabilité génétique lors de la prolifération hépatique restent flous. La polyploïdisation hépatocytaire participe à la diversité génétique dans le foie. La modulation de la polyploïdie par l'HBx contribuerait-elle au développement de la maladie hépatique ? Ainsi, la polyploïdisation au cours du développement et de la maladie hépatique induite par le tétrachlorure de carbone ou le diéthylnitrosamine, a été évaluée dans les souris transgéniques FL-HBx (forme complète). Au cours du développement postnatal et dans la maladie hépatique, FL-HBx inhibe la binucléation hépatique au profit de noyaux polyploïdes (? 4n) par la dérégulation des transitions G1/S et G2/M, et l'accumulation d'ADN altérés. Une polyploïdisation similaire a été observé dans des souris avec un foie humanisé et infecté par le VHB. Dans les souris FL-HBx, l'initiation du CHC est associée à l'inactivation de ChK1, l'inhibition de Mre11, Rad51 et de l'apoptose, et à la surexpression d'IL-6 tandis que dans la fibrose, l'augmentation d'?-sma, PdgfR-?, TGF-?, TNF-? et la perte de l'expression de la glutamine synthétase ont été observées. De plus, les hépatocytes FL-HBx traitées présentent une prolifération anormale avec une forte expression de Ly6D, GpC3 et AFP. En conclusion, nos résultats montrent que par la surexpression de PLK1 via p38/ERK, FL-HBx induit une polyploïdisation pathologique du foie conduisant à la propagation d'ADN altérés et à l'apparition de marqueurs tumoraux au cours de la fibrose hépatique et de l'initiation du CHC. / Hepatitis B virus X protein (HBx) is involved in the development of hepatocellular carcinoma (HCC). However, how HBx promotes genetic instability or DNA damage during liver proliferation remains unclear. For that, we used mice transgenic for the full-length HBx (FL-HBx) to investigated the impact of HBx expression on polyploidization during normal liver proliferation and in liver diseases (fibrosis : carbon tetrachloride and HCC : diethyl nitrosamine, treatments). During postnatal liver development as well as in liver diseases, FL-HBx inhibits liver binucleation and triggers early production of polyploid nuclei (≥ 4n). These features were associated with aberrant G1/S and G2/M transitions and the propagation of DNA damage. Furthermore, hepatitis B virus infection, in liver humanized mouse model, shows similar deregulation of hepatocytes polyploidization. In FL-HBx animals, HCC initiation was associated with impairment of ChK1 activation and Mre11 and Rad51 expression (DNA repair proteins), inhibited apoptosis and upregulated IL-6 transcription while in fibrosis, increased expression of α-sma, PdgfR-β, TGF-β, TNF-α as well as a defect in glutamine synthetase expression were observed. In addition, treated FL-HBx animals displayed marked alterations to the cell cycle associated with stronger expression of HCC progenitor cell markers (Ly6D, GpC3, AFP). Finally, we showed that FL-HBx protein induces pathological polyploidization of hepatocytes by upregulating PLK1 through p38/ERK Mapks pathways. That promotes a loss of genomic integrity and an increase of hepatocytes expressing tumor progenitor cell markers during liver fibrosis and HCC initiation.

La polyploïdie se caractérise par une duplication du génome entier. Elle inhibe efficacement la prolifération cellulaire et joue pourtant un rôle clé dans les étapes précoces de la tumorigénèse. Comment est-elle capable de promouvoir une instabilité génétique dans les cellules cancéreuses est une question en suspens. J'ai établi un système modèle affectant la cytocinèse pour étudier les conséquences de la polyploïdie dans les cellules souches neuronales (CSN) et dans le disque imaginal de l'aile de drosophile. Les cellules polyploïdes du disque sont rapidement éliminées, les CSN polyploïdes continuent de proliférer. Les CSN polyploïdes sont caractérisées par une instabilité génétique précoce et deux facteurs en sont responsables: les erreurs mitotiques et des dommages à l'ADN. Ces dommages sont issus en partie de l'incapacité des cellules à restreindre leur progression dans le cycle cellulaire après une réplication incomplète de l'ADN. J'ai trouvé que de multiples domaines nucléaires au sein de la même CSN polyploïde pouvaient présenter une asynchronie de leur progression dans le cycle cellulaire. Les domaines nucléaires en retard dans leur progression sont les cibles des lésions à l'ADN au moment de l'entrée en mitose. Les lésions sont réduites après surexpression de Chk1, une kinase de la voie ATR de réponse aux dommages à l'ADN. De plus, la prolifération incontrôlée des CSN polyploïdes génétiquement instables est responsable de leur potentiel tumorigénique dans les essais de transplantation. Mes résultats montrent que la tolérance à la polyploïdie dépend du tissu et qu'une série d'événements contribue à l'instabilité génétique dans les CSN polyploïdes. / Polyploidy, which derives from whole-genome duplication events, is normally a potent inhibitor of cell proliferation, but plays important roles during the early steps of tumorigenesis. However, how the gain of multiple sets of chromosomes promotes the generation of unbalanced karyotypes typical of cancer cells remains to be investigated. Using a number of conditions that affect cytokinesis, I established a model system to study the consequences of polyploidy in the neural stem cells (NSCs) of Drosophila and in the wing disc (WD). Importantly, while polyploidy is rapidly eliminated from the WD, polyploid NSCs continue to proliferate. Polyploid NSCs are characterized by early-onset genetic instability and two sources account for the generation of unstable karyotypes: mitotic errors and high-levels of DNA damage. DNA damage in polyploid NSCs arises, at least in part, from the inability of polyploid cells to restrain cell cycle progression in response to incomplete DNA replication. Surprisingly, I found that multiple nuclear domains in the same polyploid NSC can exhibit asynchrony in cell cycle progression, with delayed nuclear domains experiencing acute DNA damage at mitotic entry. I show that DNA damage in polyploid NSCs can be reduced over-expressing Chk1, the main downstream kinase engaged by ATR in the DNA damage response. I also show that uncontrolled proliferation of genetically unstable polyploid NSCs holds tumorigenic potential in transplantation assays. Overall, my results show that the tolerance to polyploidy is tissue dependent and that a complex network of events contributes to the generation of unbalanced karyotypes in polyploid NSCs.