L’acide rétinoïque (AR) agit via des récepteurs nucléaires (RAR) qui sont des facteurs de transcription inductibles par le ligand. Il active aussi des cascades de kinases qui ciblent les RAR et modulent leur activité transcriptionnelle. Cependant, l’ensemble des protéines phosphorylées en réponse à l’AR de même que les conséquences des dérégulations du « kinome » sur les effets l’AR et le fonctionnement des RAR demeurent mal connus. J’ai comparé les effets de l’AR sur le phosphoprotéome de deux lignées de cellules de cancer du sein : MCF7, qui est sensible à l’AR, et BT474, qui surexprime le récepteur a activité tyrosine kinase erbB-2 et est résistante à l’AR. De nombreuses différences ont été observées avec des répercussions sur l’expression des gènes de même que sur la phosphorylation, le recrutement aux promoteurs des gènes cibles et la dégradation de RAR alpha par le protéasome. J’ai aussi montré que la dégradation de RAR alpha met en jeu TRIM24 qui contrôle sa déubiquitination. / Retinoic acid (RA) acts by binding to specific nuclear receptors (RARs), which are ligand-dependant transcription factors. RA also has non-genomic effects and activates kinase cascades that target RARs and modulate their transcriptional activity. However, the proteins that are phosphorylated in response to RA remain to be identified. The consequences of dysregulations of the "kinome" on the non-genomic effects of RA and on RAR function also require further investigation. I compared the effect of RA on the phosphoproteome of two breast cancer cell lines: MCF7, which is RA-sensitive, and BT474, a RA-resistant cell line that overexpresses the receptor tyrosine kinase erbB-2. Multiple differences were observed with consequences on gene expression as well as on phosphorylation, recruitment on target genes promoters and RARalpha degradation by the proteasome. In the context or RARalpha degradation, I showed the involvement of TRIM24 which controls RARα deubiquitination.

Les Escherichia coli entérohémorragiques (EHEC) sont des E. coli producteurs de Shiga-toxines (STEC) représentant le quatrième agent responsable de toxi-infections alimentaires en Europe. La contamination par ces pathogènes résulte principalement de l’ingestion de produits alimentaires contaminés par les fèces de bovins, dont le tube digestif apparait comme le principal réservoir naturel des EHEC. Ces pathogènes survivent dans le tractus digestif du ruminant, qui est porteur sain, et semblent bien adaptés à l’ensemble de cet écosystème complexe. Réduire le portage animal est une stratégie de choix afin de limiter les toxi-infections humaines à EHEC. L’objectif de cette thèse était d’approfondir les connaissances sur la physiologie et l’écologie des EHEC dans le tube digestif du bovin, une étape primordiale pour proposer, à terme, différentes stratégies visant à limiter le portage. L’analyse du transcriptome de la souche EHEC O157:H7 de référence EDL933 a permis l’identification de voies métaboliques utilisées par les EHEC dans différents compartiments du tube digestif de l’animal. Certains sucres, dont ceux issus de la couche de mucus intestinal, et acides aminés ainsi que l’éthanolamine semblent représenter des substrats importants pour la survie des EHEC tout au long du tube digestif du bovin. Cette étude transcriptomique a également mis en évidence l’activation, par la souche EHEC, de nombreux systèmes de résistance à différents stress rencontrés dans le tube digestif bovin, dont les systèmes toxines/anti-toxines. L’activation de ces systèmes et la capacité à former des biofilms ont également été observées chez une souche STEC O157:H7 d’origine bovine, la souche MC2, dans des conditions mimant une persistance dans l’environnement. La caractérisation génomique et phénotypique permet de considérer cette souche comme pathogène et des études réalisées in vitro et in vivo ont indiqué que la souche MC2 était capable de persister dans le tube digestif du bovin mais aussi dans l’environnement de l’élevage. L’inoculation expérimentale de bovins par la souche MC2 a permis de mettre au point le premier modèle animal reproductible de portage et d’excrétion des STEC O157:H7 décrit en France. Ce modèle pourra être utilisé pour tester in vivo l’effet d’additifs alimentaires, tels que les probiotiques, afin de réduire le portage et l’excrétion de souches EHEC par les bovins, et donc limiter la contamination de l’Homme. / Enterohaemorrhagic Escherichia coli (EHEC) are Shiga-toxin producing E. coli (STEC) which represent the fourth pathogen leading to foodborne illness in Europe. Contamination by these pathogens results mainly from the ingestion of food contaminated by feces of bovine, for which the digestive tract appears as the main natural reservoir of EHEC. These pathogens survive in the digestive tract of ruminants, which is healthy carriers, and seem well-adapted to this complex ecosystem. Reducing animal carriage is a strategy of choice to limit EHEC human infections. The aim of this thesis was to increase our knowledge on the physiology and ecology of EHEC in the digestive tract of bovine, a key step to propose, ultimately, different strategies to limit the carriage. Transcriptome analysis of the EHEC O157:H7 reference strain EDL933 allowed the identification of metabolic pathways used by EHEC in different compartments of the digestive tract of the animal. Some carbohydrates, including those from the intestinal mucus layer, and amino acids as well as ethanolamine appear to be important substrates for the survival of EHEC throughout the bovine digestive tract. This transcriptomic study also revealed the activation, by the EHEC strain, of several stress resistance systems encountered in the bovine digestive tract, including toxin/anti-toxin systems. The activation of these systems and the ability to form biofilms have also been observed in a bovine STEC O157:H7 strain, MC2 strain, under conditions mimicking persistence in the environment. Genomic and phenotypic characterization allows this strain to be considered as pathogenic and in vitro and in vivo studies indicated that the MC2 strain was able to persist in the bovine digestive tract but also in the farm environment. The experimental inoculation of bovines with the MC2 strain led to the development, for the first time in France, of a reproducible animal model of carriage and excretion of STEC O157:H7. This model could be used to test in vivo the effect of food additives, such as probiotics, in order to reduce the carriage and excretion of EHEC strains by bovines, and thus limit the contamination of humans.

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-04-25T15:11:49Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Mariane Brom Sobreiro - 2017.pdf: 16013047 bytes, checksum: 6d41859718e06adc6294f5de038bc631 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-04-25T15:12:31Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Mariane Brom Sobreiro - 2017.pdf: 16013047 bytes, checksum: 6d41859718e06adc6294f5de038bc631 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-25T15:12:31Z (GMT). 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For each species there were two groups: control group, which had maintained irrigation; low water availability group, which irrigation was stopped and the experiment continued until the subtrate reached 40% of field capacity. The main objective of this work was to identify differentially expressed genes (DEG) in four species - two from the Brazilian savannah (T. aurea and Handroanthus ochraceus) and two from seasonally dry forests (H. impetiginosus and H. serratifolius). Then, RNA was extracted from the plants for sequencing on the Illumina platform with paired-end sequences of 100 base pairs (bp). Sequences were evaluated for quality control and mapped onto the genome of H. impetiginosus to identify DEG using the R software. The DGEs obtained by DESeq2 were subjected to functional enrichment analysis and potential changes in the level of expression of genes encoding enzymes of particular metabolic pathways. In all tools, H. serratifolius species showed the highest number of DGE (4908 noDESeq2), while H. ochraceus had the lowest number of DGE (6 in DESeq2). Functional enrichment analyzes demonstrated that the species presented, individually or collectively, typical responses of low water availability such as decrease of photosynthetic rate, increase of proline and increase of starch degradation. Although species share some responses, the complexity of organisms does not allow them to exhibit identical behaviors. / Considerando-se o aumento crescente da temperatura média anual e a sazonalidade das chuvas em diversas regiões do país, investigações acerca dos mecanismos de resposta vegetais à baixa disponibilidade hídrica tornam-se pertinentes. Espécies da Aliança Tabebuia – clado monofilético da família Bignoniaceae são comumente conhecidas como ipê – possuem uma ampla distribuição, ocupando áreas com diferentes condições edafoclimáticas. Esta característica torna-as um modelo interessante para se entender os mecanismos de tolerância a estresses abióticos. Sob este cenário, o presente trabalho teve como principal objetivo a identificação de genes diferencialmente expressos (GDE) em quatro espécies – das quais duas são de cerrado stricto sensu (T. aurea e Handroanthus ochraceus) e duas de floresta estacional (H. impetiginosus e H. serratifolius). Para cada espécie houve dois grupos experimentais: grupo controle, o qual teve a irrigação mantida; grupo de baixa disponibilidade hídrica, o qual a irrigação foi interrompida e o experimento mantido até que o subtrato atingisse 40% da capacidade de campo. Em seguida, extraiu-se o RNA das plantas para sequencimento em plataforma Illumina com sequências do tipo “paired-end” de 100 pares de base (pb). As sequências foram avaliadas para o controle de qualidade e alinhadas no genoma de H. impetiginosus para identificação de genes diferencialmente expressos (GDEs) com o uso de pacotes do R. Os GDEs obtidos pelo DESeq2 foram submetidos a análise de enriquecimento funcional e potenciais alterações no nível de expressão de genes que codificam enzimas de determinadas vias metabólicas. Em todas as ferramentas, a espécie H. serratifolius apresentou o maior número de GDEs (4908 noDESeq2), enquanto H. ochraceus apresentou o menor número de GDEs (6 no DESeq2). As análises de enriquecimento funcional demonstraram que as espécies apresentaram, individual ou coletivamente, respostas típicas de baixa disponibilidade hídrica como diminuição de taxa fotossintética, aumento de prolina e aumento da degradação de amido. Ainda que as espécies compartilhem algumas respostas, a complexidade dos organismos não permite que exibam comportamentos idênticos.

Malgré leur importance dans le déterminisme du sexe chez de nombreux organismes, les chromosomes sexuels ont été étudiés chez quelques espèces seulement du fait du manque de séquences disponibles. En effet, le séquençage et l'assemblage des chromosomes sexuels est rendu très difficile par leurs abondantes séquences répétées. Durant cette thèse, une méthode probabiliste a été développée pour inférer les gènes liés au sexe à partir de données RNA-seq chez une famille. Des tests de cette méthode appelée SEX-DETector sur des données réelles et simulées suggèrent qu'elle fonctionnera sur une grande variété de systèmes. La méthode a inféré ∼1300 gènes liés au sexe chez Silene latifolia, une plante dioïque qui possède des chromosomes sexuels XY pour lesquels quelques données de séquence sont disponibles (dont certaines obtenues lors de cette thèse par séquençage de BACs). Les gènes du Y sont moins exprimés que ceux du X chez S. latifolia, mais le statut de la compensation de dosage (un mécanisme qui corrige la sous-expression des gènes liés au sexe chez les males) est encore controversé. L'analyse des nouveaux gènes liés au sexe inférés par SEX-DETector a permis de confirmer la compensation de dosage chez S. latifolia, qui est effectuée par la surexpression du X maternel, possiblement via un mécanisme epigénétique d'empreinte. Les données ont également été utilisées pour étudier l'évolution de l'expression biaisée pour le sexe chez S. latifolia et ont révélé que la majorité des changements de niveaux d'expression ont eu lieu chez les femelles. Les implications de nos résultats concernant l'évolution de la dioécie et des chromosomes sexuels sont discutés / In many organisms, sexes are determined by sex chromosomes. However, studies have been greatly limited by the paucity of sex chromosome sequences. Indeed, sequencing and assembling sex chromosomes are very challenging due to the large quantity of repetitive DNA that these chromosomes comprise. In this PhD, a probabilistic method was developed to infer sex-linked genes from RNA-seq data of a family (parents and progeny of each sex). The method, called SEX-DETector, was tested on simulated and real data and should performwell on a wide variety of sex chomosome systems. This new method was applied to Silene latifolia, a dioecious plant with XY system, for which partial sequence data on sex chromosomes are available (some of which obtained during this PhD by BAC sequencing), SEX-DETector returned ∼1300 sex-linked genes. In S. latifolia, Y genes are less expressed than their X counterparts. Dosage compensation (a mechanism that corrects for reduced dosage due to Y degeneration in males) was previously tested in S. latifolia, but different studies returned conflicting results. The analysis of the new set of sex-linked genes confirmed the existence of dosage compensation in S. latifolia, which seems to be achieved by the hyperexpression of the maternal X chromosome in males. An imprinting mechanism might underlie dosage compensation in that species. The RNAseq datawere also used to study the evolution of differential expression among sexes in S. latifolia, and revealed that in this species most changes have affected the female sex. The implications of our results for the evolution of dioecy and sex chromosomes in plants are discussed

Talaromyces versatilis est un champignon filamenteux d’intérêt industriel grâce à sa capacité deproduction d’enzymes hydrolytiques. La Société Adisseo commercialise un cocktail enzymatiqueproduit par fermentation à partir de T. versatilis, sous le nom de Rovabio™. Ce cocktail est utilisé entant qu'additif alimentaire en nutrition animale, car la grande variété d'enzymes hydrolytiques qu’ilcontient peut dégrader les polysaccharides présents dans l’enveloppe des céréales, améliorant ainsila digestibilité la valeur nutritionnelle des matières premières agricoles. Malgré les efforts consentispour mieux connaître la biologie de T. versatilis, très peu est connu sur ce champignon.L’étudeprésentée ici vise à décrire les réseaux de régulation qui contrôlent l’expression des gènes codantpour ces enzymes hydrolytiques, en utilisant des approches génomiques et transcriptomiques.Avoir accès à une annotation correcte de la séquence génomique et posséder les outilsnécessaires pour l'ingénierie génétique sont essentiels pour réaliser des études de génomiquefonctionnelle. Donc, le premier volet de cette thèse a été l’analyse de la séquence génomique et lacuration manuelle de l'annotation, ce qui nous a conduits à évaluer le vaste potentiel génétique de T.versatilis pour la production et la sécrétion d'enzymes hydrolytiques impliquées dans la dégradationde la lignocellulose. Deuxièmement, un système de délétion des gènes initialement conçu pourAspergillus niger a été adapté à T. versatilis. Cette méthode permet le recyclage du marqueur desélection et est efficace dans des souches dont le système NHEJ est actif (Delmas, et al., 2014, AEM).Au cours de ce travail, deux mutants de délétion de T. versatilis ont été obtenus: ΔxlnR et ΔclrA.La première approche mise en place pour avoir une meilleure compréhension des réseaux derégulation via une vue globale du transcriptome, fut l’utilisation de la technique de RNAseq sur troiséchantillons issus de la souche sauvage de T. versatilis exposée au glucose, à la paille de blé et auglucose et paille de blé simultanément comme sources de carbone, respectivement. Les données ontmontré une augmentation massive des niveaux d’expression de nombreux gènes, en particulier ceuxcodant pour des enzymes hydrolytiques, lorsque le mycélium est exposé à la lignocellulose. Enfin, la dernière partie du projet s’est appuyée sur la la RT-qPCR, technique appropriée pourétudier un nombre limité de gènes dans une grande variété de conditions. Toutefois la normalisationdes données est une étape essentielle du flux de travail qui peut conduire à une interprétationbiologique incorrecte de la régulation des gènes. Le travail effectué sur les données de RNAseq nousa amené à reconsidérer la nature des gènes de référence classiquement utilisés, puisque la plupartd'entre eux présentaient des changements d'expression considérables en présence de lignocellulose.En conséquence, un nouvel ensemble de gènes de référence putatifs a été identifié et la stabilité deleur expression validée par RT-qPCR chez T. versatilis cultivé dans plus de 30 conditions différentes.Des jeux de données de RNAseq de 18 champignons filamenteux phylogénétiquement éloignés ontpar ailleurs été collectés, afin de démontrer que la sélection des gènes candidats pour lanormalisation des données de RT-qPCR chez T. versatilis peut être étendue à d'autres champignons(Llanos et al., 2014, BMC Genomics). Ces aspects méthodologiques validés, nous avons enfin réaliséune étude plus détaillée de la transcription d'un groupe de gènes d'intérêt par RT-qPCR, dans unegrande variété de conditions et 2 souches différentes, la souche sauvage et la mutante ΔxlnR.L'analyse de ces données a permis d'identifier des gènes aux profils d'expression similaires, quirépondent de la même façon aux substrats inducteurs et qui partagent probablement les mêmesmécanismes de régulation. / Talaromyces versatilis is an industrially important enzymes producing filamentous fungus.Adisseo Company commercializes the enzymatic cocktail, produced from T. versatilis fermentation,with the name of Rovabio™. This cocktail is applied as an animal feed additive as it contains a widevariety of hydrolytic enzymes that can degrade the polysaccharides present in the seed-coat and thusimproves the digestibility and increases the nutritional value of the agricultural raw materials.Although efforts have been done to study different aspects of the biology of T. versatilis, very little isknown about this fungus. This study aimed to describe the regulatory networks of genes encodingplant cell wall-degrading enzymes from this biotechnologically important fungus using genomic andtranscriptomic approaches.Having a correct annotation of the genomic sequence together with efficient tools for genomeengineering are essential for downstream functional genomics works and characterization of theregulatory networks. Therefore, the first task carried out an analysis of the genomic sequence and amanual curation of the annotation, which led us to assess the vast genetic potential of T. versatilis forthe production and secretion of hydrolytic enzymes involved in the degradation of lignocellulosicmaterials. Secondly, I adapted a gene deletion system initially designed for Aspergillus niger. Thismethod allows recycling of the selection marker and is efficient in a non-homologous end-joining(NHEJ)-proficient strain (Delmas, Llanos et al., 2014, AEM). During this work, two deletion mutants ofT. versatilis were obtained: ΔxlnR and ΔclrA.Towards better understanding of the regulatory network, I first contributed to an RNAseq-basedtranscriptomic study that was performed on the wild type strain of T. versatilis exposed to glucoseand wheat straw as carbon sources. The data showed a massive increase in transcript levels ofnumerous genes, in particular those encoding hydrolytic enzymes, when the mycelium wasincubated with lignocellulose.If RT-qPCR is indeed a suitable technique to study a limited number of genes in a large variety ofconditions, data normalisation is a critical step of the workflow that can lead to incorrect biologicalinterpretation of gene regulation. The work done on the RNA-seq data led me to reconsider the useof the classical reference genes, since most of them exhibited expression changes in the presence oflignocellulosic substrate. I therefore identified a new set of putative reference genes and validatedtheir expression stability by RT-qPCR in T. versatilis cultivated under more than 30 differentconditions. Then, I collected about a hundred RNA-seq datasets from 18 phylogenetically distantfilamentous fungi, to demonstrate that the use of the suitable candidates for RT-qPCR datanormalisation in T. versatilis can be extended to other fungi (Llanos et al., 2014 BMC genomics (minorrevisions)). Thereafter, I performed a more detailed RT-qPCR based transcriptional study of a groupof genes of interest, in a wide variety of conditions and in 2 strains, the wild-type and the ΔxlnRmutant. The analysis of expression data of the genes of interest allowed to identify genes with similarexpression patterns, which probably share the same regulatory mechanisms and also the substratesthat act as inducers for their expression

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Les expériences de séquençage à haut débit ont permis de démontrer que la transcription ne se limite pas aux régions codantes et qu’une grande partie du génome est transcrite en ARN non-codants (ARNnc). Parmi eux, les transcrits cryptiques sont initiés à l’intérieur des régions codantes. Des études faites chez la levure Saccharomyces cerevisiae, ont pu identifier plusieurs facteurs qui répriment la transcription cryptique. Un de ces facteurs est Spt6, une chaperonne d’histones requise pour le maintien d’un bon niveau de nucléosomes le long des gènes transcrits. Lorsque Spt6 est muté, on observe une déplétion des nucléosomes conduisant à l’activation des promoteurs cryptiques. Cependant, le mécanisme par lequel ces transcrits cryptiques sont régulés n’est pas encore clair. Dans ce mémoire, nous présentons un travail dans lequel nous avons développé une méthode probabiliste dans le but de caractériser les transcrits cryptiques à partir de données de RNA-Seq. Cette méthode est basée sur une cumulation des données et permet de tenir compte des variations dans l’expression et dans la longueur des gènes, grâce à une étape de randomisation des données. Les résultats démontrent que notre méthode est au moins aussi efficace que les méthodes précédemment décrites dans la littérature et offre un bon compromis entre le taux de faux positifs et de faux négatifs. Enfin, le plus important est que cette méthode permet de prédire les régions génomiques où les transcrits cryptiques sont initiés. Nous avons mis en évidence la présence de transcrits cryptiques sur les brins sens et antisens par rapport au gène. Nous avons également montré que les promoteurs cryptiques sens et antisens sont enrichis en motif TATA et que les transcrits cryptiques sont polyadénylés, ce qui suggère qu’ils peuvent être régulés par les mêmes mécanismes qui régulent les gènes. Alors que les transcrits cryptiques sur le brin sens se terminent à la même position que les gènes dont ils sont issus, les transcrits cryptiques sur le brin antisens terminent préférablement aux extrémités 3’ des gènes situés en amont. Nous proposons donc que les terminateurs chez S. cerevisiae ont évolué pour terminer la transcription de manière bidirectionnelle afin d’empêcher une transcription aberrante qui pourrait envahir les gènes voisins. / High throughout sequencing experiments have shown that transcription in not limited to coding regions and that most of the genome is transcribed into non-coding RNA (ncRNA). Among them, cryptic transcripts are aberrantly initiated from within the coding regions. Several studies in Saccharomyces cerevisiae have identified many factors that suppress cryptic transcription. One such factor is Spt6, a histone chaperone required for maintaining appropriate nucleosome levels on transcribed genes. In Spt6 mutant cells, nucleosomes are depleted, leading to activation of cryptic promoters. However, the mechanism by which these cryptic transcripts are regulated remains unclear. In this thesis, we present the development of a probabilistic method for the characterization of cryptic transcripts from RNA-Seq data. The method is used to characterize cryptic transcription in spt6-1004 cells. The method is based on a cumulative distribution function, thus taking into account variations in gene expression and gene length thanks to a data randomization step. Results show that our method is at least as good as previously published methods and provides a good compromise between false positives and false negatives. Importantly, this method allows for the prediction of genomic regions where cryptic transcripts are initiated. We have demonstrated the presence of cryptic transcripts running on the sense and antisense strands relative to genes. We also showed that, both sense and antisense cryptic promoters are enriched for TATA-like sequences and that cryptic transcripts are polyadenylated, suggesting that they may be regulated by the same mechanism that occurs on genes. While the cryptic transcripts on the sense strand terminate at the same position as the genes from which they are derived, cryptic transcripts on the antisense strand preferentially terminate at the 3’-end of upstream genes. We therefore propose that S. cerevisiae terminators have evolved to terminate transcription bidirectionally in order to prevent an aberrant transcription that could invade neighboring genes.

The biological control agent Pseudomonas chlororaphis PA23 is effective at protecting Brassica napus (canola) from the necrotrophic fungus Sclerotinia sclerotiorum via direct antagonism. Despite the growing importance of biocontrol bacteria in protecting crop plants from fungal pathogens, little is known about how the host plant responds to bacterial priming on the leaf surface and certainly nothing about global changes in gene activity in the presence and absence of S. sclerotiorum. PA23 priming of mature canola plants reduced the number of lesion-forming petals by 90%. Global RNA sequencing of canola tissue at the host-pathogen interface showed a 16-fold reduction in the number of genes uniquely upregulated in response to S. sclerotiorum when pretreated with PA23. Upstream defense-related gene patterns suggest MAMP-triggered immunity via surface receptors detecting PA23 flagellin and peptidoglycans. Although systemic acquired resistance (SAR) was induced in all treatment groups, a response centered around a glycerol-3-phosphate (G3P)-mediated pathway was exclusively observed in canola plants treated with PA23 alone. Activation of these defense mechanisms by PA23 involved production of reactive oxygen species as well as pronounced thylakoid membrane structures and plastoglobule formation in leaf chloroplasts. PA23 therefore primes defense responses in the plant through the induction of unique local and systemic regulatory networks. / October 2016

High-throughput genomic datasets obtained from microarray or sequencing studies have revolutionized the field of molecular biology over the last decade. The complexity of these new technologies also poses new challenges to statisticians to separate biological relevant information from technical noise. Two methods are introduced that address important issues with normalization of array comparative genomic hybridization (aCGH) microarrays and the analysis of RNA sequencing (RNA-Seq) studies. Many studies investigating copy number aberrations at the DNA level for cancer and genetic studies use comparative genomic hybridization (CGH) on oligo arrays. However, aCGH data often suffer from low signal to noise ratios resulting in poor resolution of fine features. Bilke et al. showed that the commonly used running average noise reduction strategy performs poorly when errors are dominated by systematic components. A method called pcaCGH is proposed that significantly reduces noise using a non-parametric regression on technical covariates of probes to estimate systematic bias. Then a robust principal components analysis (PCA) estimates any remaining systematic bias not explained by technical covariates used in the preceding regression. The proposed algorithm is demonstrated on two CGH datasets measuring the NCI-60 cell lines utilizing NimbleGen and Agilent microarrays. The method achieves a nominal error variance reduction of 60%-65% as well as an 2-fold increase in signal to noise ratio on average, resulting in more detailed copy number estimates. Furthermore, correlations of signal intensity ratios of NimbleGen and Agilent arrays are increased by 40% on average, indicating a significant improvement in agreement between the technologies. A second algorithm called gamSeq is introduced to test for differential gene expression in RNA sequencing studies. Limitations of existing methods are outlined and the proposed algorithm is compared to these existing algorithms. Simulation studies and real data are used to show that gamSeq improves upon existing methods with regards to type I error control while maintaining similar or better power for a range of sample sizes for RNA-Seq studies. Furthermore, the proposed method is applied to detect differential 3' UTR usage.

The main theme of this thesis research is concerned with developing a computational pipeline for processing Next-generation RNA sequencing (RNA-seq) data. RNA-seq experiments generate tens of millions of short reads for each DNA/RNA sample. The alignment of a large volume of short reads to a reference genome is a key step in NGS data analysis. Although storing alignment information in the Sequence Alignment/Map (SAM) or Binary SAM (BAM) format is now standard, biomedical researchers still have difficulty accessing useful information. In order to assist biomedical researchers to conveniently access essential information from NGS data files in SAM/BAM format, we have developed a Graphical User Interface (GUI) software tool named SAMMate to pipeline human transcriptome quantification. SAMMate allows researchers to easily process NGS data files in SAM/BAM format and is compatible with both single-end and paired-end sequencing technologies. It also allows researchers to accurately calculate gene expression abundance scores.