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Déformation d'interfaces complexes : des architectures savonneuses aux mousses de particules / Deformation of complex interfaces : from soapy structures to particulate foams

Petit, Pauline 16 October 2014 (has links)
Les propriétés des mousses liquides sont majoritairement gouvernées par les caractéristiques de leurs interfaces liquide/gaz. Nous illustrons ces effets à l'échelle locale par différents exemples : – Les réarrangements topologiques, pendant lesquels les bulles changent de voisines, sont les événements élémentaires à l'origine de propriétés rhéologiques et de stabilité des mousses. En réalisant des expériences sur une assemblée de films dans un cadre cubique, nous avons étudié les mécanismes de formation du nouveau film pour différentes solutions de tensioactifs modifiant les propriétés interfaciales. – L'observation de l'éclatement d'un film de savon unique montre que cette dynamique est ralentie à cause de l'élasticité des interfaces, jusqu'à l'apparition de rides ou de fractures pour une compression critique. – Par des mesures force/déplacement, nous avons montré qu'un radeau de particules se comporte comme un granulaire 2D, qui peut se déformer en-dehors du plan de l'interface, et dans lequel la contrainte peut dépendre de la friction à la paroi. De plus, l'ajout de ponts capillaires entre les particules procure au radeau une meilleure résistance à la traction et à la compression. – En injectant de l'air dans une pâte, nous avons créé des bulles stables dans des conditions permettant l'adsorption des tensioactifs à la surface des particules pour les rendre partiellement mouillantes. En utilisant ce mécanisme dans un système cimentaire, des bulles solides sont alors fabriquées / Properties of liquid foams are mainly governed by the features of liquid/gas interfaces. We illustrate this phenomenon at the local scale through different examples : – Topological rearrangements, i.e. switching of neighboring bubbles, are the elementary process of liquid foams stability and dynamics. Experiments are performed in a cubic assembly of films, in order to investigate the mechanism of creation of the new film for different surfactants solutions and therefore different interfacial properties. – Observation of soap film bursting shows that the dynamics is slowed down because of interfacial elasticity, until wrinkles or cracks appear for a critical compression. – Through strength/displacement measurements, we show that a particle raft behaves as a 2D granular material, which can buckle, and whose stress can depend on wall friction. Moreover, the addition of liquid bridges between particles provides higher compressive and tensile strengths to the raft. – Blowing air into a paste allows creating stable bubbles, when surfactants adsorb at particles surface, modifying their wetting properties. We demonstrate that this method can lead to solid bubbles with a cementitious system
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Histoire évolutive des remaniements chromosomiques en liaison avec la mobilisation d'éléments transposables chez les téléostéens antarctiques Nototheniidae : la radiation adaptative du groupe " Trematomus " / Evolutionary history of chromosomal rearrangements linked with the mobilization of transposable elements within the Antarctic teleosts Nototheniidae : the adaptive radiation of the group “Trematomus”

Auvinet, Juliette 19 October 2018 (has links)
L’alternance de périodes glaciaires et interglaciaires durant les 20 derniers Ma a mené à des changements environnementaux répétés au niveau du plateau continental antarctique. C’est dans ce contexte que les téléostéens de la famille des Nototheniidae se sont adaptés et diversifiés à travers plusieurs vagues de radiations (dont les Trematominae), dominant l’Ichtyofaune australe. Parmi les Nototheniidae, le groupe « Trematomus » (genres Cryothenia, Pagothenia, Trematomus et Indonotothenia) est celui où l’on observe la plus grande diversité chromosomique, avec des nombres diploïdes de chromosomes allant de 24 à 58, impliquant de nombreux réarrangements ayant accompagné les spéciations. Nous avons cherché à caractériser ces remaniements chromosomiques. Avec un caryotype ancestral inféré de 2n = 48, une conservation des unités chromosomiques entre espèces, et une constance des tailles de génome, l’hypothèse de réarrangements structuraux sans polyploïdisation préalable est la plus probable. Afin de reconstruire l’histoire évolutive de ces événements, nous avons recherché les homologies chromosomiques interspécifiques. Ceci nous a permis de reconstituer les remaniements (majoritairement des fusions) que nous avons repositionnés sur la phylogénie résolue des « Trematomus ». Contrairement à ce qui a été publié pour le genre Notothenia, nos résultats suggèrent des acquisitions multiples et indépendantes. Les éléments transposables (ETs) peuvent être impliqués dans les remaniements chromosomiques par le biais de recombinaisons ectopiques. Ils participent alors à la diversification des lignées au cours de l’évolution. En raison de leur régulation épigénétique, leur mobilisation massive peut être induite en cas de variations environnementales importantes. Nous nous sommes intéressés à trois super-familles d’ETs (DIRS, Gypsy and Copia) dans ces génomes. Les DIRS1 ont montré des patrons d’insertions en points chauds dans les régions centromériques et péricentromériques. Etant donné leur mode de transposition décrit et leur propension à s’insérer dans des copies préexistantes, nous proposons un rôle des éléments DIRS1 comme facilitateurs des fusions observées lors de la diversification des « Trematomus ». / In the last 20 My, multiple glacial-interglacial cycles led to strong and repeated environmental changes on the Antarctic continental shelf. In this changing environment, nototheniid fishes diversified through several rounds of species radiation (one of which within Trematominae), and now constitute the dominant group in Antarctic teleosts. Among Nototheniidae, the group « Trematomus » (genera Cryothenia, Pagothenia, Trematomus and Indonotothenia) exhibits the highest chromosomal diversity, with diploid chromosome numbers ranging between 24 and 58, involving many rearrangements probably linked to speciation. We characterized the nature of these chromosomal repatternings. With an inferred ancestral state of 2n = 48 acrocentric chromosomes, a conserved number of chromosomal structural units, and a constancy of the genomes sizes we measured; the hypothesis of structural modifications is favored rather than a whole genome duplication associated to drastic reductions. In order to reconstruct an evolutionary scenario of such chromosomal rearrangements accompanying the trematomine diversification, we identified interspecific chromosomal homologies. This allowed us to reconstruct the rearrangements events (mostly centric and tandem fusions). We plotted them on a phylogeny we reconstructed based on our own ddRAD-seq data. Contrary to what was reported for the Notothenia, our results are in favor of independent acquisitions. Transposable elements (TEs) can lead to chromosomal rearrangements through ectopic recombination events, hinting at a role as drivers of specific-lineage diversification. Moreover, due to their epigenetic regulation, TEs can be mobilized when thermic changes occur. We focused on three retrotransposon superfamilies (DIRS, Gypsy and Copia) in nototheniid genomes. The DIRS1 showed unexpected accumulation patterns of insertion in the centromeric and pericentromeric regions. Given the mechanism of DIRS1 transposition and their tendency to sometimes insert on pre-existing copies (homing), we suggest a role of DIRS1 elements as facilitators of the fusions that occurred during the trematomine radiation.
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Characterization of <i>Linum usitatissimum</i> Plasticity and Soil Microbiome Communities: Insights from Salt and Nutrient Stress

Evans, Ellyn 26 August 2022 (has links)
No description available.
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Single Molecule Catalysis of Organic Ions Studied by Mass Spectrometry and Computational Chemistry

Jobst, Karl J. 10 1900 (has links)
<p>During the past fifty years, mass spectrometry, often hyphenated with chromatography, has developed into the most widely used technique for the quantitative and qualitative analysis of increasingly complex mixtures of (bio)organic molecules.</p> <p>One important aspect of this development concerns the relationship between the structure (atom connectivity) of a molecule and the mass spectrum obtained by electron ionization (EI). In this context, from 1960 - 1990, a wealth of studies has appeared that uses a variety of novel experimental techniques, often in conjunction with isotope labelling, to probe the structure, stability, reactivity and dissociation characteristics of the radical cations generated by EI of various classes of molecules. One highlight was the discovery of surprisingly stable distonic ions and the role they play in the dissociation chemistry of ionized molecules.</p> <p>However, mechanistic proposals based upon experimental observations can often only be considered as tentative. Synergy between experiment and theory would be ideal to remedy this situation, but it was not until recent spectacular advances in computer technology and software that this approach could be implemented. It has led to the growing realization that many rearrangement reactions of radical cations in the rarefied gas-phase involve catalysis. Proton-transport catalysis (PTC) is a prime example : here, a neutral species induces an ion to isomerize via hydrogen-bridged radical cations (HBRCs) as intermediates. An exemplary case described in this thesis concerns the ion-molecule reaction of the cyanamide ion with a single H<sub>2</sub>O molecule : experiment and theory indicate that the H<sub>2</sub>O molecule catalyzes the swift transformation of NH<sub>2</sub>-CN<sup>·</sup><sup>+</sup> into the more stable carbodiimide ion HN=C=NH<sup>·</sup><sup>+</sup>.</p> <p>The thesis exploits the synergy of tandem mass spectrometry and computational chemistry to study the role of catalysis in the association and dissociation reactions of several systems of radical cations. During these studies, a new type of a catalyzed reaction was discovered: "ion-catalysis", where an organic cation promotes the otherwise prohibitive rearrangement of a neutral. Ion-catalysis is proposed to explain the unexpected loss of NH<sub>2</sub>O<sup>·</sup> from low-energy N-hydroxyacetamide ions CH<sub>3</sub>C(=O)NHOH<sup>·</sup><sup>+</sup> : the molecular ion rearranges into the HBRC [O=C-C(H<sub>2</sub>)--H--N(H)OH]<sup>·</sup><sup>+</sup> whose acetyl (cation) component catalyzes the transformation NHOH<sup>·</sup> --> NH<sub>2</sub>O<sup>·</sup>. Another highlight involves a hybrid reaction, in which both the ion and the neutral component of an incipient HBRC catalyze one another to rearrange into more stable isomers.</p> <p>Catalysis may also play an important role in astrochemistry and a question addressed in this context is whether pyrimidine, a key component of DNA, may be generated by ion-molecule reactions. It appears that the acrylonitrile ion (AN) does not react with HCN to produce ionized pyrimidine, instead it isomerizes by PTC. However, the reaction of the ion with its neutral counterpart does not involve catalysis, but rather cyclization into the pyrimidine ion ! A related topic concerns the structures of covalently bound dimers of the ubiquitous interstellar molecules HCN and HNC. Neutralization-Reionization Mass Spectrometry in conjunction with model chemistry calculations leaves little doubt that the elusive dimers HN=C=C=NH and HC=N-C=NH are kinetically stable in the rarefied gas-phase, whereas HC=N-N=CH is not.</p> <p>The structure of ions may also be probed by interactions with selected neutral molecules rather than dissociative collision experiments (MS/MS). An exciting case involves the differentiation of isomeric heterocyclic ions by ion-molecule reactions with dioxygen. Here, too, model chemistry calculations play an essential role in understanding the mechanism and the scope of the reaction.</p> / Doctor of Philosophy (PhD)
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Lewis base-promoted organocatalysis : O- to C-carboxyl transfer reactions

Campbell, Craig D. January 2010 (has links)
This work describes the application of a variety of Lewis bases, encompassing predominantly N-heterocyclic carbenes (NHCs), but also the use of imidazoles, aminopyridines, amidines and isothioureas, as effective catalysts in the dearomatisation of heterocyclic carbonates, predominantly the rearrangement of oxazolyl carbonates to their C-carboxyazlactone isomers by means of the Steglich rearrangement. This rearrangement reaction has been investigated extensively, with the development of simplified reaction procedures and the invention of domino cascade protocols incorporating this transformation. In an attempt to understand the mechanism of this O- to C-carboxylation process, a number of interesting observations have been made. Firstly, the class of NHC has an important factor in promoting the rearrangement, with triazolinylidenes being the most effective. Secondly, an interesting chemoselectivity has been delineated using triazolium-derived NHCs, prepared using weak bases (typically Et₃N) or strong metallated bases; both alkyl and aryl oxazolyl carbonates undergo smooth rearrangement with triazolinylidenes derived from strong metallated bases such as KHMDS, while only aryl oxazolyl carbonates undergo rearrangement using Et₃N. Extensive effort has focused towards the development of asymmetric variants of these protocols, primarily towards the design, synthesis and evaluation of chiral NHC precatalysts. To this end, a number of chiral azolium salts have been prepared, encompassing a number of different NHC classes, including C₁- and C₂-imidazolinium salts, C₂-imidazolium salts and a range of triazolium salts. Efforts towards the asymmetric catalysis of the Steglich rearrangement of oxazolyl carbonate substrates have given an optimal 66% ee. Similar rearrangements have been demonstrated with the related furanyl heterocyclic substrate class, producing a mixture of α- and γ-carboxybutenolides. In contrast to the analogous oxazolyl carbonates, the regioselectivity of this rearrangement is dependent upon the nature of the Lewis base employed. Amidines and aminopyridines give a mixture of the α- and γ- regioisomers with generally the α-regioisomer being preferred, while a triazolium-derived NHC gives rise to predominantly the thermodynamically more stable γ-carboxybutenolide. Using amidines or aminopyridines, this rearrangement has been shown to proceed via an irreversible C-C bond-forming process, but in contrast, the rearrangement using the NHC proceeds via an equilibrium process with an optimised regioselectivity of >98:2 for the γ-carboxybutenolide regioisomer over the α-regioisomer. Whilst the asymmetric variant using chiral NHCs has proven unfruitful, rearrangements using a chiral isothiourea have given high levels of regioselectivity towards the α- regioisomer and with excellent levels of enantiodiscrimination (77–95% ee).
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Liniová plasticita fyziologických a maligních lymfocytárních prekursorů / Lineage plasticity in normal and malignant lymphocyte precursors

Rezková Řezníčková, Leona January 2012 (has links)
Klasické schéma vývoje hematopoetických buněk předpokládá časné oddělení lymfoidního a myeloidního prekurzoru. V poslední době jsou navrhovány složitější modely, které předpokládají větší flexibilitu hematopoezy a navrhují existenci progenitorů s lymfoidním i myeloidním potenciálem. Akutní hybridní leukémie jsou malignity, které podle různých kritérií nelze jednoznačně zařadit k lymfoidní nebo k myeloidní linii a jejichž chování spíše dává za pravdu novým modelům hematopoezy. Předkládaná práce se zabývala především výzkumem dětských leukémií s přesmykem z lymfoidní do myeloidní linie během indukční léčby. Jedná se o rozsáhlý projekt, v jehož rámci si diplomová práce si kladla za úkol určit liniové zařazení leukemických blastů pomocí detekce přestaveb genů pro imunoglobuliny a T-buněčné receptory (TCR). Potvrdili jsme, že myeloidní buňky derivované v průběhu léčby pochází u všech pacientů z původního lymfoidního klonu. Dále jsme u těchto případů zkoumali expresi vytipovaných genů ve srovnání s běžnými druhy leukémií. Třetí částí práce byl výzkum prognostického významu přítomnosti přestaveb TCR (a tedy příslušnosti k lymfoidní linii) u leukémií z T-lymfoidní řady.
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Modélisation de l'évolution de la taille des génomes et de leur densité en gènes par mutations locales et grands réarrangements chromosomiques / Modelling of the evolution of genome size and gene density by local mutations and large chromosomal rearrangements

Fischer, Stephan 02 December 2013 (has links)
Bien que de nombreuses séquences génomiques soient maintenant connues, les mécanismes évolutifs qui déterminent la taille des génomes, et notamment leur part d’ADN non codant, sont encore débattus. Ainsi, alors que de nombreux mécanismes faisant grandir les génomes (prolifération d’éléments transposables, création de nouveaux gènes par duplication, ...) sont clairement identifiés, les mécanismes limitant la taille des génomes sont moins bien établis. La sélection darwinienne pourrait directement défavoriser les génomes les moins compacts, sous l’hypothèse qu’une grande quantité d’ADN à répliquer limite la vitesse de reproduction de l’organisme. Cette hypothèse étant cependant contredite par plusieurs jeux de données, d’autres mécanismes non sélectifs ont été proposés, comme la dérive génétique et/ou un biais mutationnel rendant les petites délétions d’ADN plus fréquentes que les petites insertions. Dans ce manuscrit, nous montrons à l’aide d’un modèle matriciel de population que la taille du génome peut aussi être limitée par la dynamique spontanée des duplications et des grandes délétions, qui tend à raccourcir les génomes même si les deux types de réarrangements se produisent à la même fréquence. En l’absence de sélection darwinienne, nous prouvons l’existence d’une distribution stationnaire pour la taille du génome même si les duplications sont deux fois plus fréquentes que les délétions. Pour tester si la sélection darwinienne peut contrecarrer cette dynamique spontanée, nous simulons numériquement le modèle en choisissant une fonction de fitness qui favorise directement les génomes contenant le plus de gènes, tout en conservant des duplications deux fois plus fréquentes que les délétions. Dans ce scénario où tout semblait pousser les génomes à grandir infiniment, la taille du génome reste pourtant bornée. Ainsi, notre étude révèle une nouvelle force susceptible de limiter la croissance des génomes. En mettant en évidence des comportements contre-intuitifs dans un modèle pourtant minimaliste, cette étude souligne aussi les limites de la simple « expérience de pensée » pour penser l’évolution. / Even though numerous genome sequences are now available, evolutionary mechanisms that determine genome size, notably their fraction of non-coding DNA, are still debated. In particular, although several mechanisms responsible for genome growth (proliferation of transposable elements, gene duplication and divergence, etc.) were clearly identified, mechanisms limiting the overall genome size remain unclear. Darwinian selection could directly disadvantage less compact genomes, under the hypothesis that a larger quantity of DNA could slow down the speed of reproduction of the organism. Because this hypothesis was proven wrong by several datasets, non selective mechanisms have been proposed, e.g. genetic drift and/or a mutational bias towards small DNA deletions compared to small DNA insertions. In this manuscript, we use a matrix model to show that genome size can also be limited by the spontaneous dynamics of duplications and large deletions, which tends to decrease genome size even if the two types of rearrangements occur at the same rate. In the absence of Darwinian selection, we prove the existence of a stationary distribution of genome size even if duplications are twice as frequent as large deletions. To test whether selection can overcome this spontaneous dynamics, we simulate our model numerically and choose a fitness function that directly favors genomes containing more genes, while keeping duplications twice as frequent as large deletions. In this scenario where, at first sight, everything seems to favor infinite genome growth, genome size remains nonetheless bounded. As a result, our study reveals a new pressure that could be responsible for limiting genome growth. By illustrating counter-intuitive behaviors in a minimal model, this study also underlines the limits of simple "thought experiments" to understand evolution.
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Untersuchung somatischer Chromosomenveränderungen bei amyotropher Lateralsklerose

Wappler, Juliane Christin 19 June 2006 (has links)
Die ALS ist eine fortschreitende neurodegenerative Erkrankung, deren Symptome durch den Untergang der Motoneuronen bedingt sind. Neueste zytogenetische Untersuchungen zeigen ein vermehrtes Auftreten konstitutioneller Chromosomenveränderunge bei ALS-Patienten. Dies lässt eine Verbindung zwischen dem Ausbruch der Erkrankung und der auffälligen Zytogenetik vermuten. Das Auftreten spontaner Chromosomenveränderungen als Zeichen einer chromosomalen Instabilität wurde in der vorliegenden Arbeit an ALS-Patienten untersucht. METHODE: Neben der Karyotypisierung, der Bestimmung der SCE-Rate und der Bruchrate nach Behandlung mit Bleomycin kam die Fluoreszenz in situ Hybridisierung zum Einsatz. Die Untersuchungen wurden an Patienten mit sporadischer ALS (45), an Kontrollpersonen (38) und Verwandten (9) durchgeführt. ERGEBNISSE: Die Karyotypisierung ergab bei den Patienten eine spontane Translokationsrate von 0,02 Translokationen/Zelle (t/Z), bei den Kontrollen 0,04 t/Z. Weitere numerische oder strukturelle Auffälligkeiten waren nicht signifikant verschieden. Es wurden keine konstitutionellen Chromosomenaberrationen gefunden. Die Häufigkeit der Schwesterchromatidaustausche (SCE-Rate) bewegte sich mit 7-8 SCE/Z in der Patientengruppe innerhalb der Normwerte. Durch die Zugabe von Bleomycin in die Zellkultur stieg die Zahl der Chromatidbrüche von 0,0 auf 0,8 Brüche/Z an. Dabei zeigten die untersuchten Gruppen ähnliche Progredienzen in den Bruchraten. Mit der Fluoreszenz in situ Hybridisierung werden quantitative Aussagen über spontane Translokationsraten gemacht. Sie betrug in der Kontroll-und Patientengruppe 0,03 bis 0,04 t/Z. DISKUSSION: Die vorliegenden Ergebnisse liefern keinen Anhalt für eine chromosomale Instabilität als Risikofaktor für die Entstehung der sporadischen ALS. Indizien für eine chromosomale Instabilität wie erhöhte Bruchraten und SCEs als auch vermehrtes Auftreten somatischer Aberrationen konnten bei den ALS-Patienten nicht nachgewiesen werden. Über mögliche Auffälligkeiten in den Motoneuronen lässt sich allerdings mit den Untersuchungen an Blutlymphozyten keine hinreichend sichere Aussage machen. / Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a progressive neurodegenerative disease which is characterized by the degeneration of motor neurons. Recently, a high rate of constitutional structural chromosomal rearrangements has been reported in apparently sporadic ALS patients. It remains questionable whether or not these genomic rearrangements are caused by a chromosomal instability involved in the pathogenesis of the disease. Therefore, we performed different cytogenetic studies on chromosomal instability. METHOD: We performed chromosome analyses from patients (N=45), control subjects (N=38), and relatives (N=9) after culturing blood lymphocytes. Conventional chromosome analysis after GTG-banding, chromosomal breakage test after Bleomycin treatment, the rate of sister chromatid exchange (SCE), and whole chromosome painting were used for these analyses. RESULTS: Neither karyotyping nor whole chromosome painting revealed higher levels of structural or numerical aberrations in lymphocytes of patients with sALS. After karyotyping we found 0.02 t/cell in patients and 0.04 t/cell in controls. Whole chromosome painting revealed 0.04 t/cell in patients and 0.03 t/cell in controls. The chromosomal breaks increased likewise after Bleomycin treatment in the control group and the patient group as well. Cell cultures without Bleomycin did not show any breaks while the highest Bleomycin concentration induced up to 0.08 breaks/cell. The SCE rate in patients which corresponds to the chromatid repair activity did not rise to a higher level than in the control individuals. Both groups were in the normal range of 7 to 8 SCE/cell. DISCUSSION: The pathomechanism of neurodegeneration in ALS patients is still unknown. We tried to find a cytogenetic correlative being a risk factor for the development of ALS. However, so far there is no clue for chromosomal instability being involved in the neurodegenerative process.
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Évolution des génomes par mutations locales et globales : une approche d’alignement

Benzaid, Billel 10 1900 (has links)
Durant leur évolution, les génomes accumulent des mutations pouvant affecter d’un nucléotide à plusieurs gènes. Les modifications au niveau du nombre et de l’organisation des gènes dans les génomes sont dues à des mutations globales, telles que les duplications, les pertes et les réarrangements. En comparant les ordres de gènes des génomes, il est possible d’inférer les événements évolutifs les plus fréquents, le contenu en gènes des espèces ancestrales ainsi que les histoires évolutives ayant menées aux ordres observés. Dans cette thèse, nous nous intéressons au développement de nouvelles méthodes algorithmiques, par approche d’alignement, afin d’analyser ces différents aspects de l’évolution des génomes. Nous nous intéressons à la comparaison de deux ou d’un ensemble de génomes reliés par une phylogénie, en tenant compte des mutations globales. Pour commencer, nous étudions la complexité théorique de plusieurs variantes du problème de l’alignement de deux ordres de gènes par duplications et pertes, ainsi que de l’approximabilité de ces problèmes. Nous rappelons ensuite les algorithmes exacts, en temps exponentiel, existants, et développons des heuristiques efficaces. Nous proposons, dans un premier temps, DLAlign, une heuristique quadratique pour le problème d’alignement de deux ordres de gènes par duplications et pertes. Ensuite, nous présentons, OrthoAlign, une extension de DLAlign, qui considère, en plus des duplications et pertes, les réarrangements et les substitutions. Nous abordons également le problème de l’alignement phylogénétique de génomes. Pour commencer, l’heuristique OrthoAlign est adaptée afin de permettre l’inférence de génomes ancestraux au noeuds internes d’un arbre phylogénétique. Nous proposons enfin, MultiOrthoAlign, une heuristique plus robuste, basée sur la médiane, pour l’inférence de génomes ancestraux et d’histoires évolutives d’un ensemble de génomes représentés aux feuilles d’un arbre phylogénétique. / During the evolution process, genomes accumulate mutations that may affect the genome at different levels, ranging from one base to the overall gene content. Global mutations affecting gene content and organization are mainly duplications, losses and rearrangements. By comparing gene orders, it is possible to infer the most frequent events, the gene content in the ancestral genomes and the evolutionary histories of the observed gene orders. In this thesis, we are interested in developing new algorithmic methods based on an alignment approach for comparing two or a set of genomes represented as gene orders and related through a phylogenetic tree, based on global mutations. We study the theoretical complexity and the approximability of different variants of the two gene orders alignment problem by duplications and losses. Then, we present the existing exact exponential time algorithms, and develop efficient heuristics for these problems. First, we developed DLAlign, a quadratic time heuristic for the two gene orders alignment problem by duplications and losses. Then, we developed OrthoAlign, a generalization of DLAlign, accounting for most genome-wide evolutionary events such as duplications, losses, rearrangements and substitutions. We also study the phylogenetic alignment problem. First, we adapt our heuristic OrthoAlign in order to infer ancestral genomes at the internal nodes of a given phylogenetic tree. Finally, we developed MultiOrthoAlign, a more robust heuristic, based on the median problem, for the inference of ancestral genomes and evolutionary histories of extent genomes labeling leaves of a phylogenetic tree.
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Implementation and Performance Comparison of Some Heuristic Algorithms for Block Sorting

Turlapaty, Sandhya 01 January 2018 (has links)
An implementation framework has been developed in this thesis for a well-known APX-hard combinatorial optimization problem known as Block Sorting. The motivation for the study of this problem comes from applications such as computational biology and optical character recognition. While existing Block Sorting research has been theoretically focused on the development and analysis of several approximation algorithms for Block Sorting, little or no work has been carried out thus far on the implementation of the proposed approximation algorithms. The conceptualization of an implementation framework and illustrating its use by experimenting with the existing approximation algorithms will provide means for discovering newer approaches to handling this important problem. As the main contribution, the research in this thesis provides a new greedy algorithm for Block Sorting in which each block move either reduces the number of blocks by two or three blocks, or reduces by one the number of reversals or inversions in the orig- inal permutation. Experimental results for all algorithms are also provided along with a comparison of their performance using the number of block moves and approximation ratios as performance metrics when sorting permutations of a given order, and as the order of permutations is varied. Preliminary results from the experimentation were shared at the 2017 IEEE 17th International Conference on Bioinformatics and Bioengineering (BIBE) [1]. To the best of our knowledge, this is the first work that has been focused on the implementation and experimental performance analysis of any algorithm for Block Sorting. We believe the results presented in this thesis will be useful for researchers and practitioners working in this area.

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