La fertilité de terres agricoles dépend en large partie du recyclage des nutriments dans le sol. Généralement, ce recyclage est effectué en grande partie par les communautés bactériennes du sol. On assume donc souvent que la diversité bactérienne du sol peut constituer un indicateur de sa santé/fertilité. Cependant, certaines pratiques agricoles conventionnelles nuisent à la diversité bactérienne du sol. Parmi ces pratiques, le labourage et les applications d’intrants chimiques tels que les pesticides, les antibiotiques et les engrais influencent négativement la diversité microbienne. Par conséquent, des recherches actives sont menées pour développer des façons de rétablir la diversité microbienne dans les sols en agriculture conventionnelle. Plusieurs alternatives biologiques ont été développées au fil des ans, aboutissant à des produits commerciaux en tant que des biostimulants incluant des substances d’origines biologiques, des microorganismes ou la combinaison des deux. Entre autres, le thé de compost a été développé et suggéré comme étant un produit riche en microorganismes bénéfiques, ayant les capacités d’améliorer les cultures et la durabilité des systèmes agricoles biologiques. Cependant, sa performance et son application à grande échelle dans les systèmes de production conventionnelle demeurent peu étudiées. L’objectif de ce mémoire et d’évaluer l'effet du thé de compost sur l'abondance, la diversité et la structure des communautés bactériennes du sol et les rendements, dans un essai en champs de la production du soja dans un système conventionnel de monoculture. Dans un champ d’environ trois hectares est subdivisé en six blocs, chacun contenait deux parcelles: l'une a été traitée par le thé de compost frais et l'autre a été utilisé comme témoin avec thé de compost stérilisé à la chaleur pour tuer les microorganismes. Notre hypothèse est que le thé de compost frais améliore la croissance du soja et son rendement avec l’apport de microorganismes bénéfiques et l’enrichissement des communautés bactériennes des sols. Le séquençage à haut débit de l’ADN ribosomique 16S bactérien extrait de différents échantillons (thé de compost, sol traité et sol témoin), associé aux analyses bio-informatiques et statistiques, a démontré que le traitement du thé de compost frais n'a pas influencé de manière significative les communautés bactériennes, ni par des changements dans la diversité alpha, ni dans la structure de la communauté de celles-ci. De plus, les résultats des analyses de croissance des plantes et de rendement ont eu aucun effet significatif du thé de compost frais sur la biomasse végétative des plantes ou le poids des graines de soja. Nos résultats de recherche indiquent que le thé de compost frais utilisé dans notre expérience n’a pas modifié les communautés bactériennes des sols traités et n’a pas influencé la croissance des plantes ni le rendement en grain. Notre hypothèse n’est pas supportée par ces résultats qui suggèrent que les bénéfices relatifs à l’application du thé de compost frais ne sont pas dus aux microorganismes vivants mais plutôt à un apport potentiel des nutriments. L’absence d'effets positifs dans notre étude pourrait être attribué spécifiquement à notre conception expérimentale, au thé de compost utilisé, ou à la dose ou la fréquence d'application de celui-ci. D’autres expériences sont nécessaires afin de tirer des conclusions robustes quant à l’effet et la performance du thé de compost sur des cultures conventionnelles. / The fertility of agricultural lands largely depends on the recycling of nutrients in the soil. Usually, this recycling is carried out largely by bacterial communities in the soil, that their diversity is an important indicator of the health and fertility of agricultural soils. However, some agricultural practices, especially in conventional production systems, harm the essential functions of these soil bacterial communities. Among these practices, tillage and the applications of chemical inputs such as pesticides, antibiotics and fertilizers negatively influence the diversity and structures of microbial communities. As a result, the abundance and diversity of these beneficial microorganisms and the potential services they provide decrease in these soils. Several biological alternatives have been developed over the years, resulting in commercial products as biostimulants including substances of biological origin, microorganisms or a combination of the two. Among others, compost tea has been developed and suggested as a product rich in beneficial microorganisms, with the capacity to improve crops and the sustainability of organic farming systems. However, its performance and large-scale application in conventional production systems remains little studied. The objective of this master’s thesis is to assess the effect of fresh compost tea on the abundance, diversity and structure of soil bacterial communities and yields, in a field trial of soybean production in a conventional system of monoculture. In a field of about three hectares is subdivided into six blocks, each one contained two plots: one was treated with fresh compost tea and the other was used as a control with heat sterilized compost tea to kill microorganisms. Our hypothesis is that fresh compost tea improves soybean growth and yield with the addition of beneficial microorganisms and the enrichment of bacterial communities in soils. High throughput sequencing of bacterial 16S ribosomal DNA extracted from different samples (compost tea, treated soil and control soil), combined with bioinformatics and statistical analyzes, demonstrated that processing of compost tea did not significantly influenced bacterial communities, neither by changes in alpha diversity nor in their community structure. In addition, the results of plant growth and yield analyzes had no significant effect of fresh compost tea on plant vegetative biomass or soybean weight. Our research results indicate that the fresh compost tea used in our experiment did not change the bacterial population in the treated soils and it did not show a significant effect on either plant growth or yield. Our hypothesis is not supported by these results which suggest that the relative benefits of the application of compost tea are not due to living microorganisms but rather to a potential supply of nutrients. The lack of positive effects in our study could be attributed specifically to our experimental design, the compost tea used, or the dose or frequency of its application. More experiments are needed in order to draw robust conclusions about the effect and performance of compost tea on conventional crops.

Les Oniscidea présentent une diversité remarquable de systèmes chromosomiques de déterminisme du sexe (hétérogamétie mâle XX/XY ou hétérogamétie femelle ZW/ZZ), dont l'origine reste encore largement inconnue à ce jour. Il a été proposé que ces différents systèmes puissent être le produit de la coévolution entre les isopodes terrestres et Wolbachia, une bactérie endosymbiotique féminisante transmise verticalement par voie ovocytaire. Dans le but de caractériser l'impact de l'endosymbiose à Wolbachia sur l'évolution des mécanismes de déterminisme du sexe, nous avons utilisé une combinaison d'approches génomique, transcriptomique et d'expression de gènes. Tout d'abord, le génome de l'espèce Armadillidium nasatum (caractérisée par un système XX/XY) a été généré et ensuite annoté structurellement et fonctionnellement. A partir de ce génome, des approches de génomique comparatives ont permis la caractérisation de séquences liées au chromosomes Y, afin de mieux comprendre les processus impliqués dans la dégénérescence des gonosomes. Afin d'identifier des effecteurs liés au déterminisme ou à la différenciation du sexe, une approche par gènes candidats a permis de caractériser des gènes à domaines DM, connus pour être impliqués dans le déterminisme du sexe de nombreuses espèces, et d'en mesurer l'expression au cours du temps. Enfin, une phylogénie des Oniscidea a été réalisée en parallèle d'expériences de réversion de sexe afin d'estimer le nombre et la direction des transitions de systèmes d'hétérogamétie au cours de l'évolution des isopodes terrestres. Ces travaux contribuent à illustrer l'impact de l'endosymbiose sur l'évolution des mécanismes de déterminisme du sexe de l'hôte. / Oniscidea show a remarkable diversity of chromosomal sex determination systems (male heterogamety XX/XY or female heterogamety ZW / ZZ). However, the origin of such diversity is still largely unknown to date. It has been proposed that these different systems may be the product of the coevolution between terrestrial isopods and Wolbachia, a feminizing endosymbiotic bacteria transmitted vertically through oocytes. In order to characterize the impact of Wolbachia endosymbiosis on the evolution of sex determination mechanisms, we used a combination of genomic, transcriptomic and gene expression approaches. First, the genome of the species Armadillidium nasatum (characterized by an XX/XY system) was generated and then structurally and functionally annotated. From this genome, a comparative genomic approach allowed us to characterize sequences Y-linked, in order to better understand the processes involved in the sex chromosome degeneration. In order to identify effectors potentially related to sex determination or differentiation, a candidate gene approach has been used to characterize DM-domain genes, known to be involved in the sex determination pathways of many species, and then to measure their expression over development. Finally, a Oniscidea phylogeny was generated in parallel with sex-reversal experiments in order to characterize the number and the direction of the transitions of heterogenetic systems during the terrestrial isopods evolution. This work emphasize the impact of endosymbiosis on the evolution of host sex determination mechanisms.

La 5-azacytidine (AZA) est un médicament approuvé pour le traitement des leucémies myéloïdes aiguës des patients qui ne sont pas éligibles à une greffe de cellules souches hématopoïétiques. Bien que l’AZA est augmenté significativement le pronostic des patients, le mécanisme d’action précis de l’AZA demeure nébuleux. En plus de son activité d’hypométhylation, il a été montré que l’AZA a aussi des effets immunologiques. Des études précédentes suggèrent que ces réponses immunitaires sont causées par des modifications du répertoire de peptides présentés par le CMH-I (MAPs), dont l’expression de MAPs dérivés de rétroéléments endogènes (EREs) et des cancer-testis antigens (CTAs). Ces gènes sont généralement réprimés par la méthylation de l’ADN. Dans cette thèse, nous avons testé cette hypothèse à l’aide de séquençage à haut débit et de spectrométrie de masse appliqués à quatre lignées cellulaires d’AML différentes. Notre approche protéogénomique d’avant-garde a révélé que l’AZA induit la présentation de MAPs dérivés de CTAs, mais pas d’EREs, malgré le fait que ces deux groupes de séquences soient surexprimés au niveau transcriptomique. Ces résultats indiquent que les réponses des lymphocytes T observées chez les patients suite au traitement à l’AZA dépendent probablement des MAPs dérivés des CTAs, et non pas des EREs. Les EREs stimulés par l’AZA ont tout de même un impact sur la réponse immunitaire en formant des ARN double-brins menant à une activation de l’immunité innée. L’incorporation de l’AZA et l’inhibition subséquente de la DNMT2 mène cependant à des agrégats protéiques et à l’autophagie, qui dégrade les transcrits EREs et limite leur surexpression. Nous avons démontré que les effets immunologiques de l’AZA peuvent être amplifiés par un traitement combiné de l’AZA et d’inhibiteurs de l’autophagie. De plus, le travail contenu dans cette thèse a montré que bien qu’elles soient un modèle expérimental pratique, les lignées cellulaires ont des limitations et doivent être utilisés avec prudence. Des différences majeures ont été observées entre des lignées cellulaires supposément identiques provenant de fournisseurs établis. Nos analyses ont permis de démontrer quelle lignée cellulaire était la plus similaire à la lignée parentale. Ainsi, ce travail fourni des recommandations pour améliorer les lignes directrices d’utilisation des lignées cellulaires en recherche. / 5-azacytidine (AZA) is approved for the treatment of acute myeloid leukemia (AML) patients ineligible for hematopoietic cell transplantation. Although AZA treatment has substantially improved patient outcomes, there remains a lack of clear understanding of the mechanisms driving these responses. In addition to its hypomethylating activity, AZA has been shown to have immunological effects. Previous reports suggest that these immune responses occur due to alterations in the repertoire of MHC-I-associated peptides (MAPs), including the expression of MAPs deriving from endogenous retroelements (EREs) and cancer-testis antigens (CTAs). These genes are typically silenced by methylation. With this thesis, we aimed to test this hypothesis using high-coverage RNA sequencing and mass spectrometry in four different AML cell lines. Our state-of-the-art proteogenomic approach uncovered that AZA treatment induced MAPs deriving from CTAs, but not EREs, despite both being upregulated at the RNA level. This indicates that T-cell responses post-AZA treatment are more likely to be dependent on CTA- than ERE-derived MAP presentation. AZA-induced EREs produced at the RNA level still contributed to immune responses by forming double-stranded RNA leading to a state of viral mimicry. However, AZA incorporation into RNA and subsequent DNMT2-inhibition led to protein aggregation and autophagy responses. These responses were responsible for degrading EREs, which limited their upregulation. We further demonstrate that the immune effects of AZA can be enhanced by the combination of AZA with autophagy inhibitors. Additionally, the work in this thesis has shown that although a practical model, cell lines have their caveats and must be used with caution. This work has highlighted the grave discrepancies between supposedly identical cell lines supplied by established repositories. Moreover, our analyses determine which of the two is closer to the parental cell line. Finally, this work provides recommendations for improving the current guidelines for cell line-based research.

Les champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA) forment un groupe de champignons qui appartient à l'embranchement des Gloméromycètes (Glomeromycota). Les CMA forment des associations symbiotiques, connus sous le nom des mycorhizes à arbuscules avec plus de 80 % des plantes vasculaires terrestres. Une fois que les CMA colonisent les racines de plantes, ils améliorent leurs apports nutritionnels, notamment le phosphore et l'azote, et protègent les plantes contre les différents pathogènes du sol. En contrepartie, les plantes offrent un habitat et les ressources de carbone nécessaires pour le développement et la reproduction des CMA. Des études plus récentes ont démontré que les CMA peuvent aussi jouer des rôles clés dans la phytoremédiation des sols contaminés par les hydrocarbures pétroliers (HP) et les éléments traces métaliques. Toutefois, dans les écosystèmes naturels, les CMA établissent des associations tripartites avec les plantes hôtes et les microorganismes (bactéries et champignons) qui vivent dans la rhizosphère, l'endosphère (à l'intérieur des racines) et la mycosphère (sur la surface des mycéliums des CMA), dont certains d'entre eux jouent un rôle dans la translocation, l’immobilisation et/ou la dégradation des polluants organiques et inorganiques présents dans le sol. Par conséquent, la diversité des CMA et celle des microorganismes qui leur sont associés sont influencées par la concentration et la composition des polluants présents dans le sol, et aussi par les différents exsudats sécrétés par les trois partenaires (CMA, bactéries et les racines de plantes). Cependant, la diversité des CMA et celle des microorganismes qui leur sont associés demeure très peu connue dans les sols contaminés. Les interactions entre les CMA et ces microorganismes sont aussi méconnus aussi bien dans les aires naturelles que contaminées. Dans ce contexte, les objectifs de ma thèse sont: i) étudier la diversité des CMA et les microorganismes qui leur sont associés dans des sols contaminés par les HP, ii) étudier la variation de la diversité des CMA ainsi que celle des microorganismes qui leur sont associés par rapport au niveau de concentration en HP et aux espèces de plantes hôtes, iii) étudier les correlations (covariations) entre les CMA et les microorganismes qui leur sont associés et iv) comparer les communautés microbiennes trouvées dans les racines et sols contaminés par les HP avec celles trouvées en association avec les CMA. Pour ce faire, des spores et/ou des propagules de CMA ont été extraites à partir des racines et des sols de l'environnement racinaire de trois espèces de plantes qui poussaient spontanément dans trois bassins de décantation d'une ancienne raffinerie de pétrole située dans la Rive-Sud du fleuve St-Laurent, près de Montréal. Les spores et les propagules collectées, ainsi que des échantillons du sol et des racines ont été soumis à des techniques de PCR (nous avons ciblés les genes 16S de l'ARNr pour bactéries, les genes 18S de l'ARNr pour CMA et les régions ITS pour les autres champignons), de clonage, de séquençage de Sanger ou de séquençage à haut débit. Ensuite, des analyses bio-informatiques et statistiques ont été réalisées afin d'évaluer les effets des paramètres biotiques et abiotiques sur les communautés des CMA et les microorganismes qui leur sont associés. Mes résultats ont montré une diversité importante de bactéries et de champignons en association avec les spores et les propagules des CMA. De plus, la communauté microbienne associée aux spores des CMA a été significativement affectée par l'affiliation taxonomique des plantes hôtes et les niveaux de concentration en HP. D'autre part, les corrélations positives ou négatives qui ont été observées entre certaines espèces de CMA et microorganismes suggérèrent qu’en plus des effets de la concentration en HP et l'identité des plantes hôtes, les CMA peuvent aussi affecter la structure des communautés microbiennes qui vivent sur leurs spores et mycéliums. La comparaison entre les communautés microbiennes identifiées en association avec les spores et celles identifiées dans les racines montre que les communautés microbiennes recrutées par les CMA sont différentes de celles retrouvées dans les sols et les racines. En conclusion, mon projet de doctorat apporte de nouvelles connaissances importantes sur la diversité des CMA dans un environnement extrêmement pollué par les HP, et démontre que les interactions entre les CMA et les microorganismes qui leur sont associés sont plus compliquées que ce qu’on croyait précédemment. Par conséquent, d'autres travaux de recherche sont recommandés, dans le futur, afin de comprendre les processus de recrutement des microorganismes par les CMA dans les différents environnements. / Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) are an important soil fungal group that belongs to the phylum Glomeromycota. AMF form symbiosic associations known as arbuscular mycorrhiza with more than 80% of vascular plants on earth. Once AMF colonize plant roots, they promote nutrient uptake, in particular phosphorus and nitrogen, and protect plants against soil-borne pathogens. In turn, plants provide AMF with carbon resources and habitat. Furthermore, more recent studies demonstrated that AMF may also play key roles in phytoremediation of soils contaminated with petroleum hydrocarbon pollutants (PHP) and trace elements. Though, in natural ecosystems, AMF undergo tripartite associations with host plants and micoorganisms (Bacteria and Fungi) living in rhizosphere (the narrow region of soil surounding the plant roots), endosphere (inside roots) and mycosphere (on the surface AMF mycelia), which some of them play a key role on translocation, immobilization and/or degradation of organic and inorganic pollutants. Consequently, the diversity and community structures of AMF and their associated microorganisms are influenced by the composition and concentration of pollutants and exudates released by the three partners (AMF, bacteria and plant roots). However, little is known about the diversity of AMF and their associated microorganisms in polluted soils and the interaction between AMF and these microorganisms remains poorly understood both in natural and contaminated areas. In this context, the objectives of my thesis were to: i) study the diversity of AMF and their associated microorganisms in PHP contaminated soils, ii) study the variation in diversity and community structures of AMF and their associated microorganisms across plant species identity and PHP concentrations, iii) study the correlations (covariations) between AMF species and their associated microorganisms and iv) compare microbial community structures of PHP contaminated soils and roots with those associated with AMF spores in order to determine if the microbial communities shaped on the surface of AMF spores and mycelia are different from those identified in soil and roots. To do so, AMF spores and/or their intraradical propagules were harvested from rhizospheric soil and roots of three plant species growing spontaneously in three distinct waste decantation basins of a former petrochemical plant located on the south shore of the St-Lawrence River, near Montreal. The harvested spores and propagules, as well as samples of soils and roots were subjected to PCR (we target 16S rRNA genes for bacteria, 18S rRNA genes for AMF and ITS regions for the other fungi), cloning, Sanger sequencing or 454 high throughput sequencing. Then, bioinformatics and statistics were performed to evaluate the effects of biotic and abiotic driving forces on AMF and their associated microbial communities. My results showed high fungal and bacterial diversity associated with AMF spores and propagules in PHP contaminated soils. I also observed that the microbial community structures associated with AMF spores were significantly affected by plant species identity and PHP concentrations. Furthermore, I observed positive and negative correlations between some AMF species and some AMF-associated microorganisms, suggesting that in addition to PHP concentrations and plant species identity, AMF species may also play a key role in shaping the microbial community surrounding their spores. Comparisons between the AMF spore-associated microbiome and the whole microbiome found in rhizospheric soil and roots showed that AMF spores recruit a microbiome differing from those found in the surrounding soil and roots. Overall, my PhD project brings a new level of knowledge on AMF diversity on extremely polluted environment and demonstrates that interaction of AMF and their associated microbes is much complex that we though previously. Further investigations are needed to better understand how AMF select and reward their associated microbes in different environments.

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Les microARN sont de petits ARN non codants d'environ 22 nucléotides impliqués dans la régulation de l'expression des gènes. Ils ciblent les régions complémentaires des molécules d'ARN messagers que ces gènes codent et ajustent leurs niveaux de traduction en protéines en fonction des besoins de la cellule. En s'attachant à leurs cibles par complémentarité partielle de leurs séquences, ces deux groupes de molécules d'ARN compétitionnent activement pour former des interactions régulatrices. Par conséquent, prédire quantitativement les concentrations d'équilibres des duplexes formés est une tâche qui doit prendre un compte plusieurs facteurs dont l'affinité pour l'hybridation, la capacité à catalyser la cible, la coopérativité et l'accessibilité de l'ARN cible. Dans le modèle que nous proposons, miRBooking 2.0, chaque interaction possible entre un microARN et un site sur un ARN cible pour former un duplexe est caractérisée par une réaction enzymatique. Une réaction de ce type opère en deux phases : une formation réversible d'un complexe enzyme-substrat, le duplexe microARN-ARN, suivie d'une conversion irréversible du substrat en produit, un ARN cible dégradé, et de la restitution l'enzyme qui pourra participer à une nouvelle réaction. Nous montrons que l'état stationnaire de ce système, qui peut comporter jusqu'à 10 millions d'équations en pratique, est unique et son jacobien possède un très petit nombre de valeurs non-nulles, permettant sa résolution efficace à l'aide d'un solveur linéaire épars. Cette solution nous permet de caractériser précisément ce mécanisme de régulation et d'étudier le rôle des microARN dans un contexte cellulaire donné. Les prédictions obtenues sur un modèle de cellule HeLa corrèlent significativement avec un ensemble de données obtenu expérimentalement et permettent d'expliquer remarquablement les effets de seuil d'expression des gènes. En utilisant ces prédictions comme condition initiale et une méthode d'intégration numérique, nous simulons en temps réel la réponse du système aux changements de conditions expérimentales. Nous appliquons ce modèle pour cibler des éléments impliqués dans la transition épithélio-mésenchymateuse (EMT), un mécanisme biologique permettant aux cellules d'acquérir une mobilité essentielle pour proliférer. En identifiant des éléments transcrits différentiellement entre les conditions épithéliale et mésenchymateuse, nous concevons des microARN synthétiques spécifiques pour interférer avec cette transition. Pour ce faire, nous proposons une méthode basée sur une recherche gloutonne parallèle pour rechercher efficacement l'espace de la séquence du microARN et présentons des résultats préliminaires sur des marqueurs connus de l'EMT. / MicroRNAs are small non-coding RNAs of approximately 22 nucleotide long involved in the regulation of gene expression. They target complementary regions to the RNA transcripts molecules that these genes encode and adjust the concentration according to the needs of the cell. As microRNAs and their RNA targets binds each other with imperfect complementarity, these two groups actively compete to form regulatory interactions. Consequently, attempting to quantitatively predict their equilibrium concentrations is a task that must take several factors into account, including the affinity for hybridization, the ability to catalyze the target, cooperation, and RNA accessibility. In the model we propose, miRBooking 2.0, each possible interaction between a microRNA and a binding site on a target RNA is characterized by an enzymatic reaction. A reaction of this type operates in two phases: a reversible formation of an enzyme-substrate complex, the microRNA-RNA duplex, and an irreversible conversion of the substrate in an RNA degradation product that restores the enzyme which can subsequently participate to other reactions. We show that the stationary state of this system, which can include up to 10 million equations in practice, has a very shallow Jacobian, allowing its efficient resolution using a sparse linear solver. This solution allows us to characterize precisely the mechanism of regulation and to study the role of microRNAs in a given cellular context. Predictions obtained on a HeLa S3 cell model correlate significantly with a set of experimental data obtained experimentally and can remarkably explain the expression threshold effects of genes. Using this solution as an initial condition and an explicit method of numerical integration, we simulate in real time the response of the system to changes of experimental conditions. We apply this model to target elements involved in the Epithelio-Mesenchymal Transition (EMT), an important mechanism of tumours proliferation. By identifying differentially expressed elements between the two conditions, we design synthetic microRNAs to interfere with the transition. To do so, we propose a method based on a parallel greedy best-first search to efficiently crawl the sequence space of the microRNA and present preliminary results on known EMT markers.