Les systèmes toxine-antitoxine (TA) sont de petits modules génétiques largement présents dans les génomes bactériens. Ils codent pour une petite protéine toxique et une antitoxine. Ils sont classés en six types en fonction de la nature et du mode d'action de l'antitoxine. Ce travail a porté sur l'étude du type I, pour lequel l'antitoxine est un ARN antisens qui cible l'ARNm de la toxine afin de réprimer son expression. Au cours de cette thèse, nous avons étudié le système aapA3/IsoA3, codé sur le chromosome du pathogène gastrique humain Helicobacter pylori. À ce jour, la plupart des systèmes TA ont été étudiés à l'aide de systèmes d'expression artificiels, qui ne permettent pas de caractériser la régulation transcriptionnelle ou post-transcriptionnelle. En utilisant la létalité induite par l’expression chromosomique de la toxine obtenue en absence d’antitoxine, nous avons développé une sélection génétique de mutants suppresseurs révélés par séquençage haut-débit. Cette approche, appelée FASTBAC-Seq, nous a permis de cartographier une myriade de déterminants de toxicité localisés dans les régions codantes et non codantes du gène de la toxine AapA3. En particulier, certaines de ces mutations ont révélé l'existence de tige-boucles ARN transitoires qui agissent de manière co-transcriptionnelle pour empêcher l'initiation de la traduction pendant la synthèse de l'ARNm codant pour la toxine. Ces structures ARN métastables fonctionnelles sont nécessaires pour découpler les processus de transcription et de traduction et permettent la présence de ces gènes toxiques sur le chromosome bactérien. Bien que les ARNm non traduits deviennent rapidement instables, nos travaux ont également révélé l'existence de deux tige-boucles protectrices situées aux deux extrémités de l'ARNm. Ces structures secondaires empêchent des activités exonucléolytiques agissant en 5' et 3'. Dans l’ensemble, notre travail met en évidence les conséquences de la forte pression de sélection pour limiter l'expression des toxines sous laquelle évoluent les systèmes TA. Cela nous a permis de mieux comprendre l’influence du repliement secondaire des ARNm, non seulement lors de la régulation posttranscriptionnelle, mais aussi co-transcriptionnelle de l’expression de cette famille particulière de gènes. Ces caractéristiques de régulation basées sur l'ARN peuvent être exploitées à l'avenir pour des applications biotechnologiques (p. ex., production accrue de protéines par stabilisation d'ARNm) ou biomédicales (p.ex., développement de stratégies antimicrobiennes alternatives pour l'activation de la synthèse de toxines). / Toxin-antitoxin (TA) systems are small genetic modules widely present in bacterial genomes. They usually code for a small toxic protein and its cognate antitoxin and can be classified into six types depending on the nature and mode of action of the antitoxin. This work focuses on the study of type I, for which the antitoxin is an antisense RNA that targets the toxin mRNA to inhibit its expression. We characterized the aapA3/IsoA3 system, encoded on the chromosome of the human gastric pathogen Helicobacter pylori. To date, most TAs have been studied using artificial expression systems, which do not allow the characterization of transcriptional or post-transcriptional regulation. Taking advantage of the lethality induced by the toxin chromosomal expression in the absence of antitoxin, we developed a high-throughput genetic selection of suppressor mutations revealed by Next-Generation Sequencing. This approach, named FASTBAC-Seq, allowed us to map a myriad of toxicity determinants located in both, coding and noncoding regions, of the aapA3 toxic gene. More precisely, some suppressor mutations revealed the existence of transient RNA hairpins that act co-transcriptionally to prevent translation initiation while the toxinencoding mRNA is being made. Such functional RNA metastable structures are essential to uncouple the transcription and translation processes and allow the presence of these toxic genes on bacterial chromosomes. Although untranslated mRNAs become rapidly unstable, our work also revealed the presence of two protective stem-loops located at both mRNA ends that prevent from both, 5’ and 3’ exonucleolytic activity. Altogether, our work evidenced the consequences of the strong selection pressure to silence toxin expression under which the TAs evolve, and highlighted the key role of mRNA folding in the co- and post-transcriptional regulation of this family of genes. These RNA-based regulatory mechanisms may be exploited in the future for biotechnological (e.g., increased protein production through mRNA stabilization) or biomedical (e.g., development of alternative antimicrobial strategies aiming at the activation of toxin synthesis) applications.

Ubiquitaires et très anciens, les communautés des tapis microbiens font preuve de capacités métaboliques et adaptatives très importantes. Situés en zone côtières, ces écosystèmes peuvent être soumis à des contaminations pétrolières. Dans ce contexte, cette étude vise d’une part à décrire la structure et le fonctionnement de tapis microbiens et d’autre part à comprendre l’impact d’une contamination pétrolière sur ces écosystèmes. Cette étude porte sur deux tapis microbiens de l’étang de Berre aux paramètres physico-Chimiques proches mais présentant des contaminations pétrolières contrastées. Le fonctionnement du système étant tributaire d’autres facteurs tels que la lumière et les saisons, les variations saisonnières et nycthémérales ont été prises en compte dans cette étude. Un accent particulier a également été porté sur le cycle du soufre de par son importance en milieu marin. Les résultats de cette étude mettent en évidence des structures de communautés différentes entre les deux tapis au niveau global, la séparation spatiale prévalant sur la séparation saisonnière. La fraction active de la communauté du site contaminé présente une évolution linéaire tandis que celle du site témoins suit pour sa part les variations saisonnières. Au niveau du site contaminé une augmentation de l’expression des gènes impliqués dans la dégradation des hydrocarbures couplée à une biodégradation des hydrocarbures suggère que le tapis contaminé est adapté à la contamination pétrolière. Malgré les différences de structures et d’activités de dégradation, des profils métaboliques très semblables sont cependant observables entre les deux tapis, avec des fonctions similaires laissant supposer une redondance fonctionnelle. Des variations saisonnières et nycthémérales ont également été observées avec notamment des Desulfobulbaceae plus abondantes au printemps et plus actives en journée. Des études culturales ont été réalisées en parallèle. Elles permettront d’appréhender de manière complémentaire la dynamique des communautés des sulfato-Réducteurs au sein du tapis et de mieux comprendre les variations mises en évidence dans cette étude. / Ubiquist and very ancient, the microbial mats communities demonstrate very important metabolic and adaptive capacities. Located in the coastal area, these ecosystems may be subject to oil contamination. In this context, the aim of this study is on one hand to describe the structure and functioning of microbial mats and on the other to understand the impact of oil contamination on these ecosystems. This study focused on two microbial mats from the Berre lagoon with close physical chemical parameters but with contrasted hydrocarbon contamination levels. The functioning of the system is dependent on other factors such as light and seasons, diurnal and seasonal variations were taken into account in this study. Special emphasis was placed on the sulfur cycle due to its importance in the marine environments. The results of this study highlighted different communities’ structures at the global level between both mats, the spatial variation prevailed on seasonal variation. The active part of the community from the contaminated site shows a linear trend while that one of the uncontaminated site follows the seasonal variations. The contaminated site shows genes involved in hydrocarbon degradation more expressed coupled to a hydrocarbon biodegradation suggesting that the contaminated mat is adapted to the petroleum contamination. Despite these differences in the structure and the degradation capacities, very similar metabolic profiles are observed between the two mats with similar functions, suggesting functional redundancy. Seasonal and diurnal variation was also observed, the Desulfobulbaceae were particularly more abundant in spring and more active during the day. A complementary cultural approach will allow to better understanding the dynamics of sulfate-Reducers communities in the mat and comprehending these variations.

Les communautés microbiennes procèdent au recyclage des nutriments et à la degradation de la matière organique, et sont ainsi essentielles aux cycles biogéochimiques dans le sédiment et plus largement dans les océans. La contamination chronique aux hydrocarbures représente près de 80% des déversements totaux dans les océans. Toutefois, en comparaison des marées noires, son impact sur les communautés microbiennes est encore mal compris. Dans cette étude, nous avons d’abord utilisé une approche de type méta-analyse pour élucider l’effet global de la contamination aux hydrocarbures dans différents habitats. La réponse des communautés bactériennes à la contamination s’est révélée être dépendante du type d’habitat, les sols étant plus impactés que d’autres habitats, comme par exemple les sédiments marins. Nous nous sommes ensuite intéressés aux communautés microbiennes des trois domaines du vivant de sédiments côtiers provenant des côtes méditerranéennes et atlantiques. La contamination chronique n’influençait que marginallement les communautés benthiques, et la diversité alpha n’était pas réduite dans les sédiments contaminés. Cedendant, la comparaison des réseaux de co-occurrence des échantillons contaminés et non-contaminés a montré que le réseau des communautés contaminées présentait une topologie différente, indiquant une vulnérabilité plus importante à d’éventuelles perturbations environnementales. Des indicateurs potentiels de la contamination identifiés avec la méta-analyse ont été ciblés pour étudier l’impact de la contamination chronique aux hydrocarbures sur les services écologiques qu’ils assurent (i.e. la dégradation de la matière organique et des hydrocarbures) en utillisant la technique de Micro-FISH. / Within the sediment, microbial communities play a pivotal role by driving essential processes such as nutrient cycling and organic matter degradation. Chronic hydrocarbons contamination represents almost 80% of the total input in the oceans. However, as compared to oil spills, its impact on microbial communities remains poorly understood. In this study, we first used a meta-analysis approach to decipher the global effect of hydrocarbons contamination in different habitats. Bacterial community response to the contamination was found to be dependant of the habitat studied, with soils being more impacted than other habitats, like marine sediments. Because bacteria are in interactions with other important members of microbial communities such as Archaea and Eukaryotes, we focused on microbial communities from the three domains of life in coastal marine sediments from the Mediterrranean and the French Atlantic coasts. Independently of the domains of life, chronic hydrocarbons contamination appeared to be a poor driver of communities structuration, and alpha diversity was not reduced in contaminated sediments. However, the comparison of co-occurences networks of contaminated and non-contaminated samples showed that the network from the contaminated samples exhibited a different topology, which suggests a higher vulnerability to eventual environmental perturbations. Potential indicators species identified using the meta-analysis approach were targeted to study the impact of chronic contamination on the ecological services they provide (i.e. organic matter and hydrocarbons degradation) using the Micro-FISH method.

La compréhension des mécanismes moléculaires impliqués dans la détermination du sexe chez les plantes à fleurs est primordiale d’un point de vue fondamental et appliqué. Des processus liés à la biosynthèse des hormones, tel que l’éthylène, ou la régulation de l’expression génique via des petits ARN et des facteurs de transcription ont été associés à l’unisexualisation des fleurs chez des espèces dioïques. Cependant, les déterminants contrôlant le sexe chez les plantes sont encore largement méconnus. Le palmier dattier, Phoenix dactylifera L, est une espèce dioïque dont le dimorphisme sexuel est observé très tôt au cours du développement des fleurs. Des gènes différentiellement exprimés (DEGs) ont été identifiés pendant les stades précoces du développement floral mâle et femelle. Pour cela, un transcriptome de référence rassemblant des données d’expression relatives aux deux sexes a été généré. L’analyse d'enrichissement GO des DEGs, a révélé des processus biologiques communs aux mâles et aux femelles, associés au développement reproducteur et à la réponse aux stimuli. Ce résultat indique que des mêmes processus peuvent solliciter des gènes différents au cours du développement floral précoce en fonction du sexe. Cette analyse a également mis en évidence que le développement des fleurs mâles requiert des processus biologiques spécifiques impliqués dans la régulation cellulaire et l'expression des gènes. En outre, deux DEGs femelles, une S-adenosylmethionine synthase et une Flap endonuclease et un DEG mâle, un élément transposable, ont été identifiés dans les régions non-recombinantes du génome du palmier dattier.Cette étude est la première analyse globale des processus biologiques associés à l’acquisition du dimorphisme sexuel. Elle contribue également à la compréhension de la détermination du sexe chez le palmier dattier, et plus largement à la connaissance de ces processus chez les espèces dioïques. / Unraveling molecular mechanisms involved in sex determination in flowering plants is of outstanding basic and applied interest. Several studies on dioecious species have highlighted the molecular basis of sex determination, such as cell death and ethylene biosynthesis pathway. Sex determination mechanisms in plants are, however, still largely unknown. The date palm, Phoenix dactylifera L, is a dioecious species where sexual dimorphism is observed very early in development of flowers. Differentially expressed genes (DEGs) were identified during the early stages of the male and female flower development. A reference transcriptome including male and female data was constructed to gain insight into this process in the dioecious palm Phoenix dactylifera L. Differentially expressed genes (DEG) were subsequently identified between males and females in the early flower development stages in which the first morphological gender difference occurs in date palms.Gene ontology enrichment analysis of DEG revealed biological processes shared between males and females involved in reproductive development and response to stimulus, indicating that same processes could require different genes during early flower development in date palm. This analysis also suggested that date palm triggers biological processes specifically involved in cellular regulation and gene expression to develop male flowers. Furthermore, two female DEGs related to DNA methylation S-adenosylmethionine synthase and DNA metabolism Flap endonuclease, and one male DEGs, a transposable element were found in non-recombinant date palm regions. This study provided the first insight into biological processes involved in sex determination in date palms and more widely to knowledge of this process in dioecious species.

Les écosystèmes marins côtiers sont constament soumis à des pollutions, notamment aux hydrocarbures, du fait de leur localisation et de leurs caractéristiques environnementales. Le rôle clé des microorganismes dans la dégradation de ces polluants est aujourd’hui très bien décrit. Toutefois, les conditions d’oxygénation fluctuantes dans ces environnements côtiers, dues aux marées et aux activités de bioturbation de la macrofaune, influencent les communautés microbiennes.Ainsi, ce travail de thèse a eu pour objectif de caractériser, l’assemblage de communautés microbiennes hydrocarbonoclastes de sédiments marins côtiers soumises à des oscillations oxie/anoxie en présence de pétrole lors d’une expérience en bioréacteurs. L’adaptation des bactéries marines hydrocarbonoclastes notamment des genres Alcanivorax et Cycloclasticus vis-à-vis de ces variations d’oxygène a pu être investiguée par oligotypage. Des écotypes ont été identifiés en fonction des conditions d’oxygénation démontrant ainsi les capacités d’adaptation aux conditions oscillantes d’oxygène de ces deux genres. La structure des communautés archéennes (séquençage des transcrits du gène de l’ARNr 16S) n’a pas montré de modification évidente liée aux conditions d’oxygénation démontrant ainsi des capacités d’adaptation et/ou de résistance plus importantes chez ces microorganismes comparées aux communautés bactériennes. Enfin, les analyses métagénomiques ont mis en évidence une réponse fonctionnelle spécifique aux oscillations oxie/anoxie. Ainsi, ces travaux de thèse apportent de nouvelles connaissances sur l’influence des variations d’oxygénation sur les communautés microbiennes et par conséquent sur la dégradation des hydrocarbures au sein des écosystèmes marins côtiers. / Coastal marine ecosystems are constantly subject to pollution, particularly hydrocarbons, because of their location and their environmental characteristics. The key role of microorganisms in the degradation of these pollutants is now well described. However, fluctuating oxygenation conditions in these coastal environments, due to tides and macrofauna bioturbation activities influence microbial communities.Thus, this thesis work aimed to characterize the assembly of microbial hydrocarbonoclastic communities of coastal marine sediments subjected to oxic/anoxic oscillations in the presence of oil during a bioreactor experiment. The adaptation of MOHCB, particularly of Alcanivorax and Cycloclasticus genera, to these oxygen variations has been investigated by oligotyping. Ecotypes were identified according to the oxygenation conditions demonstrating adaptation capacities of these two genera to the oscillating oxygen conditions. The structure of archaeal communities (16S rRNA transcript sequencing) did not show any modification related to the oxygenation conditions thus demonstrating greater adaptation and/or resistance capacities in these microorganisms compared to the bacterial communities. Finally, metagenomics analyses revealed a specific functional response to oxic/anoxic oscillations. Thus, this thesis provides new insights into the influence of oxygenation variations on microbial communities and consequently on the degradation of hydrocarbons in coastal marine ecosystems.

Le contrôle des ravageurs est l'un des principaux services éco-systémiques rendus par la biodiversité à l'agriculture. Les communautés d'insectes auxiliaires, hébergées par les espaces agricoles présentent des niveaux de diversité, spécifique et fonctionnelle, élevés et leurs biologie et traits de vie sont bien décrits et étudiés. Ces communautés constituent donc un excellent modèle pour aborder des questions d'intérêt à la fois fondamental et appliqué sur les mécanismes à l'origine de la biodiversité et sur l'impact de la biodiversité sur l'approvisionnement en services éco-systémiques. Dans cette thèse, nous développons une combinaison originale d'approches classiques et d'approches moléculaires de pointe pour élucider les relations trophiques au sein de la communauté de coléoptères carabiques en milieu agricole. Les coléoptères carabiques peuvent contribuer de façon significative au service de contrôle biologique mais les mécanismes généraux conditionnant cette contribution restent encore difficiles à évaluer par manque d'approche systémique pour l'analyse de leurs réseaux d'interactions.L'étude sans a priori du régime alimentaire de la communauté de carabes dans un paysage agricole typique révèle un partitionnement de la ressource entre groupes d'espèces. L'étude expérimentale des interactions entre espèces avec un régime alimentaire similaire montre une différentiation des activités spatio-temporelles à fine échelle. D'un point de vue fondamental, ces résultats semblent démontrer la prépondérance des processus déterministes (partage de niche) par rapport aux processus neutres (stochasticité environnementale) pour expliquer la coexistence des espèces. D'un point de vue appliqué, l'importance de la ressource dans la structuration des communautés de carabes fournit un levier d'action potentiel pour l'élaboration de stratégies de gestion afin d’optimiser leur fonction de régulateurs naturels. / Biological control is one of the main ecosystem services provided by biodiversity in agroecosystems. Communities of beneficial insects, hosted by agricultural areas exhibit high levels of species and functional diversity, and their biology and life history traits are well described today. These communities are therefore an excellent model for addressing issues of fundamental and applied interest about mechanisms at the origin of biodiversity and its impacts on the supply of ecosystem services. In this thesis, we develop an original combination of advanced molecular approaches and more traditional methods in order to elucidate trophic interaction network within the community of carabid beetles in agricultural areas. The carabid beetles can significantly contribute to the service of biological control, but their contribution and beneficial conditions are difficult to assess because of their opportunistic and plastic feeding behavior. A without a priori investigation of carabid diet at community level in a typical agricultural landscape reveals a resource partitioning between groups of species. Additional experimental studies in laboratory conditions indicate that interspecific competition could be the mechanism generating this partitioning. From a fundamental point of view, these results suggest a preponderance of deterministic processes (niche partitioning) compared to neutral processes (environmental stochasticity) to explain the coexistence of species. From an applied point of view, the importance of the resource in structuring carabid communities provides a potential lever of action for the development of efficient management strategies optimizing carabid function as crop auxiliaries.

La symbiose mycorhizienne à arbuscules, dont l’apparition est conjointe à celle des plantes terrestres il y a 460 millions d’années, est une association mutualiste à bénéfices réciproques qui s’instaure entre la plupart des plantes terrestres, y compris celles cultivées, et des microorganismes ubiquitaires du sol que sont les champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA, phylum des Glomeromycota). Lors cette symbiose, le fort potentiel d’amélioration de la nutrition minérale des plantes, et donc de la production végétale, est un atout dans le contexte mondial actuel d’augmentation de la demande de la production agricole. Afin d’optimiser les services écosystémiques des CMA dans les écosystèmes et en particulier les agroécosystèmes, la maîtrise de cette symbiose en ingénierie écologique nécessite la compréhension des mécanismes complexes qui régissent la dynamique de cette symbiose dans ces écosystèmes. Pour cela, nous avons étudié la diversité des communautés et des populations de CMA dans les agroécosystèmes à différentes échelles spatiales et sous l’influence de différentes pratiques culturales par des techniques d’empreintes moléculaires: séquençage haut-débit et polymorphisme de longueur de fragments de restriction. Les résultats obtenus montrent que la structuration de la diversité des CMA est influencée par le type d’usage de sol (prairie vs. culture), les pratiques culturales (retournement du sol, fertilisation et système de culture) ainsi que par les facteurs abiotiques (e.g. pH du sol). En conclusion, ces différents facteurs sont à prendre en compte dans l’optimisation des services écosystémiques des CMA. / The arbuscular mycorrhizal symbiosis, which appeared at the same time as land plants, 460 million years ago, is a mutualistic beneficial association between most land plants, including those cultivated, and arbuscular mycorrhizal fungi (AMF). AMF, from the Glomeromycota phylum, are widespread soil microorganisms needing a photosynthetic host to complete their life cycle (obligate symbionts). The great potential of plant mineral nutrition improvement and crop production increased during this symbiosis, make AMF an asset in the context of an increase in the demand of world food crop production. The control of that symbiosis by ecology engineering in order to improve ecosystem services, especially in agroecosystems, needs to better understand the mechanisms regulating its dynamic. Therefore, we studied community and population diversity of AMF under influences of different agricultural practices at several spatial scales using genetic fingerprinting methods: high-throughput sequencing and restriction fragment length polymorphism. Results show that AMF diversity is structured by land use type (grassland vs. arable fields), cultural practices (soil disturbance, fertilizations, culturing systems) as well as environmental factors (e.g. soil pH). In conclusion, those different factors have to taken in account in AMF ecosystemic service managing.

L’avènement du séquençage haut débit permet actuellement d’étudier et d’analyser la part de lacomposante génétique des maladies complexes médiée par les variants rares. Cependant, leurinterprétation représente un défi majeur. En effet, le séquençage de milliers d’exomes et degénomes a révélé la complexité du polymorphisme humain et notamment la surreprésentation devariants rares. Et malgré le développement de logiciels d’analyse ainsi que de différentes bases dedonnées, la priorisation des variants rares reste difficile. Dans le cadre de cette thèse, nous avons focalisé nos analyses sur les variations génétiques rares impliquées dans la maladie d’Alzheimer (MA). D’un point de vue génétique, la MA répond dans une majorité des cas à un déterminisme multifactoriel mais une minorité des cas sont des formes précoces à transmission autosomique dominante. La caractérisation des gènes PSEN1, PSEN2 et APP responsables des formes mendéliennes de MA a permis de formuler l’hypothèse de la cascade amyloïde en plaçant le peptide amyloïde (Aβ) au centre du processus physiopathologique. Afin de détecter de nouveaux facteurs de risque génétique dans la survenue de la MA, nous avons réalisé une étude d’association à partir de données de séquençage d’exomes de 522 cas atteints de formes précoces de MA et 584 contrôles. Les premières analyses ont porté sur les variants mononucléotidiques ainsi que les courtes insertions/délétions et ont permis de mettre en évidence un enrichissement en variants rares prédits délétères dans le gène ABCA7 chez les individus malades. Notre attention s’est ensuite portée sur les variations du nombre de copies (CNVs). L’absence de récurrence à l’échelle d’un gène nous a amené à travailler sur une liste de gènes. En nous focalisant sur l’hypothèse amyloïdergique, nous avons construit une liste de 342 gènes impliqués dans le métabolisme et la toxicité du peptide Aβ. Grâce à cette stratégie, nous avons ainsi réussi à mettre en évidence un enrichissement de CNVs rares intersectant ce réseau centré sur le peptide Aβ. Le résultat majeur de cette étude de CNVs a été la mise en évidence d’une duplication du locus 17q21.31 chez 5 patients atteints d’une maladie neurodégénérative similaire à une maladie d’Alzheimer. Les patients porteurs présentent un diagnostic clinique de MA, des biomarqueurs et une imagerie métabolique en faveur d’une neurodégénérescence de type Alzheimer. En revanche, l’imagerie amyloïde et l’analyse neuropathologique n’ont pas révélé de pathologie amyloïde et sont donc en faveur d’une tauopathie pure. L’étude des CNVs a également révélé une délétion partielle du gène PSEN1, emportant les exons 9 et 10, pour laquelle nous avons pu réaliser des études fonctionnelles. Nous avons ainsi pu déterminer que la protéine mutante favorisait la production de peptides amyloïdes plus longs, ces derniers étant des médiateurs majeurs de la neurotoxicité d’Aβ. / Next-generation sequencing allows studying and analyzing the genetic component part of complexdiseases mediated by rare variants. However, their interpretation represents a major challenge.Indeed, the sequencing of thousands of exomes and genomes revealed the human polymorphismcomplexity and in particular the overrepresentation of rare variants. Despite the development ofsoftwares and variant databases, the prioritization of rare variants remains arduous. My thesis subject was focused on the involvement of rare variants in Alzheimer's disease (AD). From a genetic point of view, AD is caused, in most cases, by a multifactorial determinism, but a minority of cases are autosomal dominant early-onset forms (ADEOAD). The characterization of mutations in the PSEN1, PSEN2 and APP genes as a cause of these Mendelian forms of AD led to the formulationof the amyloid cascade hypothesis, stating that the amyloid-β peptide (Aβ) is triggering the pathophysiological process. In order to detect new genetic risk factors involved in AD, we performed an association study using exome sequencing data from 522 cases with early-onset Alzheimer Disease and 584 controls. The first analyzes focused on single nucleotide variants and short insertions / deletions, and revealed an enrichment in cases of variants that are predicted to be deleterious in the ABCA7 genes. We then then focused on copy number variations (CNVs). The lack of recurrence at the gene-level incited us to work on a gene list. By focusing on the amyloidogenic hypothesis, we built a list of 342 genes involved in the metabolism and toxicity of the Aβ peptide. Thanks to this strategy, we found an enrichment of rare CNVs intersecting this Aβ network in cases.The main result of this CNV study was the identification of a duplication of the 17q21.31 locus in 5patients with a neurodegenerative disease similar to Alzheimer's disease. These patients have aclinical diagnosis of AD, as well as biomarkers and metabolic imaging consistent with an ADneurodegeneration. However, amyloid imaging and neuropathological analysis did not reveal anyamyloid pathology, and were therefore pointing to a pure tauopathy. This CNV study also revealed a partial deletion of the PSEN1 gene, overlapping exons 9 and 10, for which we performed functional studies. We demonstrated that the mutant protein enhanced the production of longer amyloid peptides, the latter being major mediators of Aβ neurotoxicity.

Le succès évolutif de la polyploïdie, notamment de l’allopolyploïdie (où la duplication de génome complet est associée à une hybridation entre génomes différenciés) est en partie lié au fait que cet événement s’accompagne de nombreux changements dans l'organisation du génome et la régulation de l'expression des gènes. On parle du « choc génomique » de l’hybridation interspécifique et de l’allopolyploïdie. Ces sources de diversité génétique, à la fois structurale et fonctionnelle, apparaissent utiles et nécessaires à l'adaptation et l’évolution des espèces. Alors que de nombreuses études portant sur la compréhension des mécanismes moléculaires à l’origine du succès des allopolyploïdes ont concerné les modifications de l’expression des gènes, mes travaux de thèse ont porté sur les agents non codants du génome que sont les éléments transposables et les petits ARN non codants. Le modèle d'étude est le colza (Brassica napus, AACC), espèce allotétraploïde issue de l'hybridation entre les espèces diploïdes navette (B. rapa, AA) et chou (B. oleracea, CC). Nous disposions de colzas néo-synthétisés, étudiés à différentes générations d’autofécondation, permettant de caractériser les changements génomiques accompagnant la formation puis l’évolution du génome néo-allopolyploïde. Une étude a tout d’abord été menée sur un élément transposable (ET) spécifique du génome C, Bot1, en vue d’identifier de nouvelles transpositions survenant chez les colzas néo-synthétisés par rapport aux parents diploïdes, par une approche SSAP. Quelques rares événements de transposition ont été identifiés. Ces résultats, confrontés à ceux obtenus sur deux autres ET, ont permis de mettre en évidence un impact modéré de l’allopolyploïdie sur la transposition de ces différents ET. Par contre, il est apparu que des changements de méthylation auraient accompagné cette allopolyploïdisation, sans doute à l’origine de la réactivation et la transposition de quelques copies de Bot1. Les petits ARN non codants ont été suggérés comme impliqués dans les différents événements génomiques accompagnant la formation d’un génome allopolyploïde. Pour étudier la dynamique d’expression des petits ARN chez des colzas néo-synthétisés pris à deux générations d’autofécondation (S1, S5) en comparaison de leurs parents diploïdes, j’ai exploité des données de séquençage haut débit obtenues pour 11 banques construites à partir des tiges de ces différents génotypes. J’ai ainsi démontré, qu’à une échelle globale, les petits ARN présentaient une réponse immédiate mais transitoire à l’événement d’allopolyploïdie. Les fractions particulièrement affectées par l’allopolyploïdie se sont révélées correspondre (1) à des petits ARN interférents dérivés d’éléments transposables avec une baisse de leur abondance en génération précoce S1, et (2) à des populations de petits ARN de 21 nucléotides exprimées uniquement de manière très précoce, de l’hybride F1 à la génération S1. Nous avons notamment identifié des transcrits de type viral correspondant à ces petits ARN de 21-nt, et présentant les mêmes profils d’expression (de l’hybride F1 à la génération S1), suggérant une réactivation d’éléments viraux endogènes (EVE) en réponse à l’hybridation et l’allopolyploïdie. L’ensemble de mon étude a démontré la mise en place d’une succession des voies de régulation par petits ARN où ET et EVE, réactivés au niveau transcriptionnel, sont immédiatement soumis à une répression post-transcriptionnelle (PTGS), renforcée ensuite par une répression de leur transcription (TGS). L’hypothèse d’une absence de cette régulation par petits ARN lors des phénomènes de nécrose et létalité hybride, amène à envisager ces populations de petits ARN comme les clés de la réussite de la formation d’un génome hybride, où la répression immédiate et efficace des ET et autres endovirus, réactivés suite au choc génomique, se révèle être une nécessité. / The evolutionary success of polyploid species is partly due to the dynamic changes in genome organization and gene expression patterns that occur at the onset of the polyploid formation. These changes are promoted by the merging of divergent genomes into a single nucleus (i.e. allopolyploidy) that causes a “genomic shock”; they are thought to provide a rich source of new genetic material upon which selection can act to promote adaptation and evolution. Many studies have thus aimed to uncover molecular mechanisms that are responsible for the evolutionary success of allopolyploid species, most of them focusing on gene expression changes. In the present PhD thesis, my interest has been concentrated on the non-coding components of the genome: transposable elements and small non-coding RNAs. My study involves oilseed rape (Brassica napus, AACC), a relatively young allopolyploid species that originated from hybridizations between B. rapa (AA) and B. oleracea (CC). Specifically, I have used resynthesized B. napus polyploids advanced by self-pollination of single plants for several generations; I have analyzed these plants at different generations for genomic changes accompanying polyploid formation and subsequent evolution. In a first part, sequence-specific amplification polymorphism (SSAP) targeting the C genome-specific transposable element Bot1, was used to evaluate transposition rate of Bot1 in resynthesized B. napus in comparison with the diploid parents. Only a few transposition events were identified. When combined with the results obtained for two other TEs, this work suggests that allopolyploidy has only a moderate impact on TE transposition and restructuring. The changes observed in SSAP profiles led us to hypothesize that some of them resulted from changes in DNA methylation, resulting in rare but highly specific TE activation and transposition. In a second part, I have concentrated on small non-coding RNAs (sRNAs), which are thought to mediate different aspects of the response to the “genomic shock” induced by allopolyploid formation. Comprehensive analyses of sRNA expression in resynthesized B. napus allopolyploids have been carried out by deep sequencing sRNAs from 11 libraries prepared from stems of three allotetraploids (surveyed at the two generations S1 and S5) and the two diploid parents. Characterization of sRNA distributions in these plants indicates that sRNAs show an immediate but transient response to allopolyploidy. The sRNAs derived from transposable elements (down-regulated in the S1) or targeting unknown sequences (no Blast hit against any available public database) were particularly affected. The use of B. napus mRNAseq data revealed that these latest unknown candidates, which are 21-nt long and over-expressed in the earliest generations (F1, S0, S1) were derived from endogenous viral elements (EVE). We confirmed that these EVEs showed the same expression patterns as the 21-nt long sRNAs that specifically target them (over-expression in the F1, S0 and S1). These results suggest that (at least) some EVEs might be reactivated as a response to the merging of divergent genomes (in interspecific hybrids and newly formed allopolyploids). Altogether, our results have demonstrated a succession of sRNA pathways that counteract the reactivation of some specific TEs and/or EVEs at the onset of polyploid formation; reactivated TEs and/or EVEs being immediately repressed at the post-transcriptional level (PTGS), and then fully repressed by transcriptional gene silencing (TGS) in the subsequent generations. Such data lead to hypothesize that sRNAs are essential to overcome interspecific hybrid incompatibilities due to the uncontrolled and deleterious reactivation of TEs / EVEs. Therefore, sRNAs should be considered as the guardians of genome integrity even in newly-formed allopolyploids.

En raison d’une utilisation croissante et massive, les nanoparticules manufacturées apparaissentcomme de potentiels contaminants émergents pour l’environnement, incluant notammentles écosystèmes aquatiques. Alors que le transfert trophique semble constituer unevoie d’exposition majeure pour les organismes, une connaissance lacunaire dans la littératurescientifique persiste, résultant pour partie des difficultés expérimentales inhérentes àce type d’exposition. Pour ce travail en conditions contrôlées de laboratoire, les nanoparticulesd’or (sphériques, 10 nm, fonctionnalisées aux PEG-amines), stables en solution, ontété choisies pour l’étude du transfert trophique et des impacts toxiques sur des organismesaquatiques. Ce continuum trophique considère la base des réseaux trophiques (biofilms naturels,algues), des niveaux intermédiaires (poissons brouteurs, bivalves suspensivores), jusqu’auxorganismes de haut de chaînes trophiques, avec l’anguille européenne. Avec des expositionsréalisées à de relatives faibles doses, ce travail tend à la représentativité environnementale.Des approches méthodologiques intégratives des niveaux subcellulaire à tissulaire(RT-qPCR, séquençage haut-débit, histologie) ont permis d’évaluer les impacts toxiques.Les résultats indiquent une importante capacité de rétention des nanoparticules par les biofilmsnaturels. À la suite d’une exposition de 21 jours, les dosages d’or révèlent un transfertdes biofilms aux poissons brouteurs, avec une distribution de l’or dans tous les organes. Deplus, ce transfert est associé à une réponse inflammatoire au regard des lésions histologiquesobservés dans les foies, rates et muscles des poissons exposés. Une chaîne alimentaire « naturelle» à trois maillons trophiques, impliquant algues - bivalves - anguilles européennes,atteste d’un transfert significatif jusqu’au poisson prédateur. Enfin, l’analyse du transcriptome,par une approche de séquençage haut-débit, des foies et cerveaux d’anguilles exposéesaux nanoparticules par nourriture enrichie, a permis de mettre en évidence une réponseconjointe à ces deux organes dans des processus biologiques associés au système immunitaireet sa régulation, dont des récepteurs NOD-like impliqués dans l’inflammasome.L’ensemble des résultats expérimentaux interpellent quant aux effets délétères à long-termequ’engendreraient les nanoparticules sur les écosystèmes aquatiques, illustrant par ailleursla propension de ces contaminants à être transférés dans les chaînes trophiques. / Due to an increasing and massive use, engineered nanoparticles are raising as potentialemerging contaminants in the environment, including aquatic ecosystems. While trophictransfer appears to constitute a major exposure route for organisms, scientific literature hasdifficulties to respond to the questions raised to explore the range of the interactions existingbetween nanoparticles and living organisms at different scales from the trophic interactionsto the cellular impacts. This problem is partly due to experimental difficulties inherent tothis exposure type. For this work performed in controlled laboratory conditions, sphericalgold nanoparticles (10 nm, coated with PEG-amines, positively charged) were chosen tostudy the trophic transfer and toxic effects on aquatic organisms. Trophic chains concernedseveral trophic levels (up to three) with a variety of species considered : the basis of thetrophic web with natural biofilms or microalgae, intermediate levels with grazing fish orsuspensivorous bivalves, and up to top food chain organisms, with the European eel, a carnivorousfish.With relatively low doses for exposures, this work tends to represent environmentalconditions. Integrative methodological approaches from subcellular to tissue levels(RT-qPCR, RNA-sequencing, histology) were performed in order to assess toxic impacts.The results indicate a high retention capacity of nanoparticles by natural biofilms. Followinga 21-day exposure, gold quantifications reveal a transfer from biofilms to grazing fish, witha gold distribution in all organs. Moreover, this transfer is associated with an inflammatoryresponse according to the histological lesions observed in the liver, spleen and muscle ofexposed fish. A longer food chain, with three trophic levels involving microalgae - bivalves- European eels, is set up to give a better representation of the complexity of trophic interactionsin the aquatic environment. It shows a significant transfer to the predatory fish.Transcriptomic analyses, using the RNA-sequencing approach, for the liver and the brain ofexposed eels by nanoparticles’ enriched food, highlight a joint response for these two organsin the biological processes associated with the immune system and its regulation, includingNOD-like receptors involved in inflammasome.All the experimental results suggest long-term harmful effects that nanoparticles would generatein aquatic ecosystems, emphasizing the ability of these contaminants to be transferredthroughout trophic chains.