The well-known high species richness of the tropical forests is not uniform through its different regions; Africa is species-poor when compared to Southeast Asia and the Neotropical region. One of the hypotheses for differences between the richness in the Neotropics and Africa points to the importance of recent speciation in the Neotropics. This is considered in particular in Andean-centred taxa that probably diversified in response to the opportunities for speciation offered by the final uplift of the tropical Andes (during the past c. 25 million years [Ma] to the present, with higher rates on the past 10 Ma to the present). The aim of this thesis is to test this hypothesis in the genus Renealmia L.f. (Zingiberaceae), an Andean centred lineage (c. 64 Neotropical spp.) that also occurs in Africa (c. 17 spp.). A taxonomic account of the Colombian species (c. 32; the country with the most species) is presented, and three species new to science were discovered and are described in an updated revision. I designed a new approach for obtaining nuclear phylogenetic markers for estimating species-level phylogenies using transcriptomes for recent diversification that could be applied to samples from herbarium specimens. I generated de-novo transcriptomes for two Renealmia species and a relative in the subfamily Alpinioideae that were combined with data available in repositories to target low copy number and potentially orthologous genes with short introns. I obtained sequence data for eight introns (ranging from 219 to 924 bp) and an rRNA (ITS1 & ITS2) marker for 40 species and at least one marker for 64 species, comprising a total of 137 accessions of which 67.9%(93) were sampled from herbarium specimens. Gene and species-trees were estimated for the genus. I found that most of the subgroups based on morphological characters are supported by the molecular data but a possible combination of incomplete lineage sorting (related to recent radiations or large population sizes) and/or introgression through hybridisation makes difficult to solve the relationships among these subgroups. Finally I estimated and compared diversification rates of the Neotropical and African lineages using dated phylogenies based on the trees estimated. I used available and customized methods that take into account incomplete taxon sampling, the uncertainty in the phylogenetic relationships and the stochasticity inherent to diversifications processes. Differences in diversification rates between Africa and the Neotropics indicate increased speciation attributable to the Andean orogeny in the Neotropical lineages of Renealmia.

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No. of bitstreams: 1 TeseCAS.pdf: 3874357 bytes, checksum: 0bd0fdf47146d9a5d45f62a5203ac011 (MD5) Previous issue date: 2016-11-28 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / The present work had as general objective to perform the genomic annotation of Expressed Sequences (ESTs) of Litopenaeus vannamei shrimp, available in the database of Project ShEST and to evaluate the polymorphism of mined SSR and SNP tags. These markers were located in the main chain of protein genes with function related to performance traits and were validated in SPF (Specific Pathogen Free) shrimp families submitted to selection for rapid growth and survival. In addition to the EST-SSR and EST-SNP loci, obtained by Sanger sequencing, Next Generation Sequencing (NGS) analyzes were included in the initial proposal of work with the objective of expanding the set of SNPs available and verifying the differential gene expression. The new assembly of ESTs was performed and produced a set of 2.984 unigenes with protein products for 41% of them, with 1.983 SSRs and 3.472 SNPs being identified. Among the loci with gene product identified, 231 were enzymes with 127 unique EC numbers inserted in 94 KEGG metabolic pathways. Loci validation showed that the loci of the 60S ribosomal (SSR-EST) and crustacyanin (SNP-EST) proteins were polymorphic in the animals sampled from Genearch. Statistical analyzes were conducted to verify the existence of a possible association between the genotypes and the analyzed weight phenotypes, although no association was observed. In addition, cross-species amplification tests were performed on seven species of marine and two freshwater prawns, demonstrating successful transferability for these species. The RNAseq approach was included in the present work with the purpose of increasing the number of SNPs detected in candidate genes with performance-related function and identifying differentially expressed (DE) genes in animals under experimental conditions. A second transcriptome was assembled from the muscle and hepatopancreas tissues of L. vannamei individuals (i) evaluated for rapid growth and survival and (ii) exposed to the White Spot Syndrome Virus (WSSV). A total of 63.105 transcripts were generated, with an average size of 2.511 bp and N50 of 3.464 bp. More than 15.500 SNPs were identified (frequency > 50%). Functional annotation was also performed on the bases of SwissProt, Gene Ontology (GO) and KEGG. Differential gene expression analyzes were performed on the animal samples evaluated for growth and response to WSSV infection. The data generated showed differences in the expression profile between the genes of (i) high and low growth animals, (ii) the hepatopancreas and muscle and (iii) the uninfected (healthy) and infected (ill) animals by WSSV, considering the effect of the tissue. Two-hundred and seven DE genes were identified for growth, 5.816 for hepatopancreas and muscle and 1.017 for ill and healthy animals. / O presente trabalho teve como objetivo geral realizar a anotação genômica de sequências expressas (ESTs) de Litopenaeus vannamei, disponíveis no banco de dados do Projeto ShEST e avaliar o polimorfismo de marcas SSR e SNP mineradas. Esses marcadores estavam localizados na cadeia principal de genes de proteínas com função relacionada a traços de desempenho e foram validados em famílias de camarões SPF (Specific Pathogen Free) submetidas à seleção para rápido crescimento e sobrevivência. Adicionalmente aos locos SSR-EST e SNP-EST, obtidos por sequenciamento Sanger, análises de Sequenciamento de Próxima Geração (NGS) foram incluídas na proposta inicial de trabalho com o objetivo de ampliar o conjunto de SNPs disponíveis e verificar a expressão gênica diferencial. A montagem de novo das ESTs foi realizada e produziu um conjunto de 2.984 unigenes com produtos proteicos para 41% destes, sendo identificados 1.983 SSRs e 3.472 SNPs. Dentre os locos com produto gênico identificado, 231 eram enzimas com 127 EC numbers únicos inseridos em 94 vias metabólicas do KEGG. A validação dos locos SSR-EST e SNP-EST mostrou que os locos das proteínas 60S ribossomal (SSR-EST) e crustacianina (SNP-EST) apresentaram-se polimórficos nos animais amostrados da Genearch. Análises estatísticas foram conduzidas para verificação da existência de uma possível associação entre os genótipos e os fenótipos de peso analisados, embora não tenha sido observada associação. Além disso, testes de amplificação heteróloga foram realizados em sete espécies de camarões marinhos e duas de água doce, demonstrando sucesso na transferabilidade para estas espécies. A abordagem de RNA-seq foi incluída no presente trabalho com o propósito de ampliar o número de SNPs detectados em genes candidatos com função relacionada a traços de desempenho e identificar genes diferentemente expressos (DE) em animais sob condições experimentais. Foi realizada a montagem de novo de um segundo transcriptoma, dos tecidos músculo e hepatopâncreas de indivíduos de L. vannamei (i) avaliados para rápido crescimento e sobrevivência e (ii) expostos ao vírus da Síndrome da Mancha Branca ou White Spot Syndrome Virus (WSSV). Foram gerados 63.105 transcritos, com tamanho médio de 2.511 pb e N50 de 3.464 pb. Foram identificados mais de 15.500 SNPs (frequência > 50%). Também foi realizada a anotação funcional nas bases do SwissProt, Gene Ontology (GO) e KEGG. Análises de expressão diferencial gênica foram realizadas nas amostras dos animais avaliados para crescimento e resposta a infecção pelo WSSV. Os dados gerados demonstraram diferenças no perfil de expressão entre os genes (i) de animais de alto e baixo crescimento, (ii) do hepatopâncreas e músculo e (iii) dos animais não-infectados (saudáveis) e infectados (doentes) pelo WSSV, considerando-se o efeito do tecido. Foram identificados 207 genes DE para crescimento, 5.816 para a comparação entre os tecidos e 1.017 para os animais doentes e saudáveis. / FAPESP: 2012/13069- 6 / FAPESP: 2012/17322-8

Anopheles stephensi is a potent vector of malaria throughout the Indian subcontinent and Middle East. An. stephensi is emerging as a model for molecular and genetic studies of mosquito-parasite interactions. Here we conducted a series of genomic and transcriptomic studies to improve the understanding of the biology of Anopheles stephensi and mosquito in general. First we reported the genome sequence and annotation of the Indian strain of the type form of An. stephensi. The 221 Mb genome assembly was produced using a combination of 454, Illumina, and PacBio sequencing. This hybrid assembly method was significantly better than assemblies generated from a single data source. A total of 11,789 protein-encoding genes were annotated using a combination of homology and de novo prediction. Secondly, we demonstrated the presence of complete dosage compensation in An. stephensi by determining that autosomal and X-linked genes have very similar levels of expression in both males and females. The uniformity of average expression levels of autosomal and X-linked genes remained when An. stephensi gene expression was normalized by that of their Ae. aegypti orthologs, strengthening the conclusion of complete dosage compensation in Anopheles. Lastly, we investigated trans-splicing events in Anopheles stephensi. We identified six trans-splicing events and all the trans-splicing sites are conserved and present in Ae. aegypti. The proteins encoded by the trans-spliced mRNAs are also highly conserved and their orthologs are co-linearly transcribed in out-groups of family Culicidae. This finding indicates the need to preserve the intact mRNA and protein function of the broken-up genes by trans-splicing during evolution. In summary, we presented the first genome assembly of Anopheles stephensi and studied two interesting evolution events" dosage compensation and trans-splicing - via transcriptomic analysis. / Ph. D.

Ce programme de recherche vise à améliorer la compréhension de l'expression génique de la glande mammaire sous l'effet de la dihydrotestostérone ou de l'oestradiol, dont elle dépend pour exercer ses rôles physiologiques. Cependant, une dysrégulation hormonale peut favoriser la formation de tumeurs cancéreuses dans les glandes mammaires. Par l'usage de la méthode d'analyse sérielle d'expression génique, l'identification des transcrits régulés par ces hormones démontrent la contribution de gènes spécifiques aussi bien d'un point de vue physiologique au niveau de la différenciation cellulaire, la régulation du cycle cellulaire, l'homéostasie, l'immunité, le cytosquelette et d'autres, que pathologique, en ce sens qu'ils peuvent susciter des suggestions selon le cas de la pathogénicité qui pourrait découler suite à un dérèglement hormonal. Compte tenu des résultats obtenus, des cibles thérapeutiques intéressantes sont envisageables.

La mammite est une inflammation de la glande mammaire. Cette maladie est fréquente et coûteuse chez les vaches laitières. Dans l'industrie laitière canadienne, sa forme subclinique représente plus de 50% des pertes économiques associées à la mammite. L'étude simultanée des altérations génétiques et épigénétiques permettrait de mieux comprendre les mécanismes de régulation à la mammite subclinique. Cela conduirait à une meilleure gestion de la maladie. Cette étude examine les altérations de la méthylation de l'ADN et les transcriptomes des cellules somatiques du lait de vaches en lactation provenant de cinq fermes commerciales présentant une mammite subclinique d'apparition naturelle (comprenant respectivement seize, quatre et trois vaches positives uniquement pour *Staphylococcus aureus* (SA), *Staphylococcus chromogenes* (SC) et *Streptococcus uberis* (SU)), ainsi que dix vaches témoins en bonne santé (HC). Les profils de méthylation de l'ADN et de transcriptome du génome entier ont été établis à l'aide des technologies de séquençage. Les résultats des altérations de l'expression génique en réponse à la mammite subclinique due à SA révèlent 4077 gènes différentiellement exprimés (DEG). De plus, le réseau de co- expression génique des DEG identifie des modules ou des groupes de DEG avec des fonctions régulatrices spécifiques pendant la mammite subclinique due à SA. Par exemple, les DEG du module le plus important (module Turquoise, corrélé positivement avec SA) sont significativement enrichis en voies liées aux maladies et au système immunitaire, soutenant leur rôle important dans la régulation de la défense de la glande mammaire contre la mammite subclinique due à SA. Quatre modules (Jaune, Brun, Bleu et Rouge) corrélés négativement avec SA sont enrichis en annotations fonctionnelles liées à la régulation de la migration cellulaire, de la communication cellulaire, du processus métabolique et du développement du système circulatoire sanguin, suggérant leur implication dans la régulation de l'homéostasie de la glande mammaire endommagée lors de la mammite subclinique due à SA. Ensuite, l'exploration de la méthylation de l'ADN liée à SA révèle de nombreuses altérations dont 3356456 cytosines méthylées différemment (DMCs) et 153783 blocs d'haplotype de méthylation différentielle (dMHBs). L'intégration entre le méthylome et le transcriptome démontre des corrélations négatives significatives entre la méthylation de l'ADN dans les régions régulatrices (promoteurs, premiers exons et premiers introns) et l'expression génique des gènes correspondants. Un total de 6435 dMHBs situés dans les régions régulatrices des DEG présentent une corrélation significative avec leurs gènes correspondants, révélant leurs effets potentiels sur les activités transcriptionnelles. Les gènes présentant des altérations de méthylation de l'ADN sont significativement enrichis dans de multiples voies liées à l'immunité et aux maladies, suggérant l'implication de la méthylation dans la régulation des réponses de l'hôte à la mammite subclinique due à SA. Cette étude identifie de nombreuses altérations de méthylation de l'ADN et DEGs en relation avec la mammite subclinique due à SC et SU. Les associations négatives globales entre la méthylation de l'ADN dans les régions régulatrices et l'expression génique s'observent chez les vaches atteintes de SC. De nombreux gènes présentent des changements significatifs de la méthylation dans les régions régulatrices et leur expression génique correspondante, montrant un important enrichissement dans les processus biologiques et les voies liées aux fonctions immunitaires. Cela suggère que la méthylation de l'ADN joue un rôle crucial dans la régulation des réponses de l'hôte à la mammite subclinique. Cette étude identifie des listes de signatures génétiques et épigénétiques candidates distinctives (différenciant les vaches atteintes de SA ou SC des HC) pour la mammite subclinique. Neuf dMHBs ont été validés chez 200 vaches. Cela indique une stabilité des altérations de méthylation de l'ADN et une association significative avec la santé de la glande mammaire et les performances de production de lait. En conclusion, cette étude approfondit la compréhension des altérations génétiques et épigénétiques dans les cellules somatiques du lait qui impliqueraient la régulation de la défense de la glande mammaire contre la mammite subclinique. De plus, elle identifie des signatures épigénétiques et d'expression de gènes discriminantes pour la mammite subclinique. Cela a le potentiel de distinguer les vaches atteintes de mammite subclinique des vaches en bonne santé. Les résultats indiquent que les altérations de méthylation de l'ADN pourraient fournir un nouveau niveau d'information sur les mécanismes de régulation de la mammite subclinique, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives pour le développement de mesures de contrôle. / Mastitis, an inflammation of the mammary gland, is a widespread and costly disease of dairy cows globally. It causes considerable economic losses through decreased milk yield/quality, increased cost of veterinary treatment, high cow culling/replacement rate, negative impacts on animal welfare, increased susceptibility to other diseases and negative impacts on animal reproduction. The subclinical form of mastitis accounts for over 50% of the economic losses associated to mastitis in the Canadian dairy industry. Traditional measures including improved farm environment, milking practices, antibiotic therapy and genetic selection have led to decreased mastitis incidence on dairy farms, but have not eradicated the disease. Recent developments of sequencing technologies have promoted the exploration of genomic breeding and in particular, post-transcriptional and epigenetic regulatory mechanisms underlying diseases, including mastitis. Investigating both the genetic and epigenetic alterations with these technologies could elongate understanding of the regulatory mechanisms underlying subclinical mastitis and their potential contribution to improve mastitis management. Therefore, this study investigated the DNA methylation alterations and transcriptomes of milk somatic cells from lactating cows from five commercial farms with naturally occurring subclinical mastitis (including sixteen, four and three cows positive only to *Staphylococcus aureus* (SA), *Staphylococcus chromogenes* (SC), and *Streptococcus uberis* (SU), respectively) and ten healthy control cows (HC). The whole-genome DNA methylation and transcriptome pattens were profiled using whole genome DNA methylation sequencing and RNA sequencing technologies and bioinformatics investigation. Results of the gene expression alterations in response to SA subclinical mastitis revealed 4077 differentially expressed genes (DEGs). Furthermore, gene co-expression network of DEGs identified modules or clusters of DEGs with specific regulatory functions during SA subclinical mastitis. For instance, DEGs of the most important module (Turquoise module, correlated positively with SA group) were significantly enriched for disease- and immune- related pathways, supporting important roles for this module in regulating the mammary gland defense against SA subclinical mastitis. Four modules (Yellow, Brown, Blue and Red) which correlated negatively with SA group were enriched in functional annotations related to the regulation of cell migration, cell communication, metabolic process and blood circulatory system development, respectively, suggesting their involvement in the regulation of damaged mammary gland homeostasis during SA subclinical mastitis. Then, exploration of the DNA methylation alterations related to SA subclinical mastitis revealed abundant DNA methylation alterations at multiple layers, including 3,356,456 differentially methylated cytosines (DMCs) and 153,783 differential methylation haplotype blocks (dMHBs). Integration between methylome and transcriptome demonstrated significant negative correlations between DNA methylation in regulatory regions (promoters, first exons and first introns), and the gene expression of corresponding genes. A total of 6435 dMHBs located at regulatory regions of DEGs had significant correlation with their corresponding genes, revealing their potential effects on transcriptional activities. Genes harboring DNA methylation alterations were significantly enriched in multiple immune- and disease-related pathways, suggesting the involvement of DNA methylation in regulating host responses to SA subclinical mastitis. In addition, this study also identified abundant DNA methylation alterations and DEGs in relation to SC and SU subclinical mastitis. The global negative associations between DNA methylation at regulatory regions and gene expression were also observed in SC positive cows. Moreover, numerous genes with significant changes in methylation levels at their regulatory regions and corresponding gene expression were identified, which showed significant enrichment in biological processes and pathways related to immune functions. This further suggests that DNA methylation play crucial roles in regulating host responses to subclinical mastitis. This study also identified lists of candidate genetic and epigenetic discriminant signatures (differentiates SA or SC or SU positive cows from healthy cows) for subclinical mastitis. Nine dMHBs were further validated in 200 cows, which indicated the stability of DNA methylation alterations detected in this study as well as revealed their significant associations with mammary gland health and milk production performance. In conclusion, this study has furthered understanding of genetic and epigenetic signatures in milk somatic cells that may be involved in regulating mammary gland defense against subclinical mastitis. Candidate discriminant genetic (DEGs) and epigenetic signatures V(dMHBs) were identified with potential of distinguishing cows with subclinical mastitis from healthy cows. The results of this study indicate that DNA methylation alterations could provide a new layer of information on the regulatory mechanisms of bovine subclinical mastitis and further avenues to develop control measures.

Les études disponibles suggèrent que l'expression des gènes et la régulation cellulaire du tissu adipeux pourraient jouer un rôle important dans le développement des complications reliées à l'obésité. L'identification et la caractérisation du transcriptome de tissu adipeux est susceptible d'aider à comprendre davantage la fonction endocrinienne de ce tissu et le rapport entre l'homéostasie de l'énergie et d'autres systèmes physiologiques. Les outils de la génomique fournissent l'avantage d'étudier simultanément l'expression d'un grand nombre de gènes possiblement impliqués dans les maladies associées à l'obésité. Dans cette thèse, nous avons principalement examiné le transcriptome du tissu adipeux dans diverses conditions physiologiques. La conversion de certains stéroïdes a également été étudiée. La méthodologie des micropuces d'expression a été utlisée, en plus des techniques usuelles de la biochimie des tissus adipeux. Nous avons étudié pour la première fois la variabilité d'expression des gènes dans le tissu adipeux sous-cutané et omental chez des hommes obèses. En second lieu, nous avons étudié la réponse du transcriptome de tissu adipeux à la dihydrotestostérone (DHT) chez les souris. Troisièmement, nous avons examiné le métabolisme de la progestérone dans les cellules adipeuses. Enfin, nous avons évalué l'impact de l'ablation des ovaires sur le métabolisme et le transcriptome de tissu adipeux de singe. En conclusion, dans nos études de transcriptomique examinant le profil d'expression des gènes dans des échantillons humains et d'animaux et dans différentes conditions, plusieurs gènes et voies moléculaires intéressantes ont été identifiés. Ces études peuvent fournir des informations sur les voies métaboliques et de signalisation étant à la base de l'étiologie de l'obésité et de ses complications.

Le cancer du sein (CS) est le cancer le plus courant chez les femmes et la deuxième cause de décès par cancer chez les Canadiennes. Selon la Société canadienne du cancer (2020), le CS constitue 25% des nouveaux cas de cancer et 13% des décès associés au cancer. En moyenne, par jour, 75 Canadiennes recevront un diagnostic de CS. Il s'agit d'une maladie hétérogène qui diffère selon les patients (hétérogénéité intertumorale) et également au sein d'une même patiente (hétérogénéité intratumorale). Cette hétérogénéité est caractérisée par différents sous-types histopathologiques, sous-types moléculaires, altérations génétiques, grades, stades, pronostic et statuts métastatiques. Par conséquent, cibler le CS par différentes stratégies thérapeutiques montre des résultats différents chez chaque patiente. Selon l'Organisation mondiale de la santé (OMS), la meilleure façon de lutter contre le CS est la détection précoce. Cependant, les efforts de détection et de traitement précoces conduisent parfois à un traitement excessif. Au contraire, si elle n'est pas diagnostiquée ou si elle n'est pas traitée, la tumeur peut évoluer vers un CS invasif. De plus, lorsque la tumeur progresse, l'hétérogénéité intratumorale peut conduire à un échec du traitement. Les étapes de la progression du CS sont : l'hyperplasie canalaire atypique (HCA), le carcinome canalaire in situ (CCIS) et le carcinome canalaire invasif (CCI). Il est difficile de différencier le CCIS de bas grade d'une lésion HCA et de prédire quelle HCA ou CCIS pourrait évoluer vers un CCI. De plus, la forme la plus agressive du CCI est le CS triple négatif (TNBC), qui n'exprime pas le récepteur hormonal des œstrogènes et de la progestérone, et pour lesquels la surexpression du récepteur pour les facteurs de croissance épidermiques humains 2 (HER2) n'est pas présente. Par conséquent, ce sous-type de CS ne peut pas être traité avec un traitement hormonal ou encore un traitement ciblant HER2. En outre, les TNBC montrent une très grande hétérogénéité inter et intratumorale résultant en l'absence de toute thérapie efficace pour ce sous-type. Cela nécessite donc l'identification de signatures génétiques uniques distinguant différents sous-types de progression du CS. Par conséquent, j'ai émis l'hypothèse que chaque étape de la progression du CS pourrait avoir une signature génique qui pourrait les TNBC des autres sous-types du CS. Pour identifier ces signatures géniques, j'ai procédé à différentes approches : 1. J'ai effectué une analyse du transcriptome humain des différents stades de progression du CS, à savoir HCA, CCIS et CCI en les comparant au sein normal. 2. J'ai identifié 8 gènes, différenciant HCA, CCIS et CCI d'un sein normal. Le plus intéressant était la carboxypeptidase B1 (CPB1), qui pourrait différencier le DCIS du HCA et du CCI. 3. J'ai analysé les données d'apprentissage automatique (machine learning), produites par nos collaborateurs, qui ont été réalisées sur un jeu de données du CS, à partir de l'Atlas du génome du cancer (TCGA), afin d'identifier des gènes qui pourraient différencier les TNBC des non-TNBC. 4. J'ai par la suite identifié 2 gènes : TBC1 Domain Family Member 9 (TBC1D9) et Milk Fat Globule-EGF Factor 8 Protein (MFGE8) différenciant les TNBC des non-TNBC. Cette analyse a permis de mettre en évidence TBC1D9 comme suppresseur de tumeur et MFGE8 comme gène oncogène. Ensuite, j'ai évalué l'efficacité de TBC1D9 dans la différenciation des TNBC et des non-TNBC dans des échantillons de tissus de CS de notre cohorte et étudié son rôle au niveau du CS. Conclusions : Nous avons identifié une signature génique pour les différentes étapes de la progression du CS, ce qui pourrait aider les cliniciens à mettre en place un ordre de priorité pour les interventions immédiates. Une analyse plus approfondie de ces gènes permettrait de développer de potentielles stratégies thérapeutiques pour chaque étape de la progression du CS. / Breast cancer (BC) is the most common cancer in women and is the second leading cause of cancer-associated deaths in Canadian women. According to the Canadian Cancer Society (2020), BC constitutes 25% of new cancer cases and 13% of cancer-associated deaths. On average, 75 Canadian women will be diagnosed with BC every day. It is a heterogeneous disease that differs among different patients (intertumor heterogeneity) and also within the same patient (intratumor heterogeneity). The difference comprises different histopathological subtypes, molecular subtypes, genetic alterations, grades, stages, prognosis, and metastatic status. Therefore, targeting BC by different therapeutic options shows different outcomes in each patient. According to the World Health Organization (WHO), the best way to deal with BC is early detection. However, efforts to detect and treat early sometimes lead to over-treatment. On the contrary, if undiagnosed or left untreated, the tumor might progress to invasive BC. Furthermore, when the tumor progresses the intratumor heterogeneity leads to treatment failures. BC usually progresses through atypical ductal hyperplasia (ADH), ductal carcinoma in situ (DCIS), and invasive ductal carcinoma (IDC). It is difficult to differentiate a low-grade DCIS from an ADH lesion and to predict which ADH or DCIS will progress to IDC. Additionally, the most aggressive form of IDC is triple-negative BC (TNBC), which does not express the hormonal receptor estrogen and progesterone and lacks the over-expression of human epidermal growth factor receptor 2 (HER2). Therefore, this group of BCs cannot be treated with hormonal therapy or the targeted therapy for HER2. Besides, TNBC shows a very high inter and intratumor heterogeneity resulting in the lack of any effective therapy for this subgroup. This calls for the identification of unique gene signatures distinguishing different subtypes of BC progression. Therefore, I hypothesized that each stage of BC progression might have a gene signature that could differentiate them from others. To identify these gene signatures, I carried upon with different approaches: 1. I performed a human transcriptome array (HTA) analysis of different stages of BC progression namely ADH, DCIS, and IDC comparing them to normal breast. 2. I identified 8 genes, differentiating ADH, DCIS, and IDC from a normal breast. Most interesting was carboxypeptidase B1 (CPB1), which could differentiate DCIS from ADH and IDC. 3. I analyzed the machine learning analysis performed by our collaborators on the BC dataset from the cancer genome atlas program (TCGA) dataset to identify genes that could differentiate TNBC from non-TNBC BC. 4. Furthermore, I identified 2 genes: TBC1 Domain Family Member 9 (TBC1D9) and Milk Fat Globule-EGF Factor 8 Protein (MFGE8) differentiating TNBC from non-TNBC. Further investigation highlighted TBC1D9 as a tumor suppressor and MFGE8 as an oncogenic gene. Next, I evaluated the efficacy of TBC1D9 in differentiating TNBC from non-TNBC in BC tissue samples from our cohort and investigated its role in BC. Conclusions: We identified a gene signature for different stages of BC progression, which could aid clinicians to make a priority-based decision for immediate intervention. Further analysis of these genes could reveal a potential therapeutic option for each stage of BC progression.

Ce travail porte sur l’identification, la fonction et la régulation des molécules maternelles d’ARNm qui dirigent la compétence développementale juste après la fécondation chez les bovins. Tout d’abord, en utilisant le modèle du temps écoulé jusqu’au premier clivage zygotique et à travers l’évaluation du transcriptome des embryons à 2-cellules, il fut possible de déterminer la signature moléculaire des niveaux extrêmes de compétence au développement et sélectionner des molécules candidates pour des études postérieures. Les résultats ont montré que les embryons de capacité développementale variable diffèrent dans certaines fonctions comme la réparation de l’ADN, le traitement de l’ARN, la synthèse de protéines et l'expression génique définies par des ARNm synthétisés par l’ovocyte. Pour obtenir une confirmation fonctionnelle, une paire de transcrits maternels (l’un détecté dans notre sondage précédent et l’autre étant une molécule reliée) ont été inhibés par « knock-down » dans des ovocytes. Les effets du knock-down de ces facteurs de transcription sont apparus avant la formation des blastocystes dû à une diminution de la capacité au clivage et celle à progresser après le stage de 8-cellules. L’analyse moléculaire des embryons knock-down survivants suggère qu’un de ces facteurs de transcription est un contrôleur crucial de l’activation du génome embryonnaire, qui représente une fenêtre développementale dans l’embryogenèse précoce. Dans la dernièr étude, nous avons testé si les facteurs de transcription d'intérêt sont modulés au niveau traductionnel. Des ARNm rapporteurs couplés à la GFP (Protéine fluorescente) contenant soit la version courte ou la version longue de la séquence 3’-UTR des deux molécules furent injectées dans des zygotes pour évaluer leur dynamique traductionnelle. Les résultats ont montré que les éléments cis-régulateurs localisés dans les 3’-UTRs contrôlent leur synchronisation traductionnelle et suggèrent une association entre la compétence développementale et la capacité de synthèse de ces protéines. Ceci conduit à l’idée que ces facteurs de transcription cruciaux sont aussi contrôlés au niveau traductionnel chez les embryons précoces. Les connaissances acquises ont joué un rôle essentiel pour définir le contrôle potentiel des molécules maternelles sur les embryons au début de leur développement. Cette étude nous montre aussi une utilisation potentielle de cette information ainsi que les nouveaux défis présents dans le secteur des technologies reproductives. / This work explores the identity, the function, and the regulation of maternal mRNA molecules that drive developmental competence shortly after fertilization in cattle. First of all, by using the model of the time of first zygotic cleavage and assessing the transcriptome of 2-cell embryos, it was possible to determine the molecular fingerprint of extreme levels of developmental competence and select candidate molecules for further monitoring. Data implied that early embryos of variable developmental capacity differ in functions including DNA repair, RNA processing, protein synthesis, and gene expression that are dictated by oocyte-synthesized mRNA. To obtain a functional confirmation, a pair of maternal transcripts (one detected in our previous survey and other related molecule) were knocked-down in oocytes that were further cultured. The effects of ablating these transcription factors were evident before blastocyst formation due to a decrease in cleavage capacity, as well as progression past the 8-cell stage. The molecular analysis of surviving knocked-down embryos suggested that one of these transcription factors is a pivotal orchestrator of the activation of the embryonic genome, a critical developmental window in early embryogenesis. In the last survey, we asked whether the transcription factors of interest are modulated at the translational level. Reporter mRNAs containing either short or long versions of the 3’-UTR sequences of both molecules were injected in zygotes to look at their translational dynamics. Results showed that cis-acting elements located in the 3’-UTRs govern their timely translation and suggested an association between developmental competence and protein synthesis capacity. This led to the notion that these crucial transcription factors are also controlled at the translational level in early embryos. The acquired knowledge was instrumental to define the possible control operated by maternal molecules on embryos at the onset of their development, as well as some of the challenges and potential use of this information in the field of reproductive technologies.

Les neurones sont les éléments constitutifs du système nerveux. Dans le cortex, les neurones peuvent être divisés en cellules principales qui effectuent des calculs excitateurs via des connexions synaptiques locales et à longue distance et des interneurones qui contrôlent tous les domaines subcellulaires des cellules principales. Les interneurones inhibent les cellules principales en hyperpolarisant la membrane postsynaptique via les récepteurs GABA. En plus de contrôler le niveau d’excitabilité de cellules isolées via une inhibition transitoire ou à long terme, elles coordonnent le déclenchement des ensembles cellulaires principaux pour générer des oscillations de réseau qui traversent les zones du cerveau. Le dysfonctionnement des interneurones entraîne des troubles cérébraux comme la schizophrénie, l'autisme et l'épilepsie. Contrairement aux cellules principales, les interneurones présentent un haut niveau de diversité, cohérent avec leurs différents rôles fonctionnels dans les circuits cérébraux. Pour comprendre leurs fonctions de réseau, les neuroscientifiques ont développé plusieurs critères pour classer les interneurones, notamment la cytomorphologie, la connectivité, les propriétés électrophysiologiques et les marqueurs moléculaires. En général, trois types d’interneurones représentent la majorité des interneurones corticaux: les cellules somatostatine (SOM)+ ciblant la dendrite, les cellules parvalbumine (PV)+ ciblant le soma, et les cellules l'interneurone specifique peptide vasoactif intestinal (VIP)+. Dans l'hippocampe, les cellules VIP+ (hormis les cellules VIP+) jouent un rôle unique dans le réseau, car elles innervent de préférence les interneurones mais évitent les cellules principales. Cependant, leur taxonomie et leurs propriétés physiologiques sont moins claires que celles des autres types d’interneurones. Mon projet de thèse a porté sur deux sous-types de cellules VIP: la cellule VIP+ à cellule longue et la cellule à interneurone de type 3 (IS3). Une nouvelle cellule VIP+ à longue projection (VIP-LRP) a été identifiée dans l'hippocampe CA1 Oriens/Alveus (Francavilla et al., 2018). Ces cellules ciblent de manière sélective les interneurones dans la zone hippocampique CA1, mais se projettent également dans le subiculum de la zone voisine. En outre, ils sont plus actifs pendant la période stationnaire d'éveil et silencieux pendant les oscillations thêta ou d'ondulation. Cependant, les marqueurs moléculaires qu'ils expriment n'étaient pas clairs. Pour examiner leurs marqueurs moléculaires et développer des lignées de souris spécifiques de type cellulaire en utilisant une approche génétique combinatoire, j'ai d'abord procédé à une immunohistochimie pour déterminer les marqueurs couramment exprimés, notamment le récepteur muscarinique 2, la cholécystokinine, la calbidine nNOS), calrétinine (CR) et SOM dans les cellules VIP dans les striatum oriens (SO) de CA1. Nous avons constaté que les cellules VIP-LRP étaient négatives pour SOM et nNOS, mais que la moitié d'entre elles exprimaient M2R. De plus, une petite fraction des cellules GFP expriment CCK, CB et CR. La proportion de cellules M2R + VIP-LRP était différente entre différentes souches de souris. Ensuite, nous avons effectué le profilage transcriptomique de VIP-LRP identifiés anatomiquement en utilisant le séquençage d'ARN à cellule unique. J'ai identifié plusieurs marqueurs moléculaires, tels que la proenképhaline, le neuropeptide Y et la nétrine G1, ainsi que de nombreux autres gènes appartenant à plusieurs familles de gènes importantes: canaux ioniques, récepteurs de neurotransmetteurs, neuromodulateurs, molécules d'adhésion cellulaire et de myélinisation. De plus, les LRP VIP partagent des gènes communs lors de la comparaison avec les types de cellules VIP, CR et VIP, CCK dans le néocortex. Ensemble, ces données suggèrent que même si les LRP-VIP représentent un groupe intermédiaire dans le sous-type VIP, ils peuvent exprimer des gènes liés à des caractéristiques spécifiques permettant une coordination à longue distance des activités neuronales dans le CA1 et le subiculum. Après cela, j'ai examiné les propriétés synaptiques excitatrices d'un autre sous-type VIP +, la cellule IS3. Des études antérieures ont montré qu’ils fabriquaient des synapses sur les interneurones dans le SO, qui contrôlent à leur tour l’intégration des apports excitateurs reçus par les dendrites proximales et distales des cellules pyramidales. Cependant, les propriétés des entrées excitatrices véhiculant les cellules IS3 restent inconnues. En utilisant l'enregistrement par patch clamp et le recalage du glutamate à deux photons, nous avons évalué les propriétés synaptiques de deux entrées excitatrices formées sur les cellules IS3 par les collatérales de Schaffer (CA) et la voie temporoammonique (TA) du cortex entorhinal. Les résultats ont montré que les courants postsynaptiques excitateurs (EPSC) évoqués dans les cellules IS3 par stimulation électrique de la voie TA avaient une amplitude, une élévation et un temps de décroissance inférieurs à ceux des synapses SC. De plus, la transmission synaptique TA-S3 était médiée par les récepteurs AMPA et NMDA. En outre, les deux AT et SC-EPSC ont montré une facilitation synaptique à court terme en réponse à une stimulation répétitive. Enfin, les voies TA et SC ont montré un degré similaire d'intégration spatiale. Lorsque ces propriétés synaptiques ont été incorporées dans le modèle de calcul IS3 in vivo (Guet-McCreight et al., 2016), l'activation des cellules IS3 peut être provoquée par ces entrées excitatrices au cours des oscillations du thêta et de l'ondulation hippocampique. L'imagerie in vivo à deux photons chez des souris éveillées a montré que le déclenchement des cellules IS3 augmentait pendant le rythme thêta, alors que leurs activités n'étaient pas associées. / Les neurones sont les éléments constitutifs du système nerveux. Dans le cortex, les neurones peuvent être divisés en cellules principales qui effectuent des calculs excitateurs via des connexions synaptiques locales et à longue distance et des interneurones qui contrôlent tous les domaines subcellulaires des cellules principales. Les interneurones inhibent les cellules principales en hyperpolarisant la membrane postsynaptique via les récepteurs GABA. En plus de contrôler le niveau d’excitabilité de cellules isolées via une inhibition transitoire ou à long terme, elles coordonnent le déclenchement des ensembles cellulaires principaux pour générer des oscillations de réseau qui traversent les zones du cerveau. Le dysfonctionnement des interneurones entraîne des troubles cérébraux comme la schizophrénie, l'autisme et l'épilepsie. Contrairement aux cellules principales, les interneurones présentent un haut niveau de diversité, cohérent avec leurs différents rôles fonctionnels dans les circuits cérébraux. Pour comprendre leurs fonctions de réseau, les neuroscientifiques ont développé plusieurs critères pour classer les interneurones, notamment la cytomorphologie, la connectivité, les propriétés électrophysiologiques et les marqueurs moléculaires. En général, trois types d’interneurones représentent la majorité des interneurones corticaux: les cellules somatostatine (SOM)+ ciblant la dendrite, les cellules parvalbumine (PV)+ ciblant le soma, et les cellules l'interneurone specifique peptide vasoactif intestinal (VIP)+. Dans l'hippocampe, les cellules VIP+ (hormis les cellules VIP+) jouent un rôle unique dans le réseau, car elles innervent de préférence les interneurones mais évitent les cellules principales. Cependant, leur taxonomie et leurs propriétés physiologiques sont moins claires que celles des autres types d’interneurones. Mon projet de thèse a porté sur deux sous-types de cellules VIP: la cellule VIP+ à cellule longue et la cellule à interneurone de type 3 (IS3). Une nouvelle cellule VIP+ à longue projection(VIP-LRP) a été identifiée dans l'hippocampe CA1 Oriens/Alveus (Francavilla et al., 2018). Ces cellules ciblent de manière sélective les interneurones dans la zone hippocampique CA1, mais se projettent également dans le subiculum de la zone voisine. En outre, ils sont plus actifs pendant la période stationnaire d'éveil et silencieux pendant lesoscillations thêta ou d'ondulation. Cependant, les marqueurs moléculaires qu'ils expriment n'étaient pas clairs. Pour examiner leurs marqueurs moléculaires et développer des lignées de souris spécifiques de type cellulaire en utilisant une approche génétique combinatoire, j'ai d'abord procédé à une immunohistochimie pour déterminer les marqueurs couramment exprimés, notamment le récepteur muscarinique 2, la cholécystokinine, la calbidine nNOS), calrétinine (CR) et SOM dans les cellules VIP dans les striatum oriens (SO) de CA1. Nous avons constaté que les cellules VIP-LRP étaient négatives pour SOM et nNOS, mais que la moitié d'entre elles exprimaient M2R. De plus, une petite fraction des cellules GFP expriment CCK, CB et CR. La proportion de cellules M2R + VIP-LRP était différente entre différentes souches de souris. Ensuite, nous avons effectué le profilage transcriptomique de VIP-LRP identifiés anatomiquement en utilisant le séquençage d'ARN à cellule unique. J'ai identifié plusieurs marqueurs moléculaires, tels que la proenképhaline, le neuropeptide Y et la nétrine G1, ainsi que de nombreux autres gènes appartenant à plusieurs familles de gènes importantes: canaux ioniques, récepteurs de neurotransmetteurs, neuromodulateurs, molécules d'adhésion cellulaire et de myélinisation. De plus, les LRP VIP partagent des gènes communs lors de la comparaison avec les types de cellules VIP, CR et VIP, CCK dans le néocortex. Ensemble, ces données suggèrent que même si les LRP-VIP représentent un groupe intermédiaire dans le sous-type VIP, ils peuvent exprimer des gènes liés à des caractéristiques spécifiques permettant une coordination à longue distance des activités neuronales dans le CA1 et le subiculum. Après cela, j'ai examiné les propriétés synaptiques excitatrices d'un autre sous-type VIP +, la cellule IS3. Des études antérieures ont montré qu’ils fabriquaient des synapses sur les interneurones dans le SO, qui contrôlent à leur tour l’intégration des apports excitateurs reçus par les dendrites proximales et distales des cellules pyramidales. Cependant, les propriétés des entrées excitatrices véhiculant les cellules IS3 restent inconnues. En utilisant l'enregistrement par patch clamp et le recalage du glutamate à deux photons, nous avons évalué les propriétés synaptiques de deux entrées excitatrices formées sur les cellules IS3 par les collatérales de Schaffer (CA) et la voie temporoammonique (TA) du cortex entorhinal. Les résultats ont montré que les courants postsynaptiques excitateurs (EPSC) évoqués dans les cellules IS3 par stimulation électrique de la voie TA avaient une amplitude, une élévation et un temps de décroissance inférieurs à ceux des synapses SC. De plus, la transmission synaptique TA-IS3 était médiée par les récepteurs AMPA et NMDA. En outre, les deux AT et SC-EPSC ont montré une facilitation synaptique à court terme en réponse à une stimulation répétitive. Enfin, les voies TA et SC ont montré un degré similaire d'intégration spatiale. Lorsque ces propriétés synaptiques ont été incorporées dans le modèle de calcul IS3 in vivo (Guet-McCreight et al., 2016), l'activation des cellules IS3 peut être provoquée par ces entrées excitatrices au cours des oscillations du thêta et de l'ondulation hippocampique. L'imagerie in vivo à deux photons chez des souris éveillées a montré que le déclenchement des cellules IS3 augmentait pendant le rythme thêta, alors que leurs activités n'étaient pas associées. / Neurons are the building blocks of nervous system. In the cortex, neurons can be divided into principal cells that perform excitatory computations through local and long-range synaptic connections and interneurons that controls all subcellular domains of principal cells. Interneurons inhibit principal cells by hyperpolarizing the postsynaptic membrane via GABA receptors. In addition to controlling the level of excitability of single cells via transient or long-lasting inhibition, they coordinate the firing of principal cell ensembles to generate network oscillations that travel across brain areas. The malfunction of interneurons leads to severe brain disorders such as schizophrenia, autism and epilepsy. In contrast to principal cells, interneurons display high level of diversity, consistant with their various functional roles in the brain circuitry. To understand their network functions, neuroscientists have developed several criteria to classify interneurons, including cytomorphology, connectivity, electrophysiological properties, andmolecular markers. In general, three interneuron types account for the majority of cortical interneurons: dendrite-targeting somatostatin (SOM)+ cells, soma-targeting parvalbumin (PV)+ cells, and interneuron-specific vasoactive intestinal peptide (VIP)+ cells. In the hippocampus, VIP+ cells (excluding VIP+ basket cell) play a unique role in the network, since they preferentially innervate interneurons but avoid principal cells. However, their taxonomy and physiological properties are less clearcompared to other interneuron types. My PhD project focused on two subtype of VIP cells: VIP+ long- projecting cell and type 3 interneuron-specific (IS3) cell. A novel long-projecting VIP+cell (VIP-LRP) has been identified in the hippocampal CA1 Oriens/Alveus (Francavilla et al., 2018). These cells selectively target interneurons in the hippocampal CA1 area, but also project to the neighbouring area subiculum. In addition, they are more active during the stationary period of wakefulness, and silent during theta or ripple oscillations. However, the molecular markers they express were unclear. To examine their molecular markers and develop cell-type specific mouselines using combinatorial genetic approach, I first performed immunohistochemistry to profile commonly expressed markers including muscarinic receptor 2 (M2R), cholecystokinin (CCK), calbidin (CB), neuronal nitric oxide synthase (nNOS), calretinin (CR), andSOM in VIP cells in the striatum oriens(SO) of CA1. We found that VIP-LRP cells were negative or SOM and nNOS but half of them expressed M2R. Moreover, a small fraction of GFP cells express CCK, CB, and CR. The proportion of M2R+ VIP-LRP cells was different between different mouse strains. Next, we performed transcriptomic profiling of anatomically identified VIP-LRPs using single-cell RNA sequencing. I identified several molecular markers, such as proenkephalin, neuropeptide Y and netrin G1, as well as many other genes that belong to several important gene families including ion channels, neurotransmitter receptors, neuromodulators, cell adhesion and myelination molecules. In addition, VIP-LRPs share common genes when comparing with VIP; CR and VIP; CCK cell types in the neocortex. Together, these data suggest that although VIP-LRPs represent an intermediate group within the VIP subtype, they may express genes related to specific features that allow for long-distance coordination of neuronal activities in the CA1 and the subiculum. After that, I examined the excitatory synaptic properties of another VIP+ subtype-the IS3 cell. Previous studies showed that they make synapses on interneurons in SO, which in turn control the integration of excitatory inputs received by the proximal and distal dendrites of pyramidal cells. However, the properties of excitatory inputs conveying on IS3 cells remain unknown. Using patch clamp recording and two-photon glutamate uncaging, we evaluated the synaptic properties of two excitatory inputs formed on the IS3 cells by the Schaffer collaterals (SC) from CA3 and the Temporoammonic (TA) pathway from entorhinal cortex. The results showed that the excitatory postsynaptic currents(EPSCs) evoked in IS3 cells by electrical stimulation of the TA pathway had a smaller amplitude, slower rise and decay time compared to that of the SC synapses. In addition, TA-IS3 synaptic transmission was mediated by AMPA and NMDA receptors. Furthermore, both TA and SC-EPSCs showed short-term synaptic facilitation in response to repetitive stimulation. Finally, TA and SC pathways displayed similar degree of spatial integration. When these synaptic properties were incorporated into the in vivo-like IS3 computational model (Guet-McCreight et al., 2016), The activation of IS3 cells can be driven by these excitatory inputs during hippocampal theta and ripple oscillations. In vivo two-photon imaging in awake mice showed that the firing of IS3 cells increased during theta rhythm, whereas their activites were not associated with ripples. Together, these data shows that while excitatory inputs are able to drive the firing of IS3 cells during theta, additional mechanisms, such as local inhibition and subcortical modulation may account for the silence of IS3 cells during ripples.

L’androgenèse est une biotechnologie végétale utilisée pour fixer le bagage génétique des plantes en une seule génération. Elle repose sur la capacité d’un grain de pollen immature, la microspore, à restaurer sa totipotence cellulaire végétale et se dédifférencier puis s’engager dans la voie de l’embryogenèse. Or, on observe que la capacité de la microspore à s’engager dans l’embryogenèse est génétiquement variable. En dépit des nombreux avantages qu’elle présente, l’androgenèse entraîne souvent une conséquence indésirable, soit une distorsion de la ségrégation (DS) chez les populations issues de cette biotechnologie. Ma thèse porte sur l’étude (i) du transcriptome de la microspore en transition entre la voie de développement du grain de pollen et celle de l’androgenèse et (ii) de la DS pour déterminer quand la DS survient dans le processus et où elle affecte le génome. J’ai utilisé l’orge comme espèce modèle pour mon étude. L’analyse transcriptomique a été réalisée sur la microspore isolée de l’anthère à trois stades, soit avant (jour 0) et immédiatement après (jours 2 et 5) l'application d'un traitement de stress visant à induire la voie de l’androgenèse. Je me suis intéressé à deux catégories de gènes; soit les gènes exprimés exclusivement à un stade précis et les gènes exprimés différemment lors de l’initiation de l’androgenèse. J’ai pu identifier des gènes exprimés exclusivement dans la microspore au jour 0 (11), 2 (34) ou 5 (367). Au jour 5, j’ai constaté l’induction de nombreux gènes codant pour des FT et des gènes impliqués dans la synthèse ou la transduction du signal de nombreux régulateurs de croissance. L’analyse des gènes exprimés différemment m’a permis d’identifier certains processus métaboliques qui sont activés/réprimés lors du passage de la microspore du jour 0 au jour 2 et du jour 2 au jour 5. Les gènes exprimés exclusivement à un stade précis du développement pourraient servir de marqueurs moléculaires indicateurs de la performance en androgenèse pour optimiser les protocoles de culture. Ensuite, la DS a été étudiée par une approche de génotypage à l’échelle génomique. J’ai d’abord développé une méthodologie d’analyse génotypique novatrice, reproductible et précise pour étudier la fréquence allélique sur un échantillon en composite. Cette méthode m’a permis d’étudier la fréquence allélique chez 1) des échantillons de microspores (avant et après l’application d’un stress), 2) des embryons et 3) des plantes régénérées. J’ai montré que la DS survenait à la fois lors du développement des embryons et la régénération des plantes. Aucune DS n’a été observée chez les échantillons de microspores. Mes résultats montrent que la sélection engendrant la DS s’opère au cours de la culture in vitro. Toujours à l’aide de cette méthode de génotypage en composite, j’ai identifié et comparé la fréquence et l’étendue de la DS chez 12 populations de lignées haploïdes doublées (HD). Dans cette seule étude, un plus grand nombre de populations de lignées HD (12) ont été caractérisées que ce qui avait été fait dans la somme de toutes les études antérieures dans la littérature scientifique. Nous avons montré que les régions de distorsion de ségrégation différaient beaucoup quant à leur position, leur étendue et l’amplitude de la distorsion d’un croisement à l’autre. La connaissance de ces allèles permettrait de prédire le potentiel androgénique des génotypes dans un programme de sélection. Mes travaux de thèse élèvent à l’ère des «omics» la recherche chez la microspore d’orge dans le système de l’androgenèse. À une échelle sans précédent, mon étude transcriptomique explore et décrit les changements d’expression génique au cours de la transition développementale de la microspore. Mon étude génomique identifie quand s’exerce la sélection engendrant la distorsion de la ségrégation des allèles dans ce système et décrit quelles régions chromosomiques sont affectées par cette distorsion. À la lumière de mes résultats, dans le dernier chapitre, je propose certaines pistes de recherche pour poursuivre l’étude des mécanismes moléculaires dirigeant la transition développementale de la microspore en androgenèse et pour développer des outils de génotypage afin d’utiliser la DS comme un outil d’amélioration génétique. / Androgenesis is a plant biotechnology used to fix the genetic background of plants in a single generation. This is based on the ability of an immature pollen grain, the microspore, to restore its totipotency, to dedifferentiate and then to engage in the path of embryogenesis. However, it is observed that the ability of the microspore to engage in embryogenesis is genetically variable. Despite the many desirable attributes of androgenesis, an undesirable side - effect is the segregation distortion (SD) encountered in populations resulting from this biotechnology. My thesis focuses on (i) the study of the transcriptome of microspores undergoing a developmental transition from the pollen - grain pathway towards embryogenesis and (ii) to identify when SD arises in the process and in which genomic regions it occurs. I used barley as a model species for my studies. Transcriptomic analysis was performed on microspores isolated from anthers at three stages corresponding to the microspore before (day 0) and immediately after (days 2 and 5) the application of a stress treatment aimed at inducing embryogenesis. I was interested in two categories of genes: those expressed exclusively at a specific stage of microspore development and those that were differentially expressed during the initiation of androgenesis. I was able to identify genes expressed exclusively in the microspore on day 0 (11), 2 (34) or 5 (367). On day 5, I found the induction of many genes encoding transcription factors (T Fs) in addition to genes involved in the synthesis or signal transduction of many growth regulators. The analysis of differentially expressed genes allowed me to identify certain metabolic processes that were activated/repressed during microspore development from day 0 to 2 and from day 2 to 5. Genes expressed exclusively at a specific stage of development could serve as molecular markers indicative of the performance in androgenesis to optimize isolated microspore culture protocols. Then, SD was studied using a whole - genome genotyping approach. I first developed an innovative, reproducible and accurate genotypic analysis methodology to determine allelic frequency on pooled samples. This method was then used to estimate allelic frequencies in samples of microspores (before and after the application of stress), embryos and regenerated plants. I showed that SD arises during both the development of embryos and the regeneration of plants. No SD was observed in samples of microspores. My results show that the selective forces promoting SD act during in vitro culture. Still using the same genotyping method performed on pooled samples, I identified and compared the frequency and extent of SD in 12 populations of doubled haploid lines (DH). A greater number of DH (12) populations were characterized in my study alone than the sum of all previous studies in barley. I showed that segregation distortion regions greatly differ in their position, extent, and magnitude in different DH populations. Knowledge of these alleles would be useful to predict the androgenic potential of a genotype in a breeding program. My dissertation has allowed research into barley microspores, or more widely androgenesis, to enter into the “omics” era. On an unprecedented scale, my transcriptomic study explores and describes the gene expression changes that occur during the developmental transition that the microspore undergoes in the course of androgenesis. My genomic study identifies when the selection (producing SD) arises in this system and describes which chromosomal regions are affected by this distortion. In light of my findings, in the final chapter I propose some lines of research to further study the molecular mechanisms driving the developmental transition from microspores to embryos and to develop genotyping tools to use SD as a genetic improvement tool.