Mollusc shells are unique adaptations that serve to protect the organisms that make them, and are a defining feature of the phylum. However the molecular underpinnings of shell forming processes are still largely unexplored. To further understand mollusc shell formation, I studied three bivalve species in this project: the blue mussel Mytilus edulis, the Pacific oyster Crassostrea gigas, and the king scallop Pecten maximus. While previous analyses of the shell proteomes showed species specificity, transcriptomes of the mantle tissues revealed more commonalities. To reconcile these differences, I studied differential gene expression in shell damage-repair experiments and during the formation of the first larval shell, to produce a comprehensive overview of shell formation processes. Expression data showed large biological variability between individuals, requiring matched-pair experimental designs to detect differential gene expression during shell repair. Loci differentially expressed during shell repair and in the larvae encoded shell matrix proteins, transmembrane transporters, and novel transcripts. A large number of shell matrix proteins, encoded in differentially expressed loci, were common in all three species during shell formation, indicating that shell forming proteins between different species may be more common than previously thought. Differential expression of transmembrane transporters during shell repair indicated that the animals may be regulating bicarbonate ions during shell formation. Finally, the experiments revealed novel transcripts, with unknown annotations to public datasets, that may putatively be involved in shell formation.

Sexual selection has long been a working explanation for the elaboration of appreciable traits in plants and animals, but the idea that it is an equally potent agent of change at the level of individual molecules is relatively recent. Indications that genes associated with reproductive biology evolve especially rapidly planted this notion, but many details about the genomics of sex remain elusive. Numerous studies have characterized rapid sequence and expression divergence of sex-related molecules, but few if any have demonstrated convincingly that these patterns exist as a result of sexual selection. This dissertation describes several genome-scale studies related to reproduction and the sexes in teleost fishes, a group of animals underexploited in regard to this topic. Using commercial microarrays I measured the extent of sexually dimorphic gene expression in the zebrafish, Danio rerio. Sex-biased patterns of gene expression in this species are similar to those described in other animals. A number of genes expressed at high levels in ovaries and testes relative to the body were identified as a product of the study, and these data may be useful for future studies of reproductive genes in Danio fishes. In a second study, the recent advent of high throughput cDNA pyrosequencing was leveraged to characterize the relationships between tissue-, sex-, and species-specific expression patterns of genes and rates of sequence evolution in swordtail fishes (Xiphophorus). I discovered ample evidence for expression biases of all three types, and a generally positive but idiosyncratic relationship between the magnitude of expression bias and rates of protein-coding sequence evolution. Pyrosequencing of cDNA was also used to explore the possibility that postcopulatory sexual selection drives the rapid evolution of male pregnancy genes, a novel class of reproductive molecules unique to syngnathid fishes (seahorses and pipefishes). Genes differentially expressed in the male brooding tissues as a function of pregnancy status evolve more rapidly at the amino acid level than genes exhibiting static expression. Brooding tissue genes expressed during male pregnancy have evolved especially rapidly in polyandrous lineages, a finding that supports the hypothesized relationship between postcopulatory sexual selection and the adaptive evolution of reproductive molecules.

Afin d'améliorer nos pratiques agricoles dans le contexte d'une agriculture durable, plusieurs agents de lutte biologique (ALB) ont été développés, testés et sont maintenant utilisés dans le monde pour combattre les pertes de rendements causées par les maladies. Blumeria graminis f. sp. hordei ( Bgh) est l'agent pathogène responsable du blanc de l'orge et peut réduire les rendements de cette culture jusqu'à 40%. Un champignon épiphyte, Pseudozyma flocculosa, a été découvert et identifié en 1987 en association étroite avec le blanc du trèfle. Les chercheurs ont alors remarqué que ce champignon exhibait une forte activité antagoniste contre le blanc en détruisant les structures de l'agent pathogène. Suite à d'autres travaux, il est apparu que ce comportement antagoniste était dirigé contre tous les membres des Erysiphales et semblait lié à la synthèse d'un glycolipide antifongique soit la flocculosine. Toutefois, on n'est toujours pas parvenus à associer l'efficacité de l'ALB avec la production de ce glycolipide. Ces observations suggèrent que d'autres facteurs seraient impliqués lorsque les deux protagonistes, l'ALB et le blanc, sont en contact. L'objectif principal de ce projet était donc de chercher d'autres mécanismes moléculaires pouvant expliquer l'interaction P. flocculosa-blanc et orge, en faisant une analyse transcriptomique complète des trois protagonistes en même temps. L'interaction tripartite a été échantillonnée à différents temps suivant l'inoculation de P. flocculosa sur des feuilles d'orge présentant déjà une intensité de blanc d'environ 50%. Les échantillons de feuilles prélevés ont ensuite été utilisés pour l'extraction de l'ARN qui ont été ensuite transformés en ADNc pour la préparation des librairies. Cinq répliquats ont été effectués pour chaque temps et le tout a été séquencé à l'aide de séquençage par synthèse Illumina HiSeq. Les séquences obtenues (reads) ont ensuite été analysées à l'aide du logiciel CLC Genomics Workbench. Brièvement, les séquences obtenues ont été cartographiées sur les trois génomes de référence. Suite à la cartographie, les analyses d'expression ont été conduites et les gènes exprimés de façon différentielle ont été recherchés. Cette étape a été conduite en portant une attention particulière aux gènes codant pour un groupe de protéines appelées CSEP pour “candidate secreted effector proteins” qui seraient possiblement impliquées dans l'interaction tripartite. Parmi les protéines exprimées de façon différentielle en présence du blanc ou en absence de ce dernier, nous avons pu constater que certaines CSEP étaient fortement exprimées en présence du blanc. Ces résultats sont prometteurs et nous offrent une piste certaine pour l'élucidation des mécanismes impliqués dans cette interaction tripartite.