Lactobacillus sakei est une bactérie lactique qui fait partie de la flore dominante de la viande. Elle possède un équipement génétique inhabituel chez les bactéries lactiques, dédié à l'utilisation du fer : des transporteurs et 3 régulateurs de transcription fer-dépendants de la famille Fur. Nous avons i) évalué la capacité de L. sakei à utiliser les sources de fer de son environnement en développant une méthode de microanalyse du fer par microscopie (EELS) et spectrométrie de masse (Nano-SIMS), ii) réalisé une étude fonctionnelle des 3 régulateurs Fur-like et iii) réalisé une analyse transcriptomique globale en présence de transferrine ou d'hème. Ce travail a montré que le fer sous forme complexé, transferrine ou hème, était internalisé et améliorait la survie de L. sakei. Nous avons montré que la catalase hème-dépendante n'est pas l'acteur principal de cette survie car un mutant ΔkatA survit comme la souche sauvage en présence d'hème. Nos travaux ont montré aussi que le fer et l'hème induisent des réponses globales différentes. L'hème a un effet protecteur alors que le fer induit plus de stress. Nous avons mis en évidence que les 3 régulateurs Fur-like sont fonctionnellement distincts. Le régulateur Mur est impliqué dans l'homéostasie du manganèse, le PerR régule des gènes impliqués dans la réponse au stress oxydant et le Fur est impliqué dans la séquestration du fer, la morphologie des cellules et la résistance au stress. Cette étude montre que le fer et l'hème conduisent à des réponses cellulaires différentes chez L. sakei et indique que ce métabolisme pourrait être un facteur important pour la compétitivité dans l'écosystème carné. / Lactobacillus sakei is a meat-borne lactic acid bacteria. This species harbors a quite complete genetic equipment dedicated to iron utilization such putative iron transporters and 3 transcriptional iron-dependent regulators of the Fur family. We evaluate L. sakei ability to use iron sources encountered in its natural environment by i) developing an iron microanalysis method coupling microscopy (EELS) and mass spectrometry (Nano-SIMS), ii) functional study of the 3 Fur-like regulators and iii) global transcriptomic analysis in response to transferrin or heme. This work shows that iron in complexed forms (transferrin or heme) is internalized and leads to an enhanced survival in L. sakei cells. We show that the heme-dependant catalase is not the main factor implicated in this survival phenotype as the ΔkatA strain is not affected in its survival when heme is provided. Our work has revealed that heme and iron lead to different global responses. It also indicates a protecting effect of heme whereas transferrin induces stress. We show that the 3 Fur-like regulators belong to three functional families. The Mur regulator is implicated in manganese homeostasis, the PerR regulates genes implicated in the oxidative stress response and the Fur is implicated in iron storage, cells morphology and stress resistance. This study proves that heme and iron lead to different cellular responses in L. sakei and indicates that this metabolism could be an important adaptative factor in meat ecosystem.

Le poisson Astyanax mexicanus est un modèle particulièrement intéressant pour l'étude de l'évolution. En effet, dans cette espèce de poissons d'eau douce, il existe des populations vivant de façon pérenne dans des grottes. Dans cet environnement, l'obscurité est totale et permanente et les ressources en nourriture souvent faibles. Les poissons cavernicoles se sont adaptés à la vie souterraine et ils présentent de nombreuses modifications phénotypiques comme la dépigmentation, la perte des yeux, l’augmentation du nombre et de la taille d’organes sensoriels non-visuels et plusieurs changements du comportement. Un des problèmes majeurs est de savoir si ces modifications phénotypiques sont dues à des mutations préexistantes à la colonisation de l'environnement cavernicole ou si elles sont apparues après. Pour répondre à cette question, connaître l'âge des populations est un facteur important car dans une population récente, il n'y aura probablement pas eu suffisamment de temps pour l'apparition de beaucoup de mutations et leur fixation. L'objet de cette thèse est donc l'estimation de l'âge d'une population, celle de la grotte Pachón qui est souvent considérée comme étant une des plus anciennes et une des plus isolées. Au cours de ces travaux de thèse, nous avons développé une nouvelle méthode de datation qui repose d’une part sur la caractérisation du polymorphisme nucléotidique à l’intérieur de chaque population et entre populations, et d’autre part la comparaison de ces données avec des simulations de l’évolution du polymorphisme. Les résultats obtenus, ainsi que la réanalyse de données sur le polymorphisme d’haplotypes mitochondriaux et de loci microsatellites précédemment publiées, suggèrent que les populations cavernicoles seraient bien plus récentes qu’habituellement indiqué dans la littérature (quelques milliers d’années, et non plusieurs centaines de milliers d’années). Les conséquences d’un tempo rapide d’évolution sur le mode d’évolution de ces poissons cavernicoles ont aussi été présentées. / The fish Astyanax mexicanus is a particularly suitable model for evolutionary biology studies. Indeed, in this species there are several subterranean populations which live in the total and permanent darkness of cave. These cavefish are well adapted to the life in this inhospitable environment and they show several differences with their surface conspecific such as depigmentation, eye loss and behavioral changes. A major unresolved issue is about the relative role of surface fish standing genetic variation and de novo mutations appeared in cavefish populations after their settlement in caves in their phenotypic evolution. In order to examine this issue, accurate estimations of population ages are very important because many new mutations cannot appear and fix in a recent population. In this thesis we aimed to estimate the age of the Pachón cave population which is considered as one of the oldest and most isolated populations. We developed a new method which is based on measures of the distribution of single nucleotide polymorphism within each population and between populations. Our results, as well as reanalyses of published data about mitochondrial haplotypes and microsatellite loci polymorphism suggest that cavefish populations are much more recent than previously thought (several thousand years and not several hundred thousand years). The consequences of a fast tempo of evolution on the mode of evolution of cavefish are also discussed.

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Les cytochromes P450 (CYP450) sont des hémoprotéines intervenant généralement dans la détoxication de l’organisme sous forme de biodégradation de molécules xénobiotiques et participent à la décomposition de certains médicaments. Cependant, les gènes codant pour les protéines CYP450 sont souvent sous-analysés dans les études génomiques à grande échelle en raison de leur difficulté d’analyse due à un haut taux de polymorphisme. Deux sous-familles seront étudiées plus en profondeur: les sous-familles CYP3A et CYP4F. La sous-famille CYP3A métabolise environ 50% des médicaments alors que les enzymes CYP4F, quant à eux, sont impliquées dans le métabolisme de composés endogènes, de nutriments et de médicaments. Les gènes de ces sous-familles sont fortement polymorphes et ce, à travers les populations humaines. Ainsi, la variabilité entre les différentes populations peut affecter la réponse aux médicaments et autres fonctions métaboliques. Dans ce projet, deux grands jeux de données, l’un en génétique des populations (le Projet des 1000 Génomes) et l’autre en transcriptomique (GTEx) seront utilisés afin d’identifier des signatures de sélection naturelle dans les gènes CYP3A et CYP4F, ainsi que leur impact sur l’expression génique de ces gènes. Nous avons détecté différentes forces de sélection (positive et balancée) dans les deux sous-familles. Certains polymorphismes identifiés comme étant sous pression sélective sont associés à une expression différentielle des gènes des deux sous-familles. Ce projet permet de mieux comprendre l’impact des mutations sous pression sélective se situant dans les gènes des sous-familles CYP3A et CYP4F. Cette caractérisation génétique permettra d’obtenir des prédictions plus fiables en pharmacogénomique et en génomique humaine, en raison de l’influence de ces gènes sur la réponse aux médicaments. / Cytochromes P450 (CYP450) are hemoproteins generally involved in the detoxification of the body of xenobiotic molecules and participate in the metabolism of many drugs. Genetic polymorphisms have been found to impact drugs responses and metabolic functions. However, genes encoding CYP450 proteins are often under-analyzed in large-scale genomic studies because the difficulty of analysis due to of their high rate of polymorphism. In this study, we investigate the genetic diversity for CYP450 genes. We found that two clusters, CYP3A and CYP4F, are notably differentiated across human populations with evidence for selective pressures acting on both clusters. The CYP3A subfamily metabolizes approximately 50\% of drugs while CYP4F enzymes are involved in the metabolism of endogenous compounds, nutrients and drugs. Indeed, we found signals of recent positive selection in CYP3A and CYP4F genes and signals of balancing selection in CYP4F genes. Futhermore, unusual linkage disequilibrium is detected in both cluster, suggesting co-evolution. eQTLs were also found in both clusters which indicate co-regulation and epistasis.

Les éléments transposables (TE) sont des séquences répétitives représentant environ 45% des génomes humain et murin. Il est généralement assumé que leur expression est réprimée dans les cellules somatiques pour protéger l’intégrité du génome, et cette régulation épigénétique est fréquemment perdue dans les cancers, menant à la surexpression des TEs dans les tumeurs. Puisque l’expression aberrante des TEs est associée à l’infiltration de la tumeur par les cellules immunitaires, les TEs sont considérés comme des cibles prometteuses d’immunothérapies du cancer. Une meilleure description de l’expression des TEs dans les tissus somatiques ainsi que dans le thymus, l’organe responsable du développement de la tolérance au soi des lymphocytes T, est toutefois nécessaire pour évaluer la capacité des TEs d’induire des réponses immunitaires et déterminer si l’expression des TEs est belle et bien spécifique aux tumeurs. L’objectif de cette thèse est donc de brosser un portrait exhaustif de l’expression des TEs dans les tissus somatiques humains ainsi que dans le thymus. Pour ce faire, des données transcriptomiques et immunopeptidomiques ont été analysées pour mieux comprendre les interactions entre les TEs et les lymphocytes T à l’état basal. Nos résultats ont montré que l’expression des TEs est répandue dans les tissus somatiques humains, bien que leur niveau d’expression varie d’un tissu à l’autre et que plusieurs TEs sont exprimés de façon tissu-spécifique. De plus, les TEs peuvent être traduits et présentés par le CMH-I à la surface de cellules non-cancéreuses. Nous avons aussi déterminé que les TEs ont trois fonctions potentielles dans le thymus : ils pourraient fournir des sites de liaison à un grand nombre de facteurs de transcription dans toutes les populations cellulaires du thymus, ils stimuleraient la sécrétion d’IFN ɑ/β par les pDCs thymiques, et ils contribuent aux sélections positive et négative des thymocytes. Nos travaux illustrent la complexité des interactions entre les TEs et le système immunitaire adaptatif. Finalement, étant donnée l’expression répandue des TEs dans les tissus somatiques, nos travaux soulignent l’importance d’établir la tolérance des lymphocytes T à l’égard des TEs pour éviter des réactions auto-immunes. / Transposable elements are repetitive sequences representing around 45% of the human and murine genomes. It is generally assumed that their expression is repressed in somatic cells to preserve genomic integrity, but this epigenetic regulation is frequently lost in cancer cells, leading to the aberrant expression of TEs in tumors. As aberrant TE expression is associated with tumor infiltration by immune cells, TEs are considered as promising cancer immunotherapy targets. However, a better description of TE expression in somatic tissues and in the thymus, the organ responsible of T cell self-tolerance induction, is required to evaluate the potential of TEs to induce immune responses as well as the tumor specificity of TE expression. Thus, this thesis’ objective is to draw an exhaustive profile of TE expression in human somatic tissues and in the thymus. To do so, we analyzed transcriptomic and immunopeptidomic data to better understand interactions between TEs and T cells at steady state. Our work shows that TE expression is widespread in human somatic tissues, even though their expression level varies between tissues and many TEs are expressed in a tissue-specific manner. Additionally, TEs are translated and presented by the MHC-I on the surface of non-malignant cells. We also determined that TEs have three potential functions in the thymus: they could provide transcription factor binding sites in all cell populations of the thymus, they might induce the constitutive IFN ɑ/β secretion of thymic pDCs, and they contribute to both positive and negative selections of thymocytes. Altogether, our work illustrates the complexity of the interactions between TEs and the vertebrate adaptive immune system. Given the widespread expression of TEs in somatic tissues, this thesis highlights the importance of establishing T cell tolerance towards TE sequences to avoid autoimmune reactions in peripheral tissues.

Cette étude pilote vise à développer une méthode d'analyse intégrative qui permet d'augmenter le taux de réussite du diagnostic clinique des mutations génétiques rares. De plus, l'identification de nouveaux gènes associés à l'ataxie épisodique (EA) et l'évaluation de nouveaux algorithmes de prédiction, pour un examen de variants plus robuste, découleront de l'enquête. Caractérisé par une perte sporadique de la coordination des mouvements volontaires, l'EA se manifeste généralement tardivement, avec une hétérogénéité clinique et génétique élevée, compliquant largement l’obtention d’un diagnostic précis. Alors que quatre gènes ont été liés aux huit sous-types d'EA, de nombreux patients demeurent sans diagnostic moléculaire dû aux limites des méthodes de séquençage d’ADN. Ces lacunes accentuent l’intérêt d’implanter le séquençage de l’ARN en milieu clinique, afin d’obtenir l’information fonctionnelle offerte par l’approche. Des patients atteints d’EA, sans diagnostic moléculaire malgré un examen approfondi, ont été recrutés à Montréal. Le séquençage du génome entier (WGS) et de l'ARN a été effectué sur des échantillons de sang pour identifier les variants nucléotidiques, l'expression différentielle, les événements d'épissage ainsi que les expansions de microsatellites. Plusieurs algorithmes de prédiction de la pathogénicité récents ont été choisis pour être testés parallèlement aux algorithmes standard. Des données WGS provenant d’un trio familial atteint de pathologies neurologiques ont également été soumises au pipeline génomique développé pour la cohorte EA. Des variants candidats ont été identifiés pour chaque patient en fonction des scores de pathogénicité, de la rareté des événements génétiques et des informations fonctionnelles et cliniques connues pour un gène altéré donné. Parmi les découvertes figurent des mutations non-sens, des faux-sens, de l'épissage alternatif ainsi que des expansions nucléotidiques dans des gènes associés aux ataxies spinocérébelleuses ou aux paraplégies spastiques. En plus d'être présents dans les ensembles de données de séquençage disponibles pour chaque patient, les événements génomiques ont été vérifiés par séquençage Sanger de l'ADN et de l'ARN lorsque possible. Les effets fonctionnels potentiels, prédits principalement à partir du RNA-seq et suggérant une expression anormale de l'ARNm, ont également été évalués par amplification PCR et qPCR traditionnelle. À ce jour, quatre des dix patients ont reçu ou sont en voie de recevoir un diagnostic clinique, et quatre autres présentent d’excellents candidats moléculaires pour expliquer une pathologie ataxique. Ce projet devrait permettre un diagnostic mieux défini, conduisant à une meilleure qualité de vie, une meilleure évaluation du pronostic et une meilleure prise en charge des patients. L’identification de modulateurs génétiques chez certains d’entre eux devrait également permettre une meilleure caractérisation clinique des conditions rapportées, bénéficiant les évaluations symptomatiques futures. De plus, la méta-analyse des données RNA-seq offre le potentiel de découvrir des régulateurs de pathogenèse communs à l’EA. Il favorisera également l'approche intégrative pour un plus large éventail de troubles et pourrait éventuellement conduire à de nouvelles stratégies thérapeutiques. / This pilot study aims to develop an integrative analysis method that allows for an increased diagnosis success rate of rare genetic mutations. Moreover, identification of novel genes associated with Episodic Ataxia (EA) and evaluation of new AI-generated prediction algorithms, for a more robust variant examination, will ensue from the investigation. Characterized by sporadic loss of voluntary movement coordination, EA typically manifest with a late onset as well as high-clinical and genetic heterogeneity, setting additional hurdles to diagnosis. While four genes have been linked to the eight subtypes of EA, many patients are left without molecular diagnosis due to the limitations of individual DNA-sequencing methods, which can be mitigated by the functional overview that RNA sequencing (RNA-seq) offers. EA patients, lacking molecular diagnosis despite in-depth examination, were recruited in Montreal. Whole-Genome sequencing (WGS) and RNA-seq were performed on blood samples to identify single nucleotide variants, differential expression, splicing events, structural variants and repeat expansions. Multiple recent pathogenicity prediction algorithms were chosen for testing concurrently to standard ones, in order to evaluate their performance and potential for clinical pipelines integration. WGS data of a family trio from France, in which the father and the daughter present neurologic pathologies, were also processed through the genomic pipeline that was developed for the EA cohort in order to identify the cause of their disorder. Candidate variants were identified for each patient according to pathogenicity scores, rarity of genetic events, and known functional as well as clinical information for a given altered gene. Among the findings are truncations, missenses, alternative splicing, and repeat expansions in genes already associated to either spinocerebellar ataxia or spastic paraplegia. In addition to being present in both datasets when available, validation of these interesting genomic events has been performed through Sanger Sequencing of both DNA and RNA when feasible. For strong candidates where the available functional information from RNA-seq suggests abnormal mRNA expression, validation includes PCR amplification as well as a traditional qPCR to support effects on transcripts. To this day, four out of ten patients have received or are on the verge of receiving a diagnosis, and four others are carrying excellent molecular candidates requiring further validation to explain their ataxic pathologies. This project should provide more defined diagnosis, leading to better quality of life, better evaluation of prognosis and better management of care for patients. Identification of genetic modifier in some of them should also allow for a better clinical characterization of the reported conditions, benefiting future patient examinations. A meta-analysis of our patients’ transcriptomic profiles could also uncover commonly affected pathways in EA development. It will also promote the integrative approach for a larger spectrum of disorders and might eventually lead to new therapeutic strategies.

La technologie des biopuces à ADN est un outil puissant permettant d'étudier en profondeur le profil transcriptomique d'une population cellulaire donnée. Nous avons mis à profit cette technique pour étudier les changements induits par le VIH-1 chez divers types cellulaires du système immunitaire. Notamment, nous avons déterminé l'influence du VIH-1 sur une population hautement enrichie en lymphocytes T CD4+. Cette étude nous a permis d'identifier des modulations transcriptionnelles dans plusieurs voies cellulaires importantes, dont l'apoptose, le cycle cellulaire, le métabolisme de l'ARN et la réparation du dommage à l'ADN. Nous nous sommes attardés sur la modulation de p53 au niveau de l'ARNm; nous démontrons que cette induction est dépendante d'une réponse interferon de type I. En cours de route, nous avons réalisé que le taux d'infection par le VIH-1 chez les cellules primaires était très faible - les changements décrits ci-haut sont donc susceptibles de survenir dans la population exposée au virus mais non-infectée. Afin de mieux comprendre les facteurs qui influencent l'infection au VIH-1 et les effets de celle-ci sur le transcriptome des cellules infectées, nous avons construit un virus rapporteur permettant l'isolation de cellules infectées. Nous avons utilisé ce virus pour quantifier le profil transcriptomique de lymphocytes T CD4+ infectés à l'aide de puces à ADN de dernière génération. Ces puces contiennent des sondes dirigées vers chaque exon connu, ce qui permet de détecter des changements au niveau de l'épissage alternatif en plus de l'expression génique. Les résultats démontrent qu'une sous-population de lymphocytes est particulièrement susceptible à l'infection. Finalement, nous avons procédé à la quantification transcriptomique à grande échelle des changements induits par un virus portant CD40L à sa surface sur une population de cellules B. Nous démontrons que ce virus est présent dans le plasma de patients infectés et est suffisant pour activer les lymphocytes B de façon polyclonale, ce qui pourrait expliquer en partie les déficiences observées chez ce type cellulaire chez les patients infectés au VIH-1.

Le silicium est un élément abondant dans la croûte terrestre, et son absorption aurait des effets bénéfiques chez plusieurs plantes, parmi lesquels l'accroissement de la résistance à divers stress biotiques et abiotiques est le mieux documenté. La plus grande partie du silicium absorbé par une plante est polymérisée de façon irréversible sous forme de phytolithes (silice amorphe, SiO2.nH2O). La théorie initialement avancée pour expliquer son rôle, notamment dans le contexte d'interactions plante-agent pathogène, est celle de la « barrière mécanique » qui stipule qu'une couche subcuticulaire de silice empêcherait la pénétration d'agents pathogènes fongiques. Par ailleurs, une certaine quantité demeure en solution dans la plante sous forme d'acide monosilicique (tLjSiC^), et l'on croit maintenant que cette fraction est responsable des propriétés prophylactiques du silicium en modulant les réponses de défense des plantes. L'effet bénéfique du silicium sur l'incidence et l'intensité de maladies fongiques a été décrit dans une variété de pathosystèmes. Toutefois, la nature exacte de l'interaction entre le silicium et les mécanismes de défense ou de résistance est inconnue et demeure un sujet controversé. Nous proposons que le silicium influence l'activité biochimique de composantes responsables de la signalisation intracellulaire post-élicitation, et qu'il a donc un rôle bioactif dans la défense ou la résistance des plantes contre les agents pathogènes fongiques. Afin de mieux comprendre l'effet biologique du silicium et son implication prophylactique, nous avons effectué une analyse transcriptomique complète, à l'aide de la technologie des micropuces d'oligonucléotides, de plants (¥Arabidopsis thaliana sains ou infectés par le blanc (Erysiphe cichoracearum) et traités ou non avec le silicium. L'application de silicium assimilable aux plants sains a significativement altéré l'abondance relative de seulement deux des ca. 40 000 transcrits (28 500 gènes et plus de 10 000 transcrits non annotés) présents sur la micropuce. En revanche, l'inoculation avec Erysiphe cichoracearum s'est traduite par une induction significative de 2 387 gènes et une répression de 1 583 gènes. Pour chaque gène et à l'aide d'un ensemble de procédés informatiques innovateurs, nous avons généré une annotation fonctionnelle unique et simplifiée en utilisant l'annotation finale du génome d'Arabidopsis, l'encyclopédie de Kyoto des gènes et des génomes (KEGG), les sentiers biochimiques « Aracyc », et deux bases de données publiques de facteurs de transcription (DATF et ATTFDB). Les gènes exprimés différentiellement en fonction des traitements ont été classés dans 58 classes fonctionnelles dont 24 classes directement impliquées dans les mécanismes de défense et la pathogenèse. Cette approche a permis d'apprécier dans sa globalité la cascade d'événements transcriptionnels impliqués dans l'interaction Arabidopsis-blanc en présence ou absence de silicium. En réponse à l'infection, 73% des gènes de défense (gènes de résistance, facteurs de transcription liés au stress, gènes impliqués dans la génération de signaux de stress, la synthèse de composés antimicrobiens, le métabolisme de l'oxygène réactif, protéines PR, etc.) ont été significativement induits. En contrepartie, la maladie a affecté certains processus essentiels comme la photosynthèse et le métabolisme énergétique. L'apport de silicium s'est traduit par une atténuation médiane de 25% de la répression des gènes chez les plantes infectées, alors que l'induction attribuable à l'infection a été maintenue à une intensité similaire chez les plantes témoin et celles traitées au silicium. Le rôle du silicium en biologie végétale, son statut essentiel ou bénéfique, son effet direct ou indirect sur la croissance, et son mode d'action bioactif ou mécanique sont discutés depuis plusieurs décennies. Les résultats obtenus dans le cadre de cette étude mènent à conclure que le silicium seul n'a pas d'effet sur le métabolisme de plantes qui croissent dans un environnement contrôlé (sans stress), ce qui supporte l'hypothèse que le silicium n'est pas un élément essentiel. L'apport de silicium assimilable accroît la résistance à l'infection fongique, ce qui se traduit par une atténuation de la répression des gènes impliqués dans le métabolisme énergétique et la photosynthèse; le silicium est donc bénéfique pour une plante en situation de stress, en l'occurrence une infection fongique. Le mode d'action du silicium dans la prophylaxie et dans l'atténuation du stress semble actif car l'induction génique par l'agent pathogène Erysiphe cichoracearum est maintenue chez les plantes traitées; l'influence du silicium ne peut donc pas être réduite à un effet mécanique. / Silicon the second most abundant element in the earth's crust; it would have beneficial effects on the growth of several plants, among which the increase in resistance to various biotic and abiotic stresses is the best documented. Most of the silicon absorbed by a plant is polymerized under the form of phytoliths (amorphous silica, SiO2.nH2O). The initial theory for explaining its role, in particular in the context of plant-pathogen interactions, is that of the « mechanical barrier » which stipulates that a subcuticular layer of silica would prevent the penetration of fungal pathogens. However, a certain quantity of silicon remains in solution as monosilicic acid (H4SiO4), and it is now believed that this fraction is responsible for the prophylactic properties of silicon by modulating the plant's defence response. The beneficial effects of silicon on the incidence and the intensity of fungal diseases were described in a variety of pathosystems. However, the exact nature of the interaction between silicon and plant defence or resistance mechanisms is unknown. We propose that silicon influences the biochemical activity of components responsible for post-elicitation intracellular signaling, and that it thus has a bioactive role in the defence or the resistance of plants against pathogenic fungi. In order to study the biological and prophylactic effects of silicon treatment, and using the oligonucleotide microarray technology, we carried out a complete transcriptome analysis of Arabidopsis plants inoculated or not with powdery mildew (Erysiphe cichoracearum) and treated or not with silicon. The application of silicon to non-inoculated plants significantly altered the relative abundance of only two out of ca. 40,000 transcripts (28,500 genes and over 10,000 unannotated transcripts). On the other hand, the inoculation with Erysiphe cichoracearum resulted in the significant induction of 2,387 genes and to the repression of 1,583 genes. For each gene and using innovative data-processing methods, we generated a single simplified functional annotation by using the final annotation of the Arabidopsis genome, the Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG), Aracyc biochemical pathways and two public databases of transcription factors (DATF and ATTFDB). The differentially expressed genes were classified into 58 functional categories including 24 categories directly involved in plant defence mechanisms and pathogenesis. This approach made it possible to appreciate as a whole the cascade of transcriptional events involved in the interaction Arabidopsis-powdery mildew in presence or absence of silicon. In response to the infection, 73% of defence genes (R genes, stress-related transcription factors, genes responsible for the generation of stress signals, the synthesis of antimicrobial compounds, metabolism of reactive oxygen species, PR proteins, etc.) were significantly induced. On the other hand, the disease critically affected essential processes such as photosynthesis and energy metabolism. Silicon treatment resulted in a 25% median attenuation of the repression in infected plants, whereas induction was maintained to a similar level in control and silicon treated plants. The role of silicon in plant biology, its essential or beneficial status, its direct or indirect effect on growth, and its bioactive or mechanical mode of action are discussed for decades. Results obtained in this study lead us to conclude that silicon alone does not have an effect on the metabolism of plants growing in a controlled environment (i.e. without stress), which supports the assumption that silicon is not an essential element. Silicon treatment increases the resistance to fungal infection, which results in an attenuation of the repression of genes involved in the energy metabolism and photosynthesis; silicon is thus beneficial for a plant under biotic stress. The mode of action of silicon in prophylaxis and stress attenuation seems active because gene induction by the fungal pathogen Erysiphe cichoracearum is maintained in silicon treated Arabidopsis; the influence of silicon thus cannot be reduced to a mechanical effect.

La variabilité de la réponse aux médicaments entre les individus est en grande partie attribuable aux différences génétiques causées par des mutations génétiques. Ces mutations ont émergé au cours de l'évolution humaine et peuvent être neutres, bénéfiques ou délétères en termes de survie ou de succès reproductif. Bien que de nombreuses études identifient des variants génétiques associés à des phénotypes, comme la réponse aux médicaments, peu d'attention est accordée à l'origine de ces mutations ou à leur présence au sein des populations. La médecine évolutive entre alors en jeu en étudiant les origines évolutives des mutations associées à des phénotypes. Ce domaine se situe à l'intersection de la médecine et de la biologie évolutive, et il cherche à comprendre comment le corps humain est devenu ce qu'il est aujourd'hui. Cette thèse se concentrera sur l'évolution des gènes impliqués dans la réponse aux médicaments. La première partie de cette thèse se penchera sur la relation entre les gènes ADCY9 et CETP, qui sont liés à la réponse au médicament dalcetrapib visant à réduire les événements cardiovasculaires en ciblant la protéine CETP. Une mutation dans le gène ADCY9 a été précédemment identifiée comme modulant la réponse à ce médicament. Nous avons identifié plusieurs pressions de sélection dans le gène ADCY9, mais nous avons concentré nos analyses sur son interaction épistasique, c'est-à-dire non linéaire, co-évolutive avec le gène CETP. Des effets de cette interaction sur plusieurs phénotypes ont été observés, et des mécanismes potentiels sous-tendant cette pression co-évolutive et son association avec le médicament ont été identifiés. La deuxième partie de cette thèse sera la suite d'un projet portant sur l'étude des pressions de sélection sur la superfamille des cytochromes P450. Les gènes de cette superfamille sont généralement impliqués dans la détoxification de l'organisme, y compris par la métabolisation d'environ 75% des médicaments couramment prescrits. Des analyses préliminaires ont révélé des enrichissements de pression de sélection dans deux sous-familles, à savoir les CYP3A et les CYP4F. Des phénotypes potentiellement sous pressions de sélection ont été identifiés dans la sous-famille des CYP3A au sein de la population africaine. En conclusion, l'intégration de la génétique des populations avec la transcriptomique et les études d'association phénotypiques enrichit notre compréhension des liens entre les pharmacogènes au sein de diverses populations. Cette approche représente un pas de plus vers l'amélioration de la médecine de précision. / Variability in drug response between individuals is largely due to genetic differences caused by genetic mutations. These mutations have emerged in the course of human evolution and can be neutral, beneficial or deleterious in terms of survival or reproductive success. Although many studies identify genetic variants associated with phenotypes such as drug response, little attention is paid to the origin of these mutations or their presence in the population. This is where evolutionary medicine comes in, studying the evolutionary origins of mutations associated with phenotypes. This field lies at the intersection of medicine and evolutionary biology, and seeks to understand how the human body became what it is today. This thesis will focus on the evolution of genes involved in drug response. The first part of this thesis will look at the relationship between the genes ADCY9 and CETP, linked to the response to the drug dalcetrapib aimed at reducing cardiovascular events by targeting the CETP protein. A mutation in the ADCY9 gene has been previously identified as modulating the response to this drug. We identified several selection pressures in the ADCY9 gene, but focused our analyses on the co-evolutionary epistatic interactions, meaning non-linear. Effects of this interaction on several phenotypes were observed, and potential mechanisms underlying this co-evolutionary pressure and its association with the drug were identified. The second part of this thesis will follow on from a project investigating selection pressures on the cytochrome P450 superfamily. Genes in this superfamily are generally involved in the detoxification of the body, including the metabolization of around 75% of commonly prescribed drugs. Preliminary analyses have revealed selective pressure enrichments in two subfamilies, CYP3A and CYP4F. Potential phenotypes under selective pressure were identified in the CYP3A subfamily in the African population. In conclusion, the integration of population genetics with transcriptomics and phenotypic association studies enhances our understanding of the connections among pharmacogenes across diverse populations. This approach signifies another stride towards advancing precision medicine.