L’augmentation de température que subit la planète ces dernières décennies a de nombreuses conséquences dont la recrudescence de maladies infectieuses aussi bien chez l’homme que chez les animaux. Certaines populations de l’ormeau européen Haliotis tuberculata, vivant dans les zones les plus chaudes de Bretagne et de Normandie ont ainsi subi de très importantes mortalités depuis 1997, dues à la bactérie Vibrio harveyi. Cependant, certaines des populations les plus sévèrement touchées se sont aujourd’hui reconstruites et les mortalités semblent s’être arrêtées dans certaines de ces zones. La question se pose donc de l’apparition d’une résistance de l’ormeau face à cette maladie émergente. Pour répondre à cette question, les réponses à l’infection de plusieurs populations naturelles par cette bactérie ont été analysées. Une population présentant une forte résistance à la maladie a été identifiée.La voie d’entrée de la bactérie (ie. les branchies) a été identifiée comme jouant un rôle dans la résistance à l’infection. Par ailleurs, des infections successives ont permis de démontrer un effet d’amorçage immunitaire. Suite à une première exposition, une protection durant jusqu’à deux mois intervient contre l’effet d’inhibition de la phagocytose, provoquée normalement par une infection à V. harveyi. La différence d’expression de gènes des hémocytes d’ormeaux sensibles et résistants a été quantifiée par RNAseq pendant une infection expérimentale. Cette comparaison a montré une reconnaissance plus efficace du pathogène chez les résistants, par des récepteurs tels que les TLR ou les PGRP. La forte surexpression chez la population résistante, d’un gène impliqué dans la synthèse de mucine qui est l’un des composants principaux du mucus renforce l’hypothèse d’une forte implication des branchies dans la résistance. Enfin, une analyse in silico des séquences obtenues en RNAseq a permis d’apporter des preuves de l’existence d’un système de méthylation de l’ADN chez H. tuberculata ainsi qu’une possible implication de ce système dans l’adaptation de l’ormeau à son milieu. / Increasing global temperatures have numerous consequences for marine ecosystems, including the rise of infectious diseases. Certain populations of the European abalone Haliotis tucerculata have suffered from severe and recurrent mortality since 1997 due to infection caused by the bacterium Vibrio harveyi, particularly in areas with higher average summer temperatures. Given the spatial heterogeneity in mortalities, and the observation that the historically most severely impacted populations have recovered in recent years, the question of the emergence of resistance to the disease was addressed. The mortality rate in response to infection by V. harveyi was quantified experimentally in abalone originating from three natural populations, and one population exhibiting resistance to the disease was identified. In a subsequent experiment, the immune response of abalone was compared between infected individuals from a resistant and from a susceptible population. The portal of entry of the bacterium (ie. gills) was identified as playing a role in resistance. Furthermore, successive exposures of abalone to the bacterium demonstrated an immune priming effect, such that following a first exposure, phagocytosis was no longer inhibited by infection with V. harveyi, and that this improved protection against the disease lasted for at least two months. Differences in gene expression was quantified by RNAseq in the hemocytes of resistant and susceptible abalone following exposure to the pathogen. This comparison showed that resistant abalone had more effective recognition of the bacterium by receptors as the TLR or PGRP. The substantial over-expression of a gene involved in the synthesis of mucin, the main component of mucus, (UDP-GalNAC) in the resistant population, supports the interpretation of a strong involvement of gills in the resistance. Finally, an in-silico analysis of the sequences obtained from RNAseq indicate the existence of a DNA methylation system in H. tuberculata and suggested an involvement of epigenetic mechanisms in the adaptation of abalone to its environment.

L’objectif général de cette thèse a été de mettre en évidence la contribution de l’approche transcriptomique dans la physiopathologie et le traitement des hémopathies malignes. En particulier, comment la technologie des microarrays nous a aidée à étudier diverses problématiques en onco-hématologie.Dans la première partie, notre objectif était d’étudier les cellules Natural killer (Nk) chez les patients atteints de leucémie aiguë myéloïde (LAM). Nous avons comparé la signature transcriptomique des cellules Nk de patients LAM à celle des cellules Nk de sujet sains et suggéré que le facteur de transcription ETS-1 est un bon candidat capable de réguler les récepteurs activateurs NCR (natural cytotoxicity receptors) dont les gènes sont situés sur deux chromosomes différents, même si leur expression reste fortement cordonnée.Dans la seconde partie, nous nous sommes intéressés à la prédiction du sepsis en utilisant une approche transcriptomique dans le cadre de l’autogreffe de cellules souches hématopoïétiques (auto-CSH). En utilisant le même modèle, dans la troisième partie, nous avons mis en évidence l’effet du melphalan en tant que chimiothérapie de conditionnement sur les cellules mononuclées du sang périphérique et identifié un marqueur potentiel de rechute précoce chez les patients atteints de myélome dans le cas de l’auto-CSH. Enfin, dans la dernière partie, notre objectif a été d’analyser le profil d’expression génique des lymphomes B diffus à grandes cellules liés à l’infection par le VIH afin de vérifier ou pas l’existence des sous-types décrits chez les patients immunocompétents. / The aim of this research is to demonstrate transcriptomic approach contribution in the physiopathology and treatment of hematological malignancies. In particular, how microarrays technology is used to study several oncohematology difficulties; which remain deaths-related infection, as well as the failure to obtain remission and death related relapse. In the first part, our focus was to study natural killer cells (Nks) in patients affected with acute myeloid leukemia (AML). We compared transcriptomic AML-NKs signature with healthy donors-NKs signature and suggested that ETS-1 transcription factor is a good candidate able to regulate the natural cytotoxicity receptors (NCRs), whose coding genes, are located on two different chromosomes even if their expression remain strongly coordinated.Our second part, aimed to predict sepsis using a transcriptomic approach in the case of autologous stem cell transplantation (auto-HSCT). Using the same model, in the third part, we highlighted the melphalan high-dose chemotherapy effect on peripheral blood mononuclear cells and identified a potential good biomarker of early relapse in patients affected by myeloma in the case of auto-HSCT.Our final focus was to analyze gene expression profile of HIV-related large diffuse B-cell lymphoma type in order to verify the existence of subgroups described in immune-competent patients.

Ce travail s’intègre dans le cadre du programme européen COMET (7ième PCRD EURATOM) et vise à évaluer les réponses épigénétiques (particulièrement la méthylation de l’ADN), lors d’expositions chroniques à de faibles niveaux de substances radioactives.Lors d’une première expérience, les poissons zèbres (Danio rerio) ont été exposés au laboratoire à des concentrations environnementales d’uranium appauvri : 2 et 20 µg L-1. Cette expérimentation a révélé un impact sur la méthylation de l’ADN génomique, majoritairement chez les mâles exposés, croissant avec la durée et le niveau d’exposition. Lors d’une seconde expérience, nous avons observé un impact sur les profils de méthylation de la descendance issue de parents exposés, ainsi qu’une perturbation du statut transcriptomique et des dommages histologiques dans le muscle squelettique des larves issues de parents exposés.Les outils développés ont pu être appliqués à la problématique d’étude des effets biologiques induits par les radionucléides émis lors de l’accident de la centrale nucléaire de Fukushima Daiichi. Les analyses réalisées sur la grenouille arboricole Japonaise (Hyla japonica) ont révélé une corrélation positive entre la dose totale de radioactivité absorbée par ces grenouilles, l’hyperméthylation de l’ADN génomique et l’augmentation des dommages à l’ADN mitochondrial.L’ensemble de ces travaux a permis de mettre en évidence la sensibilité des réponses épigénétiques chez différents organismes soumis à de faibles doses de radionucléides, qui pourraient ainsi permettre de mieux caractériser les mécanismes d’adaptation et les potentiels effets transgénérationnels induits par les radionucléides. / This work integrates within the general framework of the European program COMET (7th Framework Programme EURATOM) and aims to assess the epigenetic responses (particularly DNA methylation), during chronic exposure to low levels of radioactive materials. During a first experiment, zebrafish (Danio rerio) were exposed in laboratory controlled conditions to environmentally relevant concentrations of depleted uranium: 2 and 20 µg L-1. This experiment allowed an impact on the genomic DNA methylation to be demonstrated, mainly in exposed males, which increased with the duration and level of exposure. In a second experiment, we observed an impact on DNA methylation patterns in the progeny of exposed parents, as well as a perturbation of transcriptomic, and histological damage in larvae skeletal muscle from exposed parents.The methods developed were applied to the second context focusing on the study of biological effects induced by radionuclides emitted following the Fukushima Daiichi nuclear power plant accident. The analyses performed on the Japanese tree frog (Hyla japonica) revealed a positive correlation between the total dose of radiation absorbed by these frogs, hypermethylation of genomic DNA as well as increasing damage to mitochondrial DNA.This work highlighted the sensitivity of epigenetic responses in different biological models exposed to low levels of radionuclides, and could be used to further characterize adaptation mechanisms and potential transgenerational effects induced by radionuclides.

Dans le contexte du changement climatique, les prédictions réalisées mettent en évidence une altération de la disponibilité en eau dans de nombreuses régions viticoles ; ce qui, conjointement à l’augmentation de la population mondiale et la diminution des terres agricoles, va accroître la compétition pour l’utilisation des ressources hydriques. Par conséquent, améliorer l'adaptation à la sécheresse de la vigne est un des enjeux majeurs des prochaines années. Pour cela, une adaptation des pratiques culturales peut être proposée, en particulier le choix pertinent du matériel végétal et notamment du porte-greffe.Dans ce travail, le rôle du porte-greffe vis-à-vis de la réponse de la vigne greffée à la contrainte hydrique a été étudié, en utilisant des approches écophysiologiques, moléculaires et de modélisation. Des expériences ont été réalisées en conditions contrôlées afin d’étudier l’effet du déficit hydrique à court et long terme sur les réponses de différents porte-greffes greffés avec le même scion.Le modèle écophysiologique a démontré que les porte-greffes affectent l'ouverture stomatique du greffon par des processus coordonnés incluant les caractéristiques racinaires, les signaux hydrauliques et les signaux chimiques lors d’un déficit hydrique à court terme. La conductance stomatique, le taux de transpiration et la conductance hydraulique des feuilles ont été plus élevés en conditions irriguées et de stress hydriques modérés chez le génotype résistant à la sécheresse (110 Richter) par rapport au génotype sensible à la sécheresse (Vitis riparia cv. Gloire de Montpellier). Nous avons identifié plusieurs paramètres génétiques impliqués dans le contrôle de la régulation stomatique. Des différences d’architecture racinaire et de conductivité hydraulique des racines ont été identifiées entre les porte-greffes.Le déficit hydrique à long terme a entrainé des réponses adaptatives différentes entre les porte-greffes. Le génotype tolérant la sécheresse a induit une modification du diamètre des vaisseaux du xylème de la partie apicale de la racine en réponse au déficit hydrique modéré tandis que le génotype sensible n'a pas présenté de différence par rapport au contrôle. L’analyse transcriptomique des racines a identifié des gènes spécifiques aux différents génotypes, qui sont régulés en fonction du niveau de déficit hydrique. La comparaison entre les niveaux de stress et les génotypes a identifié 24 gènes intervenant dans l’interaction « traitement × génotype ». Ces gènes sont majoritairement impliqués dans le métabolisme des lipides et de la paroi cellulaire. Des courbes de réponse au déficit hydrique spécifiques aux différents génotypes ont été observées. La protection contre les dommages liés aux stress oxydatifs induits par le stress hydrique semble être un mécanisme important chez le porte-greffe résistant à la sécheresse. Le génotype sensible semble répondre au déficit hydrique par une modification des propriétés de la paroi cellulaire de la racine. / Climate change raises concerns about temporal and spatial water availability in many grape growing countries. The rapidly increasing world population and the scarcity of suitable land for agricultural food production, together with a changing climate, will increase competition with grape-producing areas for the use of land and resources. Consequently, other practices that can potentially improve water management of vineyards and water acquisition by grapevines need to be considered. Aside from canopy systems and their management, the choice of plant material is a key issue. Therefore, in the present work, the role of different rootstocks, regarding their tolerance to drought, was investigated for their potential effects on i) water uptake, ii) water transport and iii) shoot water use, using a combination of ecophysiological, modelling and transcriptomic approaches. Experiments were conducted under controlled conditions to decipher short and long term responses to drought of different rootstocks grafted with the same scion. An ecophysiological model was used to investigate the roles of rootstock genotypes in the control of stomatal aperture. Long-term steady state water-deficit conditions were used to examine the responses of i) whole plant growth, root anatomy and hydraulic properties and ii) transcriptome remodelling in the roots.Our model showed that rootstock affect stomatal aperture of the grafted scion via coordinated processes between root traits, hydraulic signals and chemical signals. Stomatal conductance, transpiration rate and leaf-specific hydraulic conductance were higher and better maintained under well-watered and moderate water-deficit conditions in the drought-tolerant genotype (110 Richter) compared to the drought-sensitive one (Vitis riparia cv. Gloire de Montpellier). We identified several genotype-specific parameters which play important roles, like root-related parameters, in the control of stomatal regulation. Additionally, root system architecture and root hydraulic properties are important constitutive traits identified between rootstocks.Long-term water-deficit induced genotype adaptive responses in the roots were evaluated. The drought-tolerant genotype exhibited a substantial shift in root tips xylem conduit diameter under moderate water-deficit while the drought-sensitive genotype did not respond. Transcriptomic analysis identified genotype-specific transcripts that are regulated by water-deficit levels. The comparison between stress levels and genotypes identified 24 significant genes in “treatment×genotype” interactions, most of them were involved in lipid metabolism and cell wall processes. These genes displayed genotype-specific water-deficit response curves. Protection against drought-induced oxidative damage was found to be an important mechanisms induced by the drought-tolerant rootstock, while the drought-sensitive one responds to water-deficit by modification of cell wall properties.

Ophioderma longicauda (Bruzelius, 1805) est un complexe d’espèces cryptiques incluant six lignées mitochondriales (L1-L6), dont certaines (L2-L3-L4) incubent leur descendance, alors que d'autres se reproduisent probablement via des larves lécithotrophes. Afin de définir les limites d’espèces dans le complexe O. longicauda, le statut reproductif des lignées L1 et L3 a été étudié. L’analyse morphologique et génétique a montré qu’il s’agissait d’espèces biologiques différentes, avec notamment différentes périodes de reproduction. De plus, l’analyse par DAPC de 31 marqueurs génétiques a montré que le complexe O. longicauda était constitué de six groupes génétiques distincts. Deuxièmement, l’influence des traits d’histoire de vie sur la connectivité et la diversité génétique a été étudiée. Pour ce faire, 10 marqueurs ont été séquencés pour six populations sympatriques des lignées L1 et L3 en Grèce. La structure génétique était très marquée pour l’espèce incubante L3, tandis que l’espèce dispersante L1 n’a pas montré de structure génétique à cette échelle. L’analyse de la diversité génétique pour ces 10 marqueurs a montré que celle des dispersantes était trois à quatre fois plus élevée que celle des incubantes. De plus, l’analyse de la diversité génétique dans les transcriptomes des L1 et L3 a montré qu’elle était 1.5 à 2 fois plus élevée chez les dispersantes que chez les incubantes. Finalement, deux canaux ioniques impliqués dans la mobilité des spermatozoïdes ont montré une évolution sous sélection positive. Ces résultats suggèrent que la compétition des spermatozoïdes pourrait être un mécanisme d’isolement pré-zygotique chez Ophioderma longicauda. / Ophioderma longicauda (Bruzelius, 1805) is a cryptic species complex including six mitochondrial lineages (L1-L6), of which three (L2-L3-L4) brood their juveniles, whereas the other lineages most likely reproduce using lecithotrophic larvae. In order to define the species limits in the O. longicauda complex, the reproductive status of lineages L1 and L3 was studied. The morphological and genetic study showed that they were different biological species, with notably different reproductive periods. In addition, the analysis of 31 genetic markers using DAPC showed that the O. longicauda complex included six distinct genetic groups. Secondly, the influence of life-history traits on connectivity and genetic diversity was studied. To do so, 10 markers were sequenced for six sympatric populations of lineages L1 and L3 from Greece. The genetic structure was high for the brooding species, whereas the broadcasting species did not display any genetic structure at that scale. The analysis of genetic diversity for these 10 markers showed that diversity was three to four times higher in broadcasters than in brooders. In addition, the analysis of genetic diversity in the L1 and L3 transcriptomes showed that diversity was 1.5 to 2 times higher in broadcasters than in brooders. Finally, two ion channels involved in sperm motility showed an evolution under positive selection. These results suggest that sperm competition might be a mechanism of pre-zygotic isolation in Ophioderma longicauda.

Talaromyces versatilis est un champignon filamenteux d’intérêt industriel grâce à sa capacité deproduction d’enzymes hydrolytiques. La Société Adisseo commercialise un cocktail enzymatiqueproduit par fermentation à partir de T. versatilis, sous le nom de Rovabio™. Ce cocktail est utilisé entant qu'additif alimentaire en nutrition animale, car la grande variété d'enzymes hydrolytiques qu’ilcontient peut dégrader les polysaccharides présents dans l’enveloppe des céréales, améliorant ainsila digestibilité la valeur nutritionnelle des matières premières agricoles. Malgré les efforts consentispour mieux connaître la biologie de T. versatilis, très peu est connu sur ce champignon.L’étudeprésentée ici vise à décrire les réseaux de régulation qui contrôlent l’expression des gènes codantpour ces enzymes hydrolytiques, en utilisant des approches génomiques et transcriptomiques.Avoir accès à une annotation correcte de la séquence génomique et posséder les outilsnécessaires pour l'ingénierie génétique sont essentiels pour réaliser des études de génomiquefonctionnelle. Donc, le premier volet de cette thèse a été l’analyse de la séquence génomique et lacuration manuelle de l'annotation, ce qui nous a conduits à évaluer le vaste potentiel génétique de T.versatilis pour la production et la sécrétion d'enzymes hydrolytiques impliquées dans la dégradationde la lignocellulose. Deuxièmement, un système de délétion des gènes initialement conçu pourAspergillus niger a été adapté à T. versatilis. Cette méthode permet le recyclage du marqueur desélection et est efficace dans des souches dont le système NHEJ est actif (Delmas, et al., 2014, AEM).Au cours de ce travail, deux mutants de délétion de T. versatilis ont été obtenus: ΔxlnR et ΔclrA.La première approche mise en place pour avoir une meilleure compréhension des réseaux derégulation via une vue globale du transcriptome, fut l’utilisation de la technique de RNAseq sur troiséchantillons issus de la souche sauvage de T. versatilis exposée au glucose, à la paille de blé et auglucose et paille de blé simultanément comme sources de carbone, respectivement. Les données ontmontré une augmentation massive des niveaux d’expression de nombreux gènes, en particulier ceuxcodant pour des enzymes hydrolytiques, lorsque le mycélium est exposé à la lignocellulose. Enfin, la dernière partie du projet s’est appuyée sur la la RT-qPCR, technique appropriée pourétudier un nombre limité de gènes dans une grande variété de conditions. Toutefois la normalisationdes données est une étape essentielle du flux de travail qui peut conduire à une interprétationbiologique incorrecte de la régulation des gènes. Le travail effectué sur les données de RNAseq nousa amené à reconsidérer la nature des gènes de référence classiquement utilisés, puisque la plupartd'entre eux présentaient des changements d'expression considérables en présence de lignocellulose.En conséquence, un nouvel ensemble de gènes de référence putatifs a été identifié et la stabilité deleur expression validée par RT-qPCR chez T. versatilis cultivé dans plus de 30 conditions différentes.Des jeux de données de RNAseq de 18 champignons filamenteux phylogénétiquement éloignés ontpar ailleurs été collectés, afin de démontrer que la sélection des gènes candidats pour lanormalisation des données de RT-qPCR chez T. versatilis peut être étendue à d'autres champignons(Llanos et al., 2014, BMC Genomics). Ces aspects méthodologiques validés, nous avons enfin réaliséune étude plus détaillée de la transcription d'un groupe de gènes d'intérêt par RT-qPCR, dans unegrande variété de conditions et 2 souches différentes, la souche sauvage et la mutante ΔxlnR.L'analyse de ces données a permis d'identifier des gènes aux profils d'expression similaires, quirépondent de la même façon aux substrats inducteurs et qui partagent probablement les mêmesmécanismes de régulation. / Talaromyces versatilis is an industrially important enzymes producing filamentous fungus.Adisseo Company commercializes the enzymatic cocktail, produced from T. versatilis fermentation,with the name of Rovabio™. This cocktail is applied as an animal feed additive as it contains a widevariety of hydrolytic enzymes that can degrade the polysaccharides present in the seed-coat and thusimproves the digestibility and increases the nutritional value of the agricultural raw materials.Although efforts have been done to study different aspects of the biology of T. versatilis, very little isknown about this fungus. This study aimed to describe the regulatory networks of genes encodingplant cell wall-degrading enzymes from this biotechnologically important fungus using genomic andtranscriptomic approaches.Having a correct annotation of the genomic sequence together with efficient tools for genomeengineering are essential for downstream functional genomics works and characterization of theregulatory networks. Therefore, the first task carried out an analysis of the genomic sequence and amanual curation of the annotation, which led us to assess the vast genetic potential of T. versatilis forthe production and secretion of hydrolytic enzymes involved in the degradation of lignocellulosicmaterials. Secondly, I adapted a gene deletion system initially designed for Aspergillus niger. Thismethod allows recycling of the selection marker and is efficient in a non-homologous end-joining(NHEJ)-proficient strain (Delmas, Llanos et al., 2014, AEM). During this work, two deletion mutants ofT. versatilis were obtained: ΔxlnR and ΔclrA.Towards better understanding of the regulatory network, I first contributed to an RNAseq-basedtranscriptomic study that was performed on the wild type strain of T. versatilis exposed to glucoseand wheat straw as carbon sources. The data showed a massive increase in transcript levels ofnumerous genes, in particular those encoding hydrolytic enzymes, when the mycelium wasincubated with lignocellulose.If RT-qPCR is indeed a suitable technique to study a limited number of genes in a large variety ofconditions, data normalisation is a critical step of the workflow that can lead to incorrect biologicalinterpretation of gene regulation. The work done on the RNA-seq data led me to reconsider the useof the classical reference genes, since most of them exhibited expression changes in the presence oflignocellulosic substrate. I therefore identified a new set of putative reference genes and validatedtheir expression stability by RT-qPCR in T. versatilis cultivated under more than 30 differentconditions. Then, I collected about a hundred RNA-seq datasets from 18 phylogenetically distantfilamentous fungi, to demonstrate that the use of the suitable candidates for RT-qPCR datanormalisation in T. versatilis can be extended to other fungi (Llanos et al., 2014 BMC genomics (minorrevisions)). Thereafter, I performed a more detailed RT-qPCR based transcriptional study of a groupof genes of interest, in a wide variety of conditions and in 2 strains, the wild-type and the ΔxlnRmutant. The analysis of expression data of the genes of interest allowed to identify genes with similarexpression patterns, which probably share the same regulatory mechanisms and also the substratesthat act as inducers for their expression

Les voies aériennes humaines sont bordées d'un épithélium pseudostratifié composé principalement de cellules basales et de cellules pyramidales parmi lesquelles figurent les cellules sécrétrices de mucus et les cellules multiciliées. Toutes ces cellules contribuent à la clairance mucociliaire des voies respiratoires. Cet épithélium se régénère lentement dans des conditions homéostatiques, mais il est capable de se régénérer rapidement après agression grâce à des processus de prolifération, de migration, de polarisation et de différenciation. Chez les patients atteints de maladies respiratoires chroniques telles que la broncho-pneumopathie chronique obstructive, l'asthme ou la mucoviscidose, la réparation tissulaire est souvent défectueuse, caractérisée par une perte de cellules multiciliées et une hyperplasie des cellules sécrétrices, ayant pour conséquence une clairance mucociliaire affectée. La séquence des événements cellulaires conduisant à un tissu fonctionnel ou remodelé est encore mal décrite. Notre principal objectif a été d’identifier les types cellulaires successifs mis en jeu lors de la régénération tissulaire et les événements moléculaires responsables d'une régénération saine ou pathologique. Nous avons analysé la composition cellulaire de l’épithélium des voies respiratoires à plusieurs stades de différenciation en utilisant un modèle de culture 3D in vitro qui reproduit la composition cellulaire in vivo. En appliquant une méthode de transcriptomique sur cellule unique couplée à des méthodes bioinformatiques, nous avons établi les hiérarchies cellulaires permettant de reconstruire les différentes trajectoires cellulaires mises en jeu lors de la régénération de l’épithélium des voies respiratoires humaines. Après avoir confirmé les lignages cellulaires qui ont été précédemment décrits, nous avons découvert une nouvelle trajectoire reliant les cellules sécrétrices de mucus aux cellules multiciliées. Nous avons également caractérisé de nouvelles populations cellulaires et de nouveaux acteurs moléculaires impliqués dans le processus de régénération de l'épithélium des voies respiratoires humaines. Enfin, grâce à ces approches, nous avons mis en évidence des réponses spécifiques de chaque type cellulaire survenant dans des situations pathologiques d’hyperplasie sécrétoire. Ainsi, nos données, en apportant d'importantes contributions à la compréhension de la dynamique de différenciation de l’épithélium des voies respiratoires humaines, ouvrent de nouvelles voies vers l’identification de cibles thérapeutiques. / Human airways are lined by a pseudostratified epithelium mainly composed of basal and columnar cells, among these cells we can find multiciliated, secretory cells and goblet cells. All these cells work together in the mucociliary clearance of the airways. This epithelium regenerates slowly under homeostatic conditions but is able to recover quickly after aggressions through proliferation, migration, polarization and differentiation processes. However, in patients with chronic pulmonary diseases such as chronic obstructive pulmonary disease, asthma or cystic fibrosis, epithelial repair is defective, tissue remodeling occurs, leading to loss of multiciliated cells and goblet cell hyperplasia, impairing correct mucociliary clearance. The sequence of cellular events leading to a functional or remodelled tissue are still poorly described. Hence, we aim at identifying the successive cell types appearing during tissue regeneration and the molecular events that are responsible for healthy or pathological regeneration. We have analysed airway epithelial cell composition at several stages of differentiation using an in vitro 3D culture model which reproduces in vivo epithelial cell composition. Applying single cell transcriptomics and computational methods, we have identified cell lineage hierarchies and thus constructed a comprehensive cell trajectory roadmap in human airways. We have confirmed the cell lineages that have been previously described and have discovered a novel trajectory linking goblet cells to multiciliated cells. We have also discovered novel cell populations and molecular interactors involved in the process of healthy human airway epithelium regeneration. Using these approaches, we have finally shed light on cell-type specific responses involved in pathological goblet cell hyperplasia. Our data, by bringing significant contributions to the understanding of differentiation’s dynamics in the context of healthy and pathological human airway epithelium, may lead to the identification of novel therapeutic targets.

Les adaptations florales à des pollinisateurs comme les changements de forme de la corolle entraînent souvent un isolement reproducteur et donc la spéciation. Malgré leur importance écologique, les mécanismes génétiques à l'origine de cette diversité de caractères sont encore mal compris, surtout en dehors des espèces modèles. L’objectif de mon projet de maîtrise était donc d'identifier les gènes impliqués dans la variation de la forme de la corolle entre deux espèces du genre Rhytidophyllum (famille des Gesneriaceae), qui ont des modes de pollinisation différents. La première, R. rupincola, a des fleurs tubulaires et est strictement pollinisée par les colibris, tandis que la seconde, R. auriculatum, a des fleurs plus ouvertes et est pollinisée par les colibris et les chauves-souris. Dans cette étude, nous avons fait une revue de littérature et utilisé une approche de transcriptomique comparative pour identifier des gènes candidats qui pourraient expliquer la variation de la forme florale entre R. auriculatum et R. rupincola. Nous avons ensuite testé leur association avec la variation de la forme de la corolle en utilisant la cartographie de loci de traits quantitatifs (QTLs) pour une population hybride F2. Les résultats ont montré que 7 des 29 gènes candidats étaient associés à 8 QTLs différents. La répartition et la fonction supposée de ces gènes suggèrent que la forme de la corolle est un trait complexe. Ce type d'étude est rarement entrepris chez des espèces non-modèles, mais il est important afin d'intégrer la génétique du développement floral dans une perspective évolutive. / Floral adaptations to specific pollinators like corolla shape changes often result in reproductive isolation and thus speciation. But despite their ecological importance, the genetic mechanisms behind this diversity of traits are still poorly understood, especially outside model species. Hence, our goal is to identify genes involved in corolla shape variation between two species of the Rhytidophyllum genus (Gesneriaceae family) from the West Indies, which is characterized by shifts in pollination modes during its evolution. The first one, R. rupincola, has a tubular corolla and is strictly pollinated by hummingbirds. The second one, R. auriculatum, has more open flowers and is pollinated by both hummingbirds and bats. We know from previous work that the variation in morphological floral traits between these species is explained by a few quantitative trait loci (QTLs) of moderate to small effect (Alexandre et al., 2015), but we still do not know which genes underly these loci. In this study, we surveyed the literature and used a comparative transcriptomic approach to identify candidate genes that could explain floral variation between R. auriculatum and R. rupincola. We then tested their association with corolla shape variation using QTL mapping for a F2 hybrid population. Results showed that 7 out of 29 candidate genes were included within 8 different QTL. The number, repartition and putative function of these genes suggest that corolla shape is a complex trait. This sort of investigation is rarely undertaken in non-model species, but is important to integrate developmental genetics with an evolutionary perspective.

L’objectif de ma thèse visait à étudier les processus évolutifs ayant conduit à l’évolution du mode de vie galligène et à rechercher des effecteurs impliqués dans l’induction des galles dans la famille des Gracillariidae (Lepidoptera) avec un accent particulier sur deux espèces, Borboryctis euryae et Caloptilia cecidophora. Nous avons ainsi démontré que ces deux espèces présentent la particularité de posséder un mode de vie intermédiaire entre mineur de feuille et inducteur de galle. Le tissu prolifératif présent dans la mine de B. euryae s’apparente en effet à une galle et les larves de C. cecidophora connaissent une transition du mode de vie mineur de feuille à galligène au cours de leur développement. Des campagnes de terrain ont permis de découvrir de nouvelles espèces de Caloptilia inductrices de galles, et leur étude phylogénétique a montré qu’elles forment un groupe monophylétique. Enfin, exploitant la transition de mode de vie de C. cecidophora ainsi que son contexte phylogénétique, nous avons appliqué une approche de transcriptomique comparative intra- et inter-espèce afin de rechercher des effecteurs candidats impliqués dans la formation de galle. / The aim of my thesis was to study the evolutionary processes that led to the evolution of the gall-inducing lifestyle and to look for effectors involved in the induction of galls in the Gracillariidae family (Lepidoptera) with a particular focus on two species, Borboryctis euryae and Caloptilia cecidophora. We have demonstrated that these two species have a particular intermediate life-style between leaf-miner and gall-inducer. The proliferative tissue in the B. euryae mine is similar to a gall and the larvae of C. cecidophora undergo a transition from leaf-miner to gall-inducer during their development. Field work has uncovered new gall-inducing Caloptilia species, and their phylogenetic study has shown that they form a monophyletic group. Finally, exploiting the transition of feeding habit of C. cecidophora as well as its phylogenetic context, we applied a comparative intra- and inter-species transcriptomic approach to search for candidate effectors involved in gall induction.

Les systèmes sexuels et les mécanismes responsables de la détermination du sexe chez les animaux sont issus de stratégies diverses. Cette incroyable diversité se reflète notamment chez les bivalves, où autant les facteurs génétiques qu’environnementaux y jouent un rôle, avec des espèces utilisant divers modes de reproduction, tels que le gonochorisme ou l’hermaphroditisme simultané ou séquentiel. La découverte la plus notable est celle d’un système de déterminisme sexuel unique qui impliquerait les mitochondries. Spécifiquement, un système de transmission sexe-spécifique de l’ADN mitochondrial, connu sous le nom de DUI (« Double Uniparental Inheritance » ou double transmission uniparentale), serait lié au maintien du gonochorisme chez certaines espèces de bivalves. La DUI implique un ADN mitochondrial qui est transmis de façon maternelle (ADNmt F) aux femelles et aux mâles, et l’autre transmis de façon paternelle (ADNmt M) aux mâles seulement. Les ADNmt F et M chez les espèces à DUI sont caractérisés par des traits uniques, comme une modification du gène cox2, ou encore la présence de nouveaux gènes associés à chacun des génomes mitochondriaux (des gènes sexe-spécifiques) qui ont une fonction autre que la production d’énergie contrairement aux autres gènes mitochondriaux typiques. Le lien entre la DUI et la détermination du sexe étant encore flou, trois approches ont été proposées pour aider à le démystifier, chacune des approches constituant un chapitre de cette thèse. Les deux premiers chapitres se sont concentrés sur des espèces de moules d’eau douce de l’ordre des Unionida, où une corrélation entre gonochorisme et DUI et hermaphroditisme et SMI (« Strictly Maternally Inheritance » ou transmission strictement maternelle) a été décrite. La première approche consistait à produire une analyse transcriptomique comparative entre les gonades mâles et femelles de deux espèces à DUI gonochoriques, Venustaconcha ellipsiformis et Utterbackia peninsularis (famille Unionidae), pour mieux comprendre les mécanismes sous-jacents à la détermination du sexe et à la DUI chez ces bivalves. Cette étude a révélé 12 000 gènes orthologues, avec 2 583 gènes différentiellement exprimés chez les deux espèces, dont les gènes Sry, Dmrt1 et Foxl2 connus pour être des éléments clés dans la détermination du sexe chez les vertébrés et d’autres bivalves. Nos résultats ont aussi été comparés avec d’autres espèces à DUI, notamment avec la palourde marine Ruditapes philippinarum, pour identifier des éléments partagés entre des espèces éloignées qui pourraient être responsables de la régulation de la DUI. Globalement, ces résultats corroborent l'hypothèse selon laquelle un mécanisme d'ubiquitination modifié pourrait être responsable de la rétention de l'ADNmt paternel chez les bivalves mâles. Les analyses ont aussi révélé que la méthylation de l'ADN pourrait être impliquée dans la régulation de la DUI. Une deuxième analyse transcriptomique comparative a été réalisée afin de discerner les mécanismes sous-jacents à la détermination du sexe et à la DUI, mais cette fois-ci entre l’espèce à DUI gonochorique U. peninsularis et l’espèce proche parente à SMI hermaphrodite U. imbecillis. Cette étude a permis de supporter l’hypothèse d’une implication des mécanismes d’ubiquitination et de méthylation dans la régulation de la DUI, ainsi que de confirmer un rôle des gènes conservés liés à la détermination du sexe également chez les bivalves hermaphrodites. Nos résultats ont également révélé de nouveaux gènes candidats ayant des rôles potentiels dans la DUI, y compris des nucléases et des facteurs impliqués dans l’autophagie / mitophagie. Finalement, afin d’identifier des éléments génétiques mitochondriaux qui pourraient faire partie des mécanismes sous-jacents à la DUI et la détermination du sexe chez les bivalves, nous avons séquencé les ADNmt F et M complets de deux nouvelles espèces à DUI de deux familles de l’ordre des Venerida, Scrobicularia plana (famille Semelidae) et Limecola balthica (famille Tellinidae). En effet, la description complète des ADNmt chez les espèces à DUI a été effectuée chez plusieurs espèces de moules d’eau douce (ordre Unionoida), mais peu d’espèces l’ont été pour les ordres Mytilida et Venerida. Ces études sont essentielles pour retracer des signatures génétiques mitochondriales partagées par différentes espèces à DUI. Nos résultats ont révélé les plus grosses différences de taille (>10kb) et de divergence nucléotidique (jusqu’à 50% de divergence) entre les ADNmt M et F, parmi toutes les espèces à DUI. Ces différences de taille sont principalement dues à une immense insertion (>3.5kb) dans la séquence du gène cox2 du génome mitochondrial M, chez nos deux espèces, un trait précédemment décrit chez les moules d’eau douce. Le gène cox2 des mâles de S. plana est la plus longue séquence à travers le règne animal. Une autre fonctionnalité importante portés par les ADNmt F et M est la présence de nouveaux gènes spécifiques au sexe, comme reportée chez toutes les autres espèces à DUI jsuqu’à maintenant. Les résultats combinés de cette thèse soutiennent le partage de plusieurs éléments génétiques clés entre les espèces à DUI. De plus, un parallèle avec le système CMS (« Cytoplasmic Male Sterility » ou stérilité cytoplasmique mâle) chez les plantes, les seuls autres organismes possédant un déterminisme sexuel qui implique les mitochondries, est proposé pour expliquer le rôle de l’ADNmt dans la détermination du sexe chez les espèces de bivalves à DUI. / Sexual systems and sex determining mechanisms described among animals are extraordinarily diverses. This amazing diversity is present in bivalves where both environment and genetic factors occur, leading to, among others, gonochoric and simultaneous or sequential hermaphroditic species. The most impressive discovery is a sex-determining system that would involve mitochondria. Specifically, a unique mitochondrial DNA inheritance system, known as Doubly Uniparental Inheritance (DUI), would be related to the maintenance of gonochorism in some bivalve species. DUI involves two mitochondrial DNA lineages, one that is maternally transmitted (F mtDNA) to females and males, and the other that is transmitted paternally (M mtDNA) to males only. The F and M mtDNAs, in DUI species, are characterized by unique traits, such as a modification of the cox2 gene, or the presence of new genes associated with each of the mitochondrial genomes (sex-specific genes) that have a function other than energy production, unlike other typical mitochondrial genes. Since the link between DUI and sex determination is still unclear, three approaches have been proposed to help demystify it, with each of the approaches constituting a chapter of this thesis. The first two chapters focused on freshwater mussel species of the order Unionida, where a correlation between gonochorism and DUI and hermaphroditism and SMI (Strictly Maternally Inheritance) was described. The first approach was to produce a comparative transcriptomic analysis between the male and female gonads of two gonochoric DUI species; Venustaconcha ellipsiformis and Utterbackia peninsularis (Unionidae family), to better understand the mechanisms underlying sex determination and DUI in these bivalves. This study revealed 12,000 orthologous genes, with 2 583 genes differentially expressed in both species, including Sry, Dmrt1, and Foxl2 known to be key sex-determining genes in vertebrates and other bivalve species. Our results were also compared with other DUI species, including the marine clam Ruditapes philippinarum, to identify shared elements between distant species that may be responsible for DUI regulation. Overall, these results support the hypothesis that a modified ubiquitination mechanism may be responsible for the retention of paternal mtDNA in male bivalves. The analyzes also revealed that DNA methylation could be involved in DUI regulation. 7 A second comparative transcriptomic analysis was performed to discern the mechanisms underlying sex determination and DUI between the gonochoric DUI species, U. peninsularis, and the closely related SMI hermaphroditic species, U. imbecillis. This study supported the hypothesis of an involvement of ubiquitination and methylation mechanisms in DUI regulation, as well as confirmed a role of conserved genes related to sex determination in hermaphroditic bivalves. Our results also revealed novel candidate genes with potential roles in DUI, including nucleases and factors involved in autophagy / mitophagy mechanisms. Finally, to identify mitochondrial genetic elements that could be part of the mechanisms underlying DUI and sex determination in bivalves, we sequenced the complete F and M mtDNAs of two new DUI species, from two families of the order Venerida; Scrobicularia plana (Semelidae family) and Limecola balthica (Tellinidae family). The complete description of mtDNAs in DUI species has been carried out for several species of freshwater mussels (Unionoida order), but very few species have been described for the orders Mytilida and Venerida. Such studies are essential for tracing mitochondrial genetic signatures shared by different DUI species. Our results revealed the largest differences in size (>10kb) and nucleotide divergence (up to 50% divergence) between M and F mtDNAs, among all DUI species. These differences in size are mainly due to a huge insertion (> 3.5kb) in the cox2 gene of the M mtDNA from both species, a trait previously described in freshwater mussels. The cox2 gene in S. plana males represents the longest cox2 sequence across the animal kingdom. Another important feature of F and M mtDNAs is the presence of new sex-specific genes, as reported in all other DUI species so far. The combined results of this thesis support the sharing of several key genetic elements among DUI species. In addition, a parallel with the Cytoplasmic Male Sterility (CMS) system in plants, the only other organisms with a sex determination system that involves mitochondria, is proposed to explain the role of mtDNA in sex determination in DUI bivalve species.