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.

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Durant le développement préimplantatoire, les défauts de ségrégation des chromosomes conduisent à l'héritage d'un nombre incorrect de chromosomes, connu sous le nom d'aneuploïdie, qui provoque l'infertilité. L’imagerie à intervalle du développement préimplantatoire est introduite pour sélectionner le meilleur embryon et des efforts sont en cours pour utiliser l'imagerie non invasive pour identifier les ovocytes euploïdes en métaphase-II comme prédicteur de la viabilité future de l'embryon. Il est déjà bien établi que les ovocytes de mammifères en métaphase-II subissent des mouvements cytoplasmiques stéréotypés qui peuvent être visualisés par imagerie non invasive à fond clair à intervalle, appelée « flux cytoplasmique ». Ici, nous avons émis l'hypothèse que le flux cytoplasmique pourrait être affecté par le statut de ploïdie de l'ovule et donc être un outil de sélection utile pour sélectionner les ovules euploïdes de manière non invasive. Nous avons développé des conditions pour générer des ovules euploïdes et aneuploïdes à partir du même bassin d'ovocytes sains. Nous avons ensuite utilisé la microscopie d'imagerie en temps réel DIC, permettant de visualiser et de mesurer le flux cytoplasmique sans manipulation de l'ovule. Les mouvements cytoplasmiques ont été liés au statut de ploïdie pour chaque ovule individuel par immunofluorescence. Nos résultats montrent qu'il n'y a pas de différence de flux cytoplasmique entre les ovules euploïdes et aneuploïdes. Nos données démontrent que l'état de la ploïdie n'a pas d'impact sur les mouvements cytoplasmiques, suggérant que l'utilisation d'une imagerie non invasive pour essayer de distinguer l'état de la ploïdie entre des ovocytes autrement sains sera difficile. / Chromosome segregation errors during early development lead to inheritance of incorrect number of chromosomes, known as aneuploidy, which causes infertility and birth defects. Time-lapse microscopy of preimplantation development is being widely introduced with the aim of selecting the best embryo and efforts to use non-invasive brightfield imaging to identify euploid oocytes at metaphase-II as a predictor of future embryo viability are underway. It is already well established that mammalian metaphase-II oocytes undergo stereotyped cytoplasmic movements that can be visualised by non-invasive brightfield timelapse imaging, termed “cytoplasmic flow”. Here, we hypothesised that this cytoplasmic flow might be affected by ploidy status of the egg and therefore be a useful selection tool to select euploid eggs non-invasively. To address this, we developed conditions to generate euploid and aneuploid eggs from the same pool of otherwise healthy oocytes. We then used DIC live-imaging microscopy, which allowed us to visualise and measure flow without any manipulation to the egg. Importantly, individual eggs were scored for their ploidy status by immunofluorescence, so that cytoplasmic movements could be related to ploidy on an egg-by-egg basis. Our results show that there is no difference in cytoplasmic flow between euploid and aneuploid eggs. Therefore, our data demonstrates that ploidy status does not impact biologically relevant stereotyped cytoplasmic movements, suggesting that using non-invasive imaging to try to distinguish ploidy status between otherwise healthy oocytes will be challenging.

Le rythme impressionnant auquel les technologies de séquençage progressent est alimenté par leur promesse de révolutionner les soins de santé et la recherche biomédicale. Le séquençage par nanopores est devenu une technologie attrayante pour résoudre des lacunes des technologies précédentes, mais aussi pour élargir nos connaissances sur le transcriptome en générant des lectures longues qui simplifient l’assemblage et la détection de grandes variations structurelles. Au cours du processus de séquençage, les nanopores mesurent les signaux de courant électrique représentant les bases (A, C, G, T) qui se déplacent à travers chaque nanopore. Tous les nanopores produisent simultanément des signaux qui peuvent être analysés en temps réel et traduits en bases par le processus d’appel de bases. Malgré la réduction du coût de séquençage et la portabilité des séquenceurs, le taux d’erreur de l’appel de base entrave leur mise en oeuvre dans la recherche biomédicale. Le but de ce mémoire est de classifier des séquences d’ARNm individuelles en différents groupes d’isoformes via l’élucidation de motifs communs dans leur signal brut. Nous proposons d’utiliser l’algorithme de déformation temporelle dynamique (DTW) pour l’alignement de séquences combiné à la technologie nanopore afin de contourner directement le processus d’appel de base. Nous avons exploré de nouvelles stratégies pour démontrer l’impact de différents segments du signal sur la classification des signaux. Nous avons effectué des analyses comparatives pour suggérer des paramètres qui augmentent la performance de classification et orientent les analyses futures sur les données brutes du séquençage par nanopores. / The impressive rate at which sequencing technologies are progressing is fueled by their promise to revolutionize healthcare and biomedical research. Nanopore sequencing has become an attractive technology to address shortcomings of previous technologies, but also to expand our knowledge of the transcriptome by generating long reads that simplify assembly and detection of large structural variations. During the sequencing process, the nanopores measure electrical current signals representing the bases (A, C, G, T) moving through each nanopore. All nanopores simultaneously produce signals that can be analyzed in real time and translated into bases by the base calling process. Despite the reduction in sequencing cost and the portability of sequencers, the base call error rate hampers their implementation in biomedical research. The aim of this project is to classify individual mRNA sequences into different groups of isoforms through the elucidation of common motifs in their raw signal. We propose to use the dynamic time warping (DTW) algorithm for sequence alignment combined with nanopore technology to directly bypass the basic calling process. We explored new strategies to demonstrate the impact of different signal segments on signal classification. We performed comparative analyzes to suggest parameters that increase classification performance and guide future analyzes on raw nanopore sequencing data.

Virtuellement toutes les plantes hébergent des champignons et des bactéries endosymbiontes (endophytes). Ces microorganismes façonnent le développement de leur hôte et peuvent inhiber des phytopathogènes. Au niveau moléculaire, les interactions plante-endophyte sont médiées par des molécules secrétées y compris des protéines et métabolites secondaires. Au cours des dernières années, la recherche d’endophytes a augmenté chez nombreux plantes, cependant chez les Ericaceae les endophytes ne sont pas bien connus. Alors, on s’est mis à investiguer les endophytes racinaires de la canneberge, une plante membre d’Ericaceae native de l’Amérique du Nord. On a échantillonné quatre plants provenant d’une ferme commerciale organique. Au total, 30 souches fongiques et 25 bactériens ont été isolés. Les bactéries Pseudomonas sp. EB212, Bacillus sp. EB213 et EB214; et les champignons Hyaloscypha sp. EC200, Pezicula sp. EC205 et Phialocephala sp. EC208 ont supprimé la croissance de cinq pathogènes de la canneberge, incluant Godronia cassandrae, un champignon causant la pourriture des fruits de la canneberge au Québec. EB213 a été capable de promouvoir légèrement la croissance de plantules de la canneberge. En performant des techniques microscopiques, on a constaté l’habileté de EC200, EC205 et EC208 à coloniser internement les racines des plantules de la canneberge. De plus, les génomes de ces champignons ont été séquencés, assemblés et annotés. Les analyses génomiques se sont concentrées sur les protéines secrétées et les groupes des gènes impliqués dans la biosynthèse (GGB). On a trouvé un large répertoire de gènes codant pour des enzymes qui métabolisent les carbohydrates et d’autres codant pour des protéases. Les deux groupes d’enzymes seraient utiles à dégrader de la matière organique pour libérer des nutriments. Aussi bien, ces enzymes pourraient faciliter la colonisation des racines de la plante hôte. De plus, on a prédit des nombreuses protéines effectrices qui assisteraient les endophytes à éviter l’activation du système immunitaire des plants. A noter que parmi les GGB inférés dans les génomes de EC200, EC205 et EC208, environ 90% ne sont pas caractérisés. Finalement, on a performé des analyses transcriptomiques pour élucider la réponse de EC200, EC205 et EC208 envers la présence de leur hôte, simulée par l’addition d’un extrait de canneberge au milieu de culture. Les conclusions majeures sont que les racines des plantes de la canneberge qui ont été échantillonnées sont dominées par des microorganismes avec l’habileté d’inhiber des phytopathogènes ; et que les génomes de EC200, EC205 et EC208 codent pour un grand répertoire de protéines qui pourraient être liées aux interactions plante-endophyte. / Virtually all plants host fungal and bacterial endosymbionts (endophytes). These microbes shape plant development and may inhibit phytopathogens. At the molecular level, plant-endophyte interactions are mediated by secreted compounds, including proteins and secondary metabolites. While endophytes are increasingly studied in diverse plants, little is known about their presence in Ericaceae. Therefore, we set out to investigate the root endophytes of cranberry, an ericacean member native to North America. We sampled endophytes from four plants grown on an organic farm. In total, 30 fungal and 25 bacterial strains were isolated and identified. A subset of these, notably Pseudomonas sp. EB212, Bacillus sp. EB213 and EB214; and fungi Hyaloscypha sp. EC200, Pezicula sp. EC205, and Phialocephala sp. EC208, were tested for their ability to suppress phytopathogens. Altogether, they inhibited five cranberry pathogens, including Godronia cassandrae, an important cranberry fruit-rot agent in Quebec. EB213 was the only endophyte that increased the biomass of cranberry seedlings. Using microscopy techniques, we confirmed the ability of EC200, EC205, and EC208 to colonize cranberry roots internally. The genomes of these fungi were sequenced, assembled and annotated. Genomic analyses focused on secreted proteins and biosynthetic gene clusters (BGCs). We found an extensive repertoire of carbohydrate-active enzymes and proteases that could assist in recycling organic nutrients, rendering them accessible to plants; these enzymes may also facilitate root colonization. In addition, effector proteins were predicted; these molecules may assist endophytes to escape the plant immune system and favour colonization. We inferred 139 biosynthetic gene clusters (BGCs) across the three examined fungi. Remarkably, the product of around 90% of BGCs are unknown. Finally, transcriptomic analyses were performed to determine how EC200, EC205 and EC208 respond to the presence of cranberry, simulated by the addition of cranberry extract in the culture medium. The two major conclusions of this work are that the roots of the sampled cranberry plants are dominated by endophytes with biocontrol abilities, and that EC200, EC205 and EC208 encode a broad repertoire of proteins that could be involved in plant-endophyte interactions.

Le sommeil est un comportement qui occupe un tiers de notre vie. L'horaire, la durée, et la qualité du sommeil sont contrôlés par deux processus principaux : la régulation homéostatique du sommeil et l’horloge qui synchronise les rythmes circadiens internes. EPHA4 est une molécule d'adhésion cellulaire qui régule la neurotransmission et qui est exprimée dans des régions cérébrales impliquées dans la régulation circadienne et du sommeil. De manière intéressante, le gène EphA4 contient des éléments régulateurs des facteurs de transcription circadiens et les souris Clock mutantes voient leur expression d’EphA4 modifiée. De plus, les souris EphA4 knockout (KO) ont des rythmes circadiens d’activité locomotrice anormaux, moins de sommeil paradoxal dans la période de lumière, et une distribution des oscillations cérébrales du sommeil modifiée sur un cycle de 24 heures. Par conséquent, et étant donné que EPHA4 est crucial pour le neurodéveloppement, il convient d’explorer si les phénotypes du sommeil/circadiens observés chez les souris EphA4 KO proviennent d'effets sur le développement ou des rôles d'EPHA4 dans la fonction neuronale adulte. Par ailleurs, les mécanismes de régulation transcriptionnelle d'EphA4 sont encore méconnus. Dans cette thèse, nous avons émis les hypothèses que i) l'expression du gène EphA4 ou de leurs ligands Éphrines (Efns) est régulée de manière circadienne ; et ii) que le modulateur de l’activité d’EPHA4 rhynchophylline (RHY) modifie le sommeil chez les souris adultes d'une manière qui ressemble au phénotype EphA4 KO. L'étude I montre que les facteurs de transcription de l’horloge (CLOCK/NPAS2 et BMAL1) activent la transcription via les éléments de réponse à l'ADN «boîtes E» trouvées dans les promoteurs putatifs d'EphA4, EfnB2 et EfnA3 in vitro. Cependant, les protéines EPHA4 et EFNB2 n’ont pas montré une oscillation circadienne dans le cortex préfrontal et les noyaux suprachiasmatiques (horloge principale) de souris. Dans le projet II, l'effet de RHY sur le sommeil a été étudié chez des souris mâles et femelles avec des enregistrements electroencéphalographiques. Nos données ont démontré que RHY prolonge le sommeil à onde lente, mais les effets sur le sommeil paradoxal dépendent de l’heure d’injection. RHY modifie aussi les oscillations cérébrales pendant l’éveil et le sommeil. Tous ces effets sont notablement plus marqués chez les femelles, ce qui souligne l’importance d’étudier les deux sexes lors des essais pharmacologiques. La transcriptomique spatiale cérébrale révèle que RHY modifie des transcrits liés à des réponses d’inflammation dans tout le cerveau, mais qu'elle affecte l'expression génique des neuropeptides associés à la régulation du sommeil et hypophysaires particulièrement dans l’hypothalamus. En outre, RHY affecte l'expression des gènes de la transcription/traduction de manière diffèrent selon l’heure d’injection. La première publication met en évidence que la régulation transcriptionnelle d’EphA4 et des Efns pourraient expliquer quelques-uns des phénotypes observés chez les souris KO. La deuxième publication démontre que RHY induit le sommeil chez la souris et souligne l’importance de caractériser des mécanismes inexplorés sous-jacents aux composés naturels. Décrire la régulation moléculaire du sommeil peut apporter des éclairages utiles pour la chronopharmacologie. / Sleep is a behavior which occupies a third of our lifetime. The schedule, the duration and the quality of sleep are controlled by two main processes: the homeostatic sleep regulation and the clock that synchronizes the internal circadian rhythm. EPHA4 is a cell adhesion molecule regulating neurotransmission and is expressed in brain centers regulating sleep and circadian rhythms. Interestingly, the EphA4 gene contains regulatory elements for circadian transcription factors, and Clock mutant mice have altered EphA4 expression. Moreover, EphA4 knockout mice (KO) have abnormal circadian rhythms of locomotor activity, less paradoxical sleep in the light period and altered sleep brain oscillations across the 24 hours. Given that EPHA4 is crucial for development, it should be investigated whether the sleep/circadian phenotypes observed in EphA4 KO originate from developmental effects or from roles of EPHA4 in adult neuronal function. Moreover, very little is known about the transcriptional regulation of EPHA4. Thus, the hypotheses of this thesis were that i) the gene expression of EphA4 or that of its ligands Ephrins (Efns) is regulated in a circadian manner; and ii) that the modulator of EPHA4 activity rhynchophylline (RHY) modifies sleep in adult mice in manners that resemble the EphA4 KO phenotype. Project I demonstrates that the clock transcription factors (CLOCK/NPAS2 et BMAL1) activate transcription via the DNA regulatory elements “E-boxes” found in the putative promoters of EphA4, EfnB2 and EfnA3 in vitro. Nevertheless, EPHA4 and EFNB2 proteins did not show a circadian oscillation in the mouse prefrontal cortex and suprachiasmatic nuclei (master clock). In project II, the effect of RHY on sleep was studied in male and female mice with electroencephalographic recordings. RHY extends slow wave sleep and effects on paradoxical sleep depended on the time-of-injection. RHY also modified the brain oscillations during wakefulness and sleep. Importantly, all these effects were larger in females, which highlights the need to consider both sexes in pharmacological studies. Brain spatial transcriptomics reveals that RHY modifies transcripts linked to inflammatory responses throughout the brain, while it affects transcripts linked to sleep regulation and pituitary responses particularly in the hypothalamus. Moreover, RHY affected the expression of genes for transcription/translation differently depending on the time of injection. The first publication underscores that the transcriptional regulation of EphA4 and Efns may underly some of the phenotypes observed in the KO mice. The second publication demonstrates that RHY induces sleep in mice, that it modifies brain activity associated to cognitive processes and highlights the importance of characterizing unexplored mechanisms of natural compounds. Describing the molecular regulation of sleep may provide useful insights for chronopharmacology.

La convergence, soit l'acquisition indépendante de phénotypes similaires, est un aspect intéressant de la diversité qui peut fournir des informations importantes sur la nature du changement évolutif. Dans les systèmes végétaux, les syndromes de pollinisation – combinaisons de traits floraux adaptés à leurs pollinisateurs – constituent de bons exemples de convergence se produisant sur les fleurs. Nous avons utilisé une approche globale incluant la morphologie cellulaire et la transcriptomique pour analyser la convergence de formes florales de deux syndromes de pollinisation trouvés dans les genres frères non Gesneria et Rhytidophyllum (Gesneriaceae), un groupe antillais qui contient environ 81 espèces avec différentes morphologies et stratégies de pollinisation variables dans leur degré de spécialisation écologique. Il a déjà été démontré que la forme des fleurs joue un rôle important dans l’évolution de ce groupe, qui présente de nombreuses transitions entre les stratégies de pollinisation. Nous avons testé la présence de convergence dans les forms de cellules de la corolle et dans l’expression des gènes de la corolle en utilisant (1) une analyse pour mesurer la forme des cellules de pétales matures à l’aide d’un modèle phylogénétique mixte et (2) une approche transcriptomique comparative combinant l'expression différentielle des gènes (DESEq2) et l'analyse de co-expression (WGCNA) de gènes exprimés dans certaines regions précises des pétales. Toutes les analyses ont pris en compte les relations phylogénétiques entre les espèces. Nous avons trouvé une anisotropie cellulaire convergente se produisant dans les régions distales des pétales au sein des espèces du même syndrome (forme). Nous avons également constaté une plus grande similarité dans les modèles d'expression génique entre les espèces d’un même syndrome qu'entre les espèces apparentées et avons produit une liste de 203 gènes potentiellement associés aux formes de fleurs convergentes. La convergence morphologique florale observée dans les syndromes de pollinisation des espèces étudiées se retrouve tant au niveau cellulaire qu'au niveau de l'expression. Les résultats présentés ici amplifient les informations de base sur la famille des Gesneriaceae pour les études futures sur la convergence et la forme florale dans le groupe. / Convergence, the independent acquisition of similar phenotypes, is an important aspect of diversity that can provide valuable insights about the nature of evolutionary change. In plants, pollination syndromes - combinations of floral traits adapted to their pollinators - make good examples of convergence occurring on flowers. We used a comprehensive approach that includes cell morphology and transcriptomics to analyze the floral shape convergence of two pollination syndromes found in the sister genera Gesneria and Rhytidophyllum (Gesneriaceae), an Antillean group that contains approximately 81 species with different morphologies and pollination strategies varying in their degree of ecological specialization. Flower shape has already been found to play an important role in the evolution of this group, which shows many transitions between pollination strategies. We tested convergence in the corolla cell shapes and in gene expression for the pollination syndromes using (1) cell measurement statistical analysis (Phylogenetic Mixed Model) of mature petals and (2) a comparative transcriptomic approach that combined differential gene expression (DESEq2) and co-expression analysis (WGCNA) in genes expressed in specific regions of the petals. All analyses took the phylogenetic relationships of the species into account. We found convergent cellular anisotropy occurring in the distal regions of the petals within species of the same syndrome (form). We also found greater similarity in gene expression patterns occurring among species of the same syndromes than between more closely related species and produced a list of 203 genes potentially associated with convergent flower forms. The floral morphological convergence observed in the pollination syndromes of the investigated species is paralleled both at the cellular and expression levels. The results shown here amplify the background information of the Gesneriaceae family for future studies of convergence and floral form in the group.

Contexte: Les champignons mycorhiziens à arbuscules (AMF) établissent des relations symbiotiques avec la plupart des plantes grâce à leurs réseaux d’hyphes qui s’associent avec les racines de leurs hôtes. De précédentes études ont révélé des niveaux de variation génétique extrêmes pour des loci spécifiques permettant de supposer que les AMF peuvent contenir des milliers de noyaux génétiquement divergents dans un même cytoplasme. Si aucun processus de reproduction sexuée n’a jusqu’ici été observé chez ces mycorhizes, on constate cependant que des niveaux élevés de variation génétique peuvent être maintenus à la fois par l’échange de noyaux entre hyphes et par des processus fréquents de recombinaison entre noyaux. Les AMF se propagent par l’intermédiaire de spores qui contiennent chacune un échantillon d’une population initiale de noyaux hétérogènes, directement hérités du mycélium parent. À notre connaissance les AMF sont les seuls organismes qui ne passent jamais par un stade mononucléaire, ce qui permet aux noyaux de diverger génétiquement dans un même cytoplasme. Ces aspects singuliers de la biologie des AMF rendent l’estimation de leur diversité génétique problématique. Ceci constitue un défi majeur pour les écologistes sur le terrain mais également pour les biologistes moléculaires dans leur laboratoire. Au-delà même des problématiques de diversité spécifique, l’amplitude du polymorphisme entre noyaux mycorhiziens est mal connue. Le travail proposé dans ce manuscrit de thèse explore donc les différents aspects de l’architecture génomique singulière des AMF. Résultats L’ampleur du polymorphisme intra-isolat a été déjà observée pour la grande sous-unité d’ARN ribosomal de l’isolat Glomus irregulare DAOM-197198 (précédemment identifié comme G. intraradices) et pour le gène de la polymerase1-like (PLS) de Glomus etunicatum isolat NPI. Dans un premier temps, nous avons pu confirmer ces résultats et nous avons également pu constater que ces variations étaient transcrites. Nous avons ensuite pu mettre en évidence la présence d’un goulot d’étranglement génétique au moment de la sporulation pour le locus PLS chez l’espèce G. etunicatum illustrant les importants effets d’échantillonnage qui se produisaient entre chaque génération de spore. Enfin, nous avons estimé la différentiation génétique des AMF en utilisant à la fois les réseaux de gènes appliqués aux données de séquençage haut-débit ainsi que cinq nouveaux marqueurs génomiques en copie unique. Ces analyses révèlent que la différenciation génomique est présente de manière systématique dans deux espèces (G. irregulare et G. diaphanum). Conclusions Les résultats de cette thèse fournissent des preuves supplémentaires en faveur du scénario d’une différenciation génomique entre noyaux au sein du même isolat mycorhizien. Ainsi, au moins trois membres du genre Glomus, G. irregulare, G. diaphanum and G. etunicatum, apparaissent comme des organismes dont l’organisation des génomes ne peut pas être décrit d’après un modèle Mendélien strict, ce qui corrobore l’hypothèse que les noyaux mycorhiziens génétiquement différenciés forment un pangenome. / Background: Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) are root-inhabiting fungi whose hyphal networks form symbioses with plants. Previous studies have revealed extremely high levels of genetic variation for some loci, which has lead to the proposition that AMF contain thousands of genetically divergent nuclei that share the same cytoplasm, i.e. they are heterokaryotic coenocytes. No reproductive stage has as yet been observed in AMF, yet evidence is accumulating that the observed high levels of diversity could be maintained by the exchange of nuclei between hyphal systems and (meiotic) recombination. AMF spores contain varying fractions of this heterogeneous population of nuclei, which migrate directly from the parent mycelium. To our knowledge, AMF are the only organisms that never pass through a single nucleus stage in their life cycle, which allows nuclei to diverge into genetically distinct nuclei within the same cytoplasm. Thus, estimating genetic diversity in arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) is a major challenge, not only for ecologists in the field but also for molecular biologists in the lab. It is unclear what the extent of polymorphism is in AMF genomes. The present thesis investigates different aspects of this peculiar genome organization. Results The second chapter in this thesis confirms the extensive intra-isolate polymorphism that was previously observed for large subunit rDNA (in G. irregulare DAOM-197198) and the polymerase1-like gene, PLS (in G. etunicatum), and shows that this polymorphism is transcribed. In the third chapter I report the presence of a bottleneck of genetic variation at sporulation for the PLS locus, in G. etunicatum. Analyses in the fourth chapter, based on a conservative network-based clustering approach and five novel single copy genomic markers, reveal extensive genome-wide patterns of diversity in two different AMF species (G. irregulare and G. diaphanum). Conclusions The results from this thesis provide additional evidence in favor of genome differentiation between nuclei in the same isolate for AMF. Thus, at least three members of the Glomus genus, G. irregulare, G. diaphanum and G. etunicatum appear to be organisms whose genome organization cannot be described by a single genome sequence: genetically differentiated nuclei in AMF form a pangenome.

Contexte: Les champignons mycorhiziens à arbuscules (AMF) établissent des relations symbiotiques avec la plupart des plantes grâce à leurs réseaux d’hyphes qui s’associent avec les racines de leurs hôtes. De précédentes études ont révélé des niveaux de variation génétique extrêmes pour des loci spécifiques permettant de supposer que les AMF peuvent contenir des milliers de noyaux génétiquement divergents dans un même cytoplasme. Si aucun processus de reproduction sexuée n’a jusqu’ici été observé chez ces mycorhizes, on constate cependant que des niveaux élevés de variation génétique peuvent être maintenus à la fois par l’échange de noyaux entre hyphes et par des processus fréquents de recombinaison entre noyaux. Les AMF se propagent par l’intermédiaire de spores qui contiennent chacune un échantillon d’une population initiale de noyaux hétérogènes, directement hérités du mycélium parent. À notre connaissance les AMF sont les seuls organismes qui ne passent jamais par un stade mononucléaire, ce qui permet aux noyaux de diverger génétiquement dans un même cytoplasme. Ces aspects singuliers de la biologie des AMF rendent l’estimation de leur diversité génétique problématique. Ceci constitue un défi majeur pour les écologistes sur le terrain mais également pour les biologistes moléculaires dans leur laboratoire. Au-delà même des problématiques de diversité spécifique, l’amplitude du polymorphisme entre noyaux mycorhiziens est mal connue. Le travail proposé dans ce manuscrit de thèse explore donc les différents aspects de l’architecture génomique singulière des AMF. Résultats L’ampleur du polymorphisme intra-isolat a été déjà observée pour la grande sous-unité d’ARN ribosomal de l’isolat Glomus irregulare DAOM-197198 (précédemment identifié comme G. intraradices) et pour le gène de la polymerase1-like (PLS) de Glomus etunicatum isolat NPI. Dans un premier temps, nous avons pu confirmer ces résultats et nous avons également pu constater que ces variations étaient transcrites. Nous avons ensuite pu mettre en évidence la présence d’un goulot d’étranglement génétique au moment de la sporulation pour le locus PLS chez l’espèce G. etunicatum illustrant les importants effets d’échantillonnage qui se produisaient entre chaque génération de spore. Enfin, nous avons estimé la différentiation génétique des AMF en utilisant à la fois les réseaux de gènes appliqués aux données de séquençage haut-débit ainsi que cinq nouveaux marqueurs génomiques en copie unique. Ces analyses révèlent que la différenciation génomique est présente de manière systématique dans deux espèces (G. irregulare et G. diaphanum). Conclusions Les résultats de cette thèse fournissent des preuves supplémentaires en faveur du scénario d’une différenciation génomique entre noyaux au sein du même isolat mycorhizien. Ainsi, au moins trois membres du genre Glomus, G. irregulare, G. diaphanum and G. etunicatum, apparaissent comme des organismes dont l’organisation des génomes ne peut pas être décrit d’après un modèle Mendélien strict, ce qui corrobore l’hypothèse que les noyaux mycorhiziens génétiquement différenciés forment un pangenome. / Background: Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) are root-inhabiting fungi whose hyphal networks form symbioses with plants. Previous studies have revealed extremely high levels of genetic variation for some loci, which has lead to the proposition that AMF contain thousands of genetically divergent nuclei that share the same cytoplasm, i.e. they are heterokaryotic coenocytes. No reproductive stage has as yet been observed in AMF, yet evidence is accumulating that the observed high levels of diversity could be maintained by the exchange of nuclei between hyphal systems and (meiotic) recombination. AMF spores contain varying fractions of this heterogeneous population of nuclei, which migrate directly from the parent mycelium. To our knowledge, AMF are the only organisms that never pass through a single nucleus stage in their life cycle, which allows nuclei to diverge into genetically distinct nuclei within the same cytoplasm. Thus, estimating genetic diversity in arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) is a major challenge, not only for ecologists in the field but also for molecular biologists in the lab. It is unclear what the extent of polymorphism is in AMF genomes. The present thesis investigates different aspects of this peculiar genome organization. Results The second chapter in this thesis confirms the extensive intra-isolate polymorphism that was previously observed for large subunit rDNA (in G. irregulare DAOM-197198) and the polymerase1-like gene, PLS (in G. etunicatum), and shows that this polymorphism is transcribed. In the third chapter I report the presence of a bottleneck of genetic variation at sporulation for the PLS locus, in G. etunicatum. Analyses in the fourth chapter, based on a conservative network-based clustering approach and five novel single copy genomic markers, reveal extensive genome-wide patterns of diversity in two different AMF species (G. irregulare and G. diaphanum). Conclusions The results from this thesis provide additional evidence in favor of genome differentiation between nuclei in the same isolate for AMF. Thus, at least three members of the Glomus genus, G. irregulare, G. diaphanum and G. etunicatum appear to be organisms whose genome organization cannot be described by a single genome sequence: genetically differentiated nuclei in AMF form a pangenome.