L'analyse par réseau de co-expression de gènes est un outil entré il y a 15 ans dans l'ensemble des outils disponibles pour l'analyse transcriptomique. En étudiant la variation de synchronisation de l'expression des gènes, cet outil permet de révéler de nouveaux gènes impliqués dans des maladies ou phénotypes dont l'expression seule n'est pas significativement différente. Il est également capable de détecter des groupes de gènes, ou modules, interagissant préférentiellement et sur lesquels il est possible d'effectuer une exploration étendue. Il est ainsi possible d'utiliser des méthodes avec injection de connaissance préalable comme l'enrichissement de gènes ou l'association phénotypique, ou des méthodes guidées par les données comme l'analyse topologique ou la co-expression différentielle. Pourtant, ce type d'analyse reste sous exploitée actuellement par rapport à son potentiel, et notamment dans certaines maladies ou phénotypes où l'altération est une désorganisation du système comme le vieillissement. Afin de faciliter à tout chercheur l'emploi de cette méthode, un progiciel R disponible sur Bioconductor et nommé GWENA a été développé. Organisé comme un pipeline d'analyse simplifié et allant de la construction du réseau jusqu'à l'aide à l'interprétation des modules entre différentes conditions, c'est également le seul pipeline actuel à intégrer la co-expression différentielle. Pour assister l'utilisateur, il comprend de nombreux avertissements sur l'intégrité des données rentrées et sur la plausibilité des résultats. Afin d'éviter de devoir recourir à d'autres logiciels, il contient également un système de visualisation des réseaux. Enfin, GWENA est un outil dont l'architecture modulaire lui permettra d'évoluer avec le temps. L'efficacité de GWENA a été démontrée dans une première étude du vieillissement du muscle squelettique humain où un sous ensemble de gènes a été priorisé pour l'étude de la sarcopénie. Il a également permis de préciser une topologie du réseau spécifique du vieillissement et observée auparavant : la perte de connectivité du réseau, ou déconnexion. En effet, parallèlement à la déconnexion, il a été constaté grâce à GWENA une reconnexion locale située au niveau des gènes pivots. Pour étudier cette topologie à large échelle, l'analyse a été répétée sur un ensemble élargi de tissus humains. Par un recoupement des modules différentiellement exprimés, des phénomènes communs du vieillissement entre tissus sont apparus ainsi que des phénomènes spécifiques à certains tissus. L'analyse topologique, notamment de la déconnexion, des gènes inclus dans ces recoupements pour deux exemples, un phénomène commun et un phénomène spécifique, a à son tour permis la priorisation de gènes encore mal étudiés ou inconnus dans ces phénomènes. En finalité, les travaux présentés au cours de cette thèse auront amené à la création d'un outil utile à la communauté de biologistes comme bio-informaticiens pour faciliter l'accès à une analyse à a haut potentiel dans l'analyse du vieillissement et toute autre condition, notamment celles axées sur la dérégulation de l'expression systémique. / Gene co-expression network analysis is a tool that entered the transcriptomics analysis toolbox 15 years ago. By studying the variation in the synchronization of gene expression, this tool can reveal new genes involved in diseases or phenotypes whose expression alone is not significantly different. It is also able to detect groups of genes, or modules, that interact preferentially and on which it is possible to carry out an extended exploration. It is therefore possible to use knowledge-driven methods such as gene enrichment or phenotypic association, or data-driven methods such as topological analysis or differential co-expression. Nevertheless, this type of analysis is currently under-exploited compared to its potential, especially in certain diseases or phenotypes where the alteration is a disorganization of the system such as aging. In order to facilitate the use of this method by any researcher, an R software package available on Bioconductor and named GWENA has been developed. Organized as a simplified analysis pipeline from the construction of the network to the interpretation of the modules between different conditions, it is also the only current pipeline to integrate the differential co-expression. To assist the user, it includes numerous warnings about the integrity of the data entered and the plausibility of the results. In order to avoid having to use other software, it also contains a network visualization system. Finally, GWENA is a tool whose modular architecture allows it to evolve overtime. The effectiveness of GWENA has been demonstrated in a first study of human skeletal muscle aging, where a subset of genes was prioritized for the study of sarcopenia. It also allowed to clarify a network topology specific to aging and previously observed: the loss of network connectivity, or disconnection. Indeed, in parallel to the disconnection, a local reconnection located at the level of hub genes was observed thanks to GWENA. To study this topology on a large scale, the analysis was repeated on an extended set of human tissues. By cross-referencing differentially expressed modules, common aging phenomena between tissues were identified as well as tissue-specific phenomena. Topological analysis, including disconnection, of the genes included in these overlaps for two examples, a common and a specific phenomenon, in turn allowed the prioritization of genes still poorly studied or unknown in these phenomena. Overall, the work presented in this thesis will have led to the creation of a useful tool for the community of biologists as bioinformaticians to facilitate access to a high-potential analysis in the analysis of aging and any other condition, especially those focused on the deregulation of systemic expression.

En raison de la fonte pluriannuelle des glaces dans l'Océan Arctique et de la fonte de la calotte glaciaire du Groenland, les communautés microbiennes sont exposées à de plus grandes fluctuations de salinité au cours de la saison de croissance et dans de vastes zones géographiques. Les Eaux du Nord très productives ont subi des changements marqués dans les tendances saisonnières de la chlorophylle de surface observées grâce à la télédétection et les données in situ, mais l'interprétation de ces données en termes d'espèces reste difficile puisque la phénologie de la communauté et la variabilité spatio-temporelle sont encore inconnues. Il est essentiel de bien comprendre la dynamique des assemblages de phytoplancton et d'autres espèces microbiennes pour comprendre les réponses des écosystèmes face au changement global. De plus, les grandes fluctuations de salinité ou stress salin et le choc osmotique sont parmi les principaux facteurs environnementaux limitant la croissance et la productivité des plantes et des microorganismes. Pour combler ce manque de connaissance, nous avons premièrement appliqué le séquençage d'amplicon à haut débit pour étudier les communautés microbiennes d'eucaryotes arctiques d'été et d'automne des deux côtés du nord de la baie de Baffin sur plus de 12 ans (2005 à 2018). Ces communautés sont soumises à des régimes de stratification et de courants opposés. Deuxièmement, nous avons étudié la réponse transcriptionnelle d'une microalgue associée à la glace exposée à des salinités progressivement décroissantes afin de mieux comprendre la capacité génétique de cette algue à tolérer les fluctuations de salinité, ainsi que d'identifier les gènes de stress clés. Enfin, nous avons combiné une approche métagénomique comparative avec le séquençage des amplicons d'ARNr 18S pour étudier les capacités fonctionnelles, la diversité et la dynamique des microorganismes dans la colonne d'eau supérieure du nord de la baie de Baffin pendant deux étés consécutifs (2017-2018). Nous avons constaté que la saisonnalité était un facteur majeur déterminant les assemblages de communauté des eaux de surface estivales avec le complexe d'espèces Chaetoceros socialis-gelidus et Micromonas polaris dominant le phytoplancton, et les Alpha et Gammaproteobactéries dominant la communauté bactérienne. En automne, les dinoflagellés d'eau libre non-cultivés et non-décrits étaient favorisés. Nos résultats suggèrent que la production automnale de l'Arctique, due à des conditions d'eau libre plus longue, pourrait ne pas refléter une floraison printanière dominée par les diatomées, comme le prévoient certains scénarios des saisons sans glace plus longues. Par ailleurs, une réponse progressive et une adaptation spécifique aux conditions arctiques froides et salines ont été observées avec l'expression différentielle de plusieurs protéines antigel, comme la protéine de liaison à la glace et une acyl-estérase toutes deux impliquées dans l'adaptation au froid. Nos résultats suggèrent que la protéine de liaison à la glace peut également jouer un rôle crucial dans l'adaptation à un changement rapide de salinité et à la survie cellulaire. Par ailleurs, grâce à l'annotation fonctionnelle, nous avons examiné les gènes impliqués dans la protection des photosystèmes, la régulation osmotique et les protéines antigel, cruciales pour l'acclimatation à un environnement froid. L'utilisation de la génomique comparative permettrait de révéler les évolutions des familles de gènes conférant l'adaptation des microorganismes aux transitions entre eau salée et eau douce. Ce travail de thèse aura des implications non seulement pour l'Arctique où les communautés de surface sont soumises à de grandes fluctuations de salinité, de température et de lumière, mais il contribuera également aux connaissances fondamentales dans les domaines de la production de biocarburants et de la prévision des efflorescences algales potentiellement nuisibles. / As the Arctic Ocean freshens due to multiyear ice and Greenland Ice Sheet melt, the microbial communities are being exposed to greater salinity fluctuations over the growth season and across wide geographic areas. Although remote sensing and limited in situ data have shown that the highly productive North Water has undergone marked changes in the seasonal patterns of surface chlorophyll. Interpreting this data in terms assemblages of species is difficult since the community phenology and spatiotemporal variability is unknown. Understanding the dynamics of phytoplankton and other microbial species assemblages is critical to understand ecosystem responses to global change. Moreover, greater salinity fluctuations or salt stress and osmotic shock are among the main environmental factors limiting the growth and productivity of plants and microorganisms. To address this knowledge gap, firstly, high throughput amplicon sequencing was applied to investigate summer-fall Arctic microbial communities from two sides of Northern Baffin Bay over 12 years (2005 to 2018), that are subjected to very different stratification and major current regimes. Secondly, we investigated the transcriptional response of an ice-associated microalga exposed to progressively decreasing salinities to gain a deeper understanding of the genetic capacity of this alga to tolerate salinity fluctuations, as well as to identify key stress genes. And lastly, we combined comparative metagenomic approach with 18S rRNA amplicon sequencing to investigate the functional capacities, diversity and dynamics of the microorganisms in upper water column of the Northern Baffin Bay during two consecutive summers (2017-2018). We found that seasonality was a major factor determining communities with summer species complex Chaetoceros socialis-gelidus and Micromonaspolaris dominating phytoplankton and Alpha and Gammaproteobacteria dominating bacterial community. In autumn uncultured undescribed open water dinoflagellates were favored. Our results suggest that Arctic autumn production due to longer open water conditions may not mirror a diatom dominated spring bloom as projected in some scenarios of longer ice-free seasons. Furthermore, a gradual response and specific adaptation to cold saline Arctic conditions were seen with differential expression of several antifreeze proteins, an ice-binding protein and acyl-esterase involved in cold adaptation. Our results suggest that ice-binding protein may also have a crucial role for the adaptation of a rapid change of salinity, by providing survival advantage to the cells. Moreover, through functional annotation, we examined potential genes involved in photosystem protection, osmotic regulation and antifreeze proteins, to be crucial for acclimatization to cold environment. The use of comparative genomics would reveal evolutions of gene families conferring adaptation of microorganisms to transitions between salt and fresh water. The combination of these several methodologies provides invaluable insights into the composition, the metabolic repertoire and putative functional profile of a microbial assemblage. This thesis work will have implications not only for the Arctic where surface communities are subject to large fluctuations in salinity and light but will also contribute to fundamental knowledge in the fields of biofuel production and harmful algal bloom prediction.

Les programmes de développement font appel à l'expression coordonnée de milliers de gènes, à laquelle le RNA-seq nous donne maintenant accès.Quelles différences d'expression sous-tendent les différences de programmes de développement, (i)entre organes similaires d'une même espèce ? (ii) entre organes homologues dans des espèces différentes ? Alors que d'autres études s'intéressent à des gènes maîtres régulateurs, je me suis intéressée au transcriptome pris dans son ensemble, dans ce qu'il peut nous apporter pour comprendre les différences de programme de développement en relation avec la morphologie finale. Notre modèle est le développement des molaires inférieure et supérieure chez les rongeurs, pour lesquelles nous avons obtenus des séries transcriptomiques de germes dentaires complets ou de germe coupés en deux.La majeure partie de la variation dans ces données correspond à un signal temporel qui est observé pour organes complets au cours du développement, mais aussi plus finement entre réplicats et enfin au niveau de dents coupées en deux.Le deuxième patron de variation est la différence entre la molaire inférieure et supérieure.Nous avons mis en évidence que le transcriptome reflète les proportions relatives de tissus qui le composent et nous renseigne sur des différences de population de cellules constituant chaque molaire. Ainsi les molaires de souris diffèrent entre elles par leur composition relative en mésenchyme et en tissu de cuspides.Puis nous avons montré que les spécificités des programmes inf/sup sont conservées chez la souris et le hamster. Cependant, les différences transcriptomiques entre ces deux espèces ne corrèlent pas avec les différences morphologiques, même dans le cas où la morphologie est similaire. Cette évolution rapide des profils temporels d'expression est compatible avec un phénomène de dérive développementale.Enfin, je me suis intéressée à l'identité bucco-lingual (BL) des molaires, car les cuspides supplémentaires de la molaire sup de souris se forment côté lingual. Nous avons montré que le côté lingual a sa propre identité et que les différences d'expression BL sont plus fortes dans la molaire sup de souris. Enfin, les perspectives de ces travaux seront de comprendre les modifications du programme développemental qui différencient les molaires sup de souris et de hamster, en s'appuyant en plus sur les données BL, afin de comprendre comment la molaire sup de souris développe 2 cuspides linguales supplémentaires. / Developmental programs are the result of the coordinate expression of thousands of genes which is nowadays accessible through RNA-sequencing.Which differences in expression levels underlie differences in developmental programs, (i) betweensimilar organs of the same species? (ii) between homologous organs in different species?While others studies have been focusing on master regulatory genes, I concentrated on transcriptomeas a whole to untangle the link between differences in developmental programs and differences in final morphologies. Our model of study is the development of rodent upper and lower first molars, for which we obtained transcriptomes for either whole molar germs at different stages of development or molar germs cut in half.The main variation in these data is a temporal signal which is present in whole organs, as in biological replicates and also in germ halves. The second pattern of variation is the difference between upper and lower molars. We evidenced that transcriptome reflects the relative tissue proportions composing the organ, thus it informed us on differences in cellular proportion between each molars. Thus mouse first molars differ in their relative proportion in mesenchyme and cusp tissue. Then, we showed that specificities of the upper/lower molar developmental programs are conserved between mouse and hamster. However, transcriptomic differences between species are not correlated to the morphological differences, even when the final morphology is similar (eg. the lower molar). This rapid evolution of expression profiles between species is consistent with a phenomenon known as Developmental System Drift (DSD).At last, I was interested in the identity of the buccal and lingual side (BL) of mouse molars, because the supplementary cusps of the mouse first upper molar are formed lingually. We evidenced that the lingual side has an identity of its own and that the differences of expression between buccal and lingual side are increased in mouse upper molar.Finally, the prospects for this work will be to understand the changes of the developmental program that differentiate mouse upper molar from hamster ones, relying more these BL data, to understand how the mouse first upper molar developed formed two supplementary lingual cusps.

Les moustiques génèrent une nuisance importante et sont notamment contrôlés grâce à des traitements insecticides. Aujourd'hui, les gîtes où se développent leurs larves sont souvent pollués par des xénobiotiques environnementaux (hydrocarbures, herbicides, pesticides, toxines naturelles...). Jusqu'à présent, l'impact de ces xénobiotiques sur la capacité des larves de moustiques à résister aux insecticides chimiques reste méconnu. Cette thèse vise à étudier la réponse des larves de d'Aedes aegypti aux xénobiotiques environnementaux et leur impact sur leur tolérance et résistance aux insecticides chimiques. Une première étude, sur le court terme, montre que des larves exposées pendant 24h à divers xénobiotiques deviennent plus tolérantes à vis à vis de différents insecticides chimiques (Poupardin et al. 2008). Des études biochimiques et transcriptomiques suggèrent que l'induction de certaines familles d'enzymes (e.g. P450s et GSTs) par ces xénobiotiques peut être liée à l'augmentation de tolérance des larves vis-à-vis de l'insecticide. Dans le but de mieux caractériser le profil transcriptionnel des précédents gènes candidats, des expérimentations complémentaires ont été faites à différents niveaux (Poupardin et al., 2010). Cette étude a montré que de nombreux gènes étaient préférentiellement transcrits dans des tissus fortement impliqués dans la détoxication de composés exogènes, essentiellement des CYP6. Elle révèle aussi que la transcription de ces P450s varie beaucoup au cours des différents stades de développement et qu'ils étaient induits à des faibles de doses de polluants avec un pic d'induction après 48 et 72 heures d'exposition. Ces études mettent en évidence le rôle potentiel des gènes de détoxication dans la réponse à l'exposition à des xénobiotiques et dans l'augmentation de tolérance aux insecticides chimiques. Concernant l'étude sur le long terme de l'impact des polluants sur la résistance des moustiques aux insecticides, la question est de savoir si les polluants trouvés dans l'environnement influencent la sélection de la résistance aux insecticides et si oui, favorisent-ils la sélection de gènes en particulier? Pour répondre à ces questions, trois souches d'Aedes aegypti ont été sélectionnées à la perméthrine. Ces souches sont exposées ou non à différents polluants avant sélection. Après 10 générations de sélection, des bioessais montrent une résistance de ces 3 souches vis-à-vis de la perméthrine. Aucune différence significative de niveau de résistance n'est observée entre les trois souches sélectionnées pour le moment. Pour identifier les gènes différentiellement transcrits dans ces souches, la puce "Agilent Aedes chip" développée par l'école de médecine tropicale de Liverpool (LSTM) et contenant 14200 transcrits a été utilisée. Les microarrays ont révélé que la présence de polluants ou insecticides résiduels pouvait affecter la sélection des mécanismes de résistance aux insecticides chimiques, notamment par la sélection de gènes particuliers codant pour des enzymes de détoxication (Poupardin et al, en préparation). D'une manière globale, cette thèse permettra de mieux comprendre l'impact de l'environnement chimique sur la résistance des moustiques aux insecticides et fournira de nouvelles pistes afin d'optimiser les traitements insecticides utilisés en démoustication.

La surface des vignobles mondiaux représente environ 7,9 millions ha, ce qui correspond à une production annuelle de 67 millions de tonnes de baies. La production mondiale annuelle de vins est de l’ordre de 300 millions hl/an. La surface du vignoble français est de 843 000 ha. La viticulture moderne doit affronter trois défis majeurs interdépendants : réduire l’utilisation des produits phytosanitaires, s'adapter au changement climatique, maîtriser la qualité et la typicité pour garder ou conquérir de nouveaux marchés.En 2007, la vigne est devenue la première espèce fruitière pérenne dont le génome a été séquencé. Cette avancée scientifique ouvre de nombreuses perspectives en termes de génomique fonctionnelle (ensemble de méthodes permettant de caractériser la fonction des gènes) et de biologie intégrative (ensemble de méthodes visant à appréhender le fonctionnement global de la plante et ses réponses à l’environnement). Ces perspectives dépendent pour une bonne part de la maîtrise de quantités importantes de données qu’il convient d’organiser et de corréler grâce à des outils informatiques adaptés.Des approches fonctionnelles concernant des gènes candidats et des approches transcriptomiques à haut débit ont permis d’identifier certains gènes ou certaines familles de gènes impliqués dans le développement et la maturation de la baie de raisin, mais au moment où cette thèse a débuté, aucun travail de biologie intégrative n’avait été entrepris.Le travail présenté ici, qui décrit l’obtention et l’analyse de métadonnées transcriptomiques et biochimiques portant sur la réponse de la baie à l’environnement radiatif, s’inscrit dans ce contexte. En procédant à un effeuillage partiel après la véraison, nous avons modulé l’exposition des baies au rayonnement solaire. Ceci a permis d’étudier l’influence du rayonnement (baie exposée, non exposée), de la position de la grappe (est, ouest) et de la position de la baie (à l’extérieur ou à l’intérieur de la grappe). Des baies ont été récoltées à 5 moments différents après l’effeuillage et utilisées pour des analyses métabolomiques et transcriptomiques. Leur contenu en sucres, acides organiques, acides aminés, anthocyanes et flavonols a été analysé par des dosages enzymatiques et par chromatographie liquide à haute performance). L’expression des gènes a été étudiée avec des microarrays représentatifs de l’ensemble du génome de la vigne (29600 gènes) pour les conditions présentant les différences métaboliques les plus marquées (baies exposées, situées à l’ouest et à l’extérieur de la grappe vs baies non exposées, situées à l’est et à l’intérieur de la grappe). Des analyses statistiques et corrélatives ont été conduites pour (a) déterminer les métabolites qui répondent au traitement et les facteurs qui les influencent (b) déterminer les gènes qui répondent aux traitements et ceux qui semblent co-régulés (c) préciser les réseaux de gènes et de métabolites qui semblent reliés. L’effeuillage n’affecte pas la teneur en sucres ou en acide tartrique des baies, il affecte peu les acides aminés, mais il augmente la teneur en flavonols et diminue la teneur en acide malique. Il affecte plus particulièrement les gènes associés au stress abiotique, au métabolisme secondaire, au transport et au métabolisme hormonal. Des expériences complémentaires ont permis d’identifier divers gènes spécifiquement associés à la composante thermique de l’exposition au soleil, parmi lequels des gènes codant pour des HSP, des transporteurs ABC, et des enzymes du métabolisme flavonoïdique. Des réseaux reliant des gènes et des métabolites ont pu être construits, qui associent des métabolites secondaires à des gènes de fonctions connues, ou à de nouveaux gènes candidats dont il conviendra d’étudier la fonction précise. / The total surface of vineyards worldwide is about 7.9 millions ha, which corresponds to an annual production of 67 millions tons berries. The annual world production of wines is about 300 millions hl/year. The French wineyard occupies 843 000 ha, among which 481 000 ha are dedicated to high quality wines (VQPRD) and 362 000 ha to table wines. Modern viticulture must deal with three major and related challenges : reduce the use of organic and inorganic phytochemicals, adapt the vineyard to climatic change and control the quality and the typicity in order to keep or gain new markets.In 2007, the grapevine became the first perennial fruit species whose genome was sequenced. This scientific breakthrough opens new pespectives in terms of functional genomics (set of methods allowing to characterize the function of genes) and integrative biology (set of methods allowing to study the global functioning of the plant and its response to the environment). These perspectives mainly depend on our ability to analyze large sets of data with adequate informatic tools.Functional approaches on candidate genes, and high throughput transcriptomic approaches have allowed to identify some genes or some gene families involved in the development and ripening of the grape berry, but when this Ph. D work started, no paper based on integrative biology was published on grapevine. The present work, which describes the collection and analysis of transcriptomic and metabolomic metadata related to the response of the berry to sun exposure. The exposure of the berries to the sun was controlled through a partial defoliation after veraison. This allowed to study the effects of sun exposure (exposed or shaded berries), of the position of the cluster (east, west) and of the anatomical position of the berry (outside or inside the berry). Berries were collected at 5 different time points after defoliation and used for metabolomic and transcriptomic analysis. Their content in sugars, amino acids, organic acids, anthocyanins and flavonols was analyzed by enzymatic assays and high performance liquid chromatography. For the berries whose metabolic content differed the most (exposed, west and outside berries vs shaded, east and inside berries), gene expression was studied with microarrays bearing a set of probes covering the whole genome of grapevine (29600 genes). Correlative and statistical analysis were conducted in order to (a) determine the metabolites that are the most responsive to the treatment, and the most important factors that control them (b) determine the genes that respond to the treatment and seem to be co-regulated (c) to precise the networks of genes and metabolites which seem related. Defoliation does not affect the sugar and tartaric acid contents, hardly affects amino acids, but it increases flavonol content and decreases malic acid content. It affects more specifically genes associated with abiotic stress, secondary metabolism, transport and hormonal metabolism. Additional experiments allowed us to identify genes that are specifically associated with the thermal component of sun exposure, among which genes encoding HSP, ABC transporters, and enzymes of flavonoid metabolism. Networks relating genes and metabolites could be constructed. These networks associate secondary metabolites with genes of known function and new candidate genes for which the function will have to be precised.

Xanthomonas oryzae pv. oryae (Xoo) est l'agent causal de la bactériose vasculaire du riz (BLB), maladie entraînant des pertes de rendement importantes dans la plupart des régions rizicoles, notamment en Afrique. La virulence des souches Asiatiques de Xoo dépend des effecteurs de la famille AvrBs3/PthA ou TAL (pour Transcription Activator-Like). Des études appro fondies sur le mode d'action des effecteurs TAL ont montré que l'activité de virulence ou d'avirulence que les TAL confèrent à la bactérie dépend essentiellement de leur interaction avec les gènes de sensibilité et/ou de résistance correspondants chez le riz. Les souches de Xoo originaires d'Afrique isolées récemment ne présentent que huit effecteurs de type TAL dans leur génome et leur rôle dans la virulence est jusqu'à présent inconnu. Les travaux de cette thèse ont porté sur la caractérisation des effecteurs de type TAL dans la souche africaine de Xoo BAI3. Une mutagenèse systématique par recombinaison homologue sur l'ensemble des huit gènes tal de la souche BAI3 a été effectuée et a conduit à l'identification et à la caractérisation du gène talC. TalC se caractérise par 21.5 répétitions et est phylogénétiquement proche des TAL de Xanthomonas oryzae pv. oryzicola (Xoc). Le mutant BAI3ΔtalC est incapable de développer les symptômes de la maladie sur plante sensible. Toutefois, les bactéries se multiplient très bien au niveau de l'apex foliaire proche du site d'inoculation, laissant supposer que TalC est requis pour la colonisation du système vasculaire. Parmi les cibles directes potentielles identifiées via l'analyse du transcriptome de feuilles de riz sensible (BAI3 versus BAI3ΔtalC), Os11N3 code une protéine de la famille des noduline-3 MtN3 et est fortement induit durant l'infection par la souche sauvage BAI3. Nous avons identifié dans la région promotrice de Os11N3 une séquence nucléotidique ciblée par TalC et démontré qu'elle était fonctionnelle via des expériences d'expression en trans dans N. benthamiana. Les travaux de cette thèse montrent pour la première fois que les effecteurs de type TAL contribuent de manière importante à la virulence de la souche africaine Xoo BAI3. Ces travaux contribueront à l'amélioration génétique des lignées de riz pour la résistance à la bactériose vasculaire du riz en Afrique. / Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) is the causal agent of Bacterial Leaf Blight (BLB) on rice, a serious disease causing important yield losses in the main rice growing regions including Africa. The virulence of Asian Xoo strains mainly depends on the type III effectors of avrBs3/pthA gene family, namely TAL (for Transcription Activator Like) effectors. In depth studies on the function of TAL effectors revealed that the virulence and/or the avirulence activities conferred by these effectors requires the binding and the induction of the corresponding S and/or R genes. African Xoo strains was shown to harbor 8 TAL effectors in their genomes. However, the contribution of these TAL effectors to Xoo virulence is still unknown. This work reports on the identification and characterization of TAL effectors in the African Xoo strain BAI3R. A random mutagenesis based on homologous recombination in the genes encoding TAL effector was conducted in Xoo str ain BAI3R and led to the identification of talC. TalC harbors 21.5 repeats in its central domain and is phylogenetically more related to TAL effectors of Xanthomonas oryzae pv. oryzicola (Xoc). The BAI3RΔtalC mutant is seriously impaired in its virulence on susceptible rice varieties. Interestingly, bacteria are still able to grow at wild-type levels in the apex of the leaf, suggesting a requirement of talc for vascular colonization. Potential direct host targets were identified by conducting a transcriptomic analysis of rice leaves challenged with Xoo strain BAI3R vs. BAI3RΔtalC. Among the identified targets, the rice gene Os11N3 was found to be highly induced upon infection by the wild type strain but not the mutant one. A DNA target box for TalC was located in the Os11N3 upstream region and proved to be functional using GUS assays. We also show that the Os11N3 341-bp upstream region is transcriptionnally activated by TalC. Our results demonstrated for the first time that TAL effectors play an important role in the virulence of Xoo strain BAI3R. Our work will contribute to better improve rice for resistance to bacterial leaf blight.

La symbiose mycorhizienne est une interaction mutualiste formée entre les racines des plantes terrestres et des champignons du sol. Les changements morphoanatomiques associés au développement de cette symbiose sont accompagnés de modifications dans la régulation de l'expression génique. L'étude des profils transcriptomiques est donc fondamentale afin de caractériser les mécanismes moléculaires gouvernant la symbiose mycorhizienne. Le développement récent des approches de transcriptomique à haut débit offre de nouvelles perspectives pour la compréhension de ces mécanismes. Le travail entrepris dans le cadre de ce projet de thèse visait à caractériser in silico le transcriptome symbiotique du champignon ectomycorhizien Tuber melanosporum et du champignon endomycorhizien Glomus intraradices. Il s'agissait de mettre en place les outils et les protocoles bioinformatiques permettant l'exploitation des données transcriptomiques issues des nouvelles technologies de séquençage, afin de caractériser les transcrits exprimés par les symbiotes et d'identifier les gènes régulés au cours de la symbiose. Ce travail original a permis de souligner l'existence de traits communs aux profils d'expression des champignons mycorhiziens. De plus, la caractérisation du transcriptome de G. intraradices a permis d'établir le premier répertoire de gènes à l'échelle du génome pour un champignon endomycorhizien. Cette étude de génomique contribue à l'amélioration des connaissances sur les processus moléculaires qui sous-tendent la symbiose mycorhizienne et constitue une ressource unique pour de futures recherches sur les réseaux de gènes contrôlant la symbiose / Mycorrhizal symbiosis is a mutualistic interaction involving roots of terrestrial plants and soil fungi. Morphological changes associated with the development of this symbiosis are accompanied by changes in gene expression. The study of transcriptomic profiles is thus essential to characterize the molecular mechanisms that govern the mycorrhizal symbiosis. The recent development of high-throughput transcriptomic approaches provides new insights for the understanding of these mechanisms. The work undertaken during this thesis aimed to characterize in silico the transcriptome of the ectomycorrhizal fungus Tuber melanosporum and the endomycorrhizal fungus Glomus intraradices. In order to characterize transcripts expressed by the symbionts and to identify genes regulated during symbiosis, bioinformatic tools and protocols were implemented to process transcriptomic data derived from new sequencing technologies. This work has allowed to highlight common features in the expression profiles of mycorrhizal fungi. In addition, characterization of the G. intraradices transcriptome has allowed to establish the first genome-wide repertoire of genes for an endomycorrhizal fungus. The study helps to improve knowledge about the molecular processes underlying the mycorrhizal symbiosis and provides a unique resource for future research on the gene networks controlling symbiosis

L'ingénierie écologique a permis l'émergence de nouvelles technologies telles que la phytoremédiation, une approche de dépollution des sols basée sur l'utilisation des plantes. Cependant, jusqu'à présent, les mécanismes physiologiques et moléculaires qui contrôlent la dégradation des polluants organiques, en particulier les HAPs, restent très mal documentés chez les plantes supérieures. Dans ce travail, une approche intégrative et un profilage trancriptomique à l'échelle du génome entier ont permis d'étudier les premiers événements moléculaires impliqués dans la réponse, chez les plantes, à un stress provoqué par le phénanthrène. Un réseau de gènes susceptibles d'intervenir dans la perception, la dégradation et/ou la transformation des HAPs en molécules moins dangereuses a ainsi été identifié. D'autre part, nous avons pu montrer que le saccharose induit une tolérance à ce polluant, qui se traduit (i) par une activité transcriptionnelle très rapide, ce qui suggère un effet signalétique, (ii) une reconfiguration importante à l'échelle transcriptionnelle du génome exprimé, qui conduit à une mise en place des voies métaboliques de production d'énergie, de détoxification et de réparation cellulaire. Parallèlement, un site pilote de dépollution a été conçu et mis en œuvre, en exploitant les données obtenues au laboratoire. Cette expérimentation, sur deux ans, nous a permis de comparer l'efficacité de plusieurs espèces végétales mais aussi de tester l'effet protecteur du saccharose in-situ. Malgré l'obtention de résultats contrastés, cette étude confirme l'incidence de la nature des espèces végétales et des pratiques culturales sur l'efficacité de cette méthode de dépollution. Elle souligne également le rôle important de l'interaction plante-microorganismes du sol. / Ecological engineering strategies allowed the emergence of new technologies such as phytoremediation to clean up environmental pollution. Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) are ubiquitous and hazardous molecules for natural ecosystems and human health. However, molecular mechanisms involved in PAHs detoxification in plant remain largely unknown. This work allowed to decipher the early plant response of phenanthrene induced stress through an integrative investigation using wide genome transcriptomic and targeted metabolomic approaches. Hence, a gene network was identified to be involved in the early perception and signalization of PAHs and putative degradation and/or transformation to harmless molecules. Additionally, we showed that sucrose mitigate phenanthrene induced stress, while Arabidopsis development was arrested and seedlings were unable to accumulate chlorophyll in the presence of high phenanthrene concentration, sucrose allowed growth and chlorophyll accumulation. These phenotypical changes were associated with (i) very early transcriptional regulation, suggesting a sucrose signaling effect (ii) reconfiguration of wide genome transcriptional changes, as metabolic, detoxification and cell repair pathways were induced. In parallel, based on previous results accumulated in controlled conditions. Field investigation allowed the evaluation of the ability of different plant species to clean up PAHs polluted soil. We also evaluate the impact of sucrose supply on natural phytoremediation efficiency. Despite contrasted results, this study confirms the incidence of the plant species and the cultural practices on the efficiency of this method. It also underlines the role of soil microorganisms and plant interactions.

Le genre Mucor appartient au phylum des Mucoromycota, un groupe issu de l’une des lignées ayant divergé très tôt dans l'évolution des espèces fongiques (early diverging lineages). Ces groupes restent encore très peu connus par rapport aux Ascomycètes et Basidiomycètes. Le genre Mucor est un genre d'espèces saprophytes, avec cependant une certaine diversité au niveau du mode de vie. Il existe en effet au sein du genre, des endophytes de plantes (comme M. endophyticus) ou encore des pathogènes opportunistes d'animaux (comme les espèces thermophiles M. circinelloides ou M. indicus). Le genre est ubiquiste mais il existe des associations à certains habitats qui semblent dénoter une certaine spécialisation. L’objectif de cette thèse était de mieux connaître les potentialités génétiques du genre Mucor lui permettant ce mode de vie ubiquiste, son potentiel d'adaptation mais également de mieux comprendre l'existence au sein du genre d'espèces semblant s'être spécialisées en colonisant préférentiellement ou exclusivement certains habitats comme le fromage. Afin d'atteindre cet objectif des études transcriptomiques et génomiques comparées ont été menées dans le cadre de cette thèse, afin de déterminer les principales caractéristiques des génomes de Mucor aussi bien structurelles que fonctionnelles, identifier les similitudes au niveau des espèces étudiées et aussi leur spécificités et en fonction des modes de vie/habitats et déterminer s'il existe chez les espèces fréquemment rencontrées dans les fromages (et notamment pour celles considérées comme technologiques) des traces d'adaptation voire de domestication. / The genus Mucor belongs to the phylum Mucoromycota; a group that derived from the lineages that diverged early in the evolution of fungal species (early diverging lineages). These groups have been less well studied and are less well understood in comparison to Ascomycetes and Basidiomycetes. The genus Mucor is composed of saprophytic species, but also encompasses species with diverse lifestyles.For example, it includes plant endophytes (such as M. endophyticus) or opportunistic animal pathogens (such as the thermophilic species M. circinelloides or M. indicus). The genus is ubiquitous but there are some associations with specific habitats which seem to indicate specialisation. The aim of this thesis is to better understand the genetic potential of the genus Mucor in particular, to decipher how it maintains this ubiquitous lifestyle, its capacity to adapt to diverses habitats and to better understand the existence within the genus of species that may have undergone specialization allowing them to preferentially or exclusively colonise certain habitats, such as cheese. In order to achieve this, we have performed comparative transcriptomic and genomic studies in order to determine the main structural and functional characteristics of the Mucor genomes, identify similarities among the species studied and also assess whether there exist specific genetic associations with lifestyle/habitat and determine whether the species frequently found in cheese (in particular those species considered as technological) harbour imprints of adaptation or even domestication.

L'hypertension artérielle est un trait polygénique. Les variants génétiques découverts n'avaient qu'un faible effet et n'expliquaient qu'une infime partie (1%) de sa variabilité phénotypique. Ce résultat était à l'origine du concept d'héritabilité manquante. Nous pensons que l'héritabilité manquante pourrait s'expliquer par des interactions gène-gène, gène-environnement et la méthylation d'ADN. Une fois complétées par des études transcriptomiques, nous pourrions révéler les voies moléculaires impliquées. Ainsi, nous avons identifié une nouvelle interaction épistasique fonctionnelle entre le rs5355C>T du gène SELE et le rs6046G>A du gène F7 associée à la pression artérielle systolique. Dans cette même direction, nous avons rapporté deux autres interactions gène-gène. De plus, nous avons trouvé que le SNP intergénique rs7556897C>T dans le locus SLC19A3-CCL20 interagissait avec l'obésité pour influencer la pression artérielle diastolique. En parallèle aux études précédentes, nous avons montré que le rs5030878T>C du gène FPR1 et l'allèle KL-VS du gène Klotho pourraient être impliqués dans la régulation de la pression artérielle via leurs interactions avec l'âge et le traitement antihypertenseur respectivement. Nous avons aussi participé à l'identification d'un nouveau SNP, le rs2000999G>A, expliquant quasiment la moitié de l'héritabilité de l'haptoglobine dont le rôle antihypertenseur est en cours d'investigation. Finalement, nous avons proposé une nouvelle catégorie de SNPs les eMethSNPs. En conclusion, les interactions identifiées dites "fonctionnelles" montrent que l'inflammation de faible niveau est impliquée dans la régulation de la pression artérielle / Essential hypertension is a polygenic trait. Discovered genetic variants were shown to have small effects, consequently explaining a tiny fraction (1%) of its phenotypic variation and resulting to a missing heritability. The missing heritability could be explained by gene-gene, gene-environment interactions and DNA methylation. Once conducted, these approaches should be further complemented by transcriptomic analyses, and thereby to reveal the involved molecular pathways. Therefore, we have shown that rs6046G>A in F7 interacted with rs5355C>T in SELE in order to influence systolic blood pressure levels. In the same direction, we have reported two other gene-gene interactions. We have also found the intergenic SNP rs7556897T>C, located between SLC19A3 and CCL20 locus, interacting with obesity in order to influence diastolic blood pressure. In parallel to those studies, we have shown that rs5030878T>C in FPR1 and KL-VS allele in Klotho may be implicated in BP regulation through their interaction with age and antihypertensive drugs respectively. We have also participated to the identification of a novel SNP, the rs2000999G>A explaining up to the half of haptoglobin?s heritablilty, a protein currently under investigation for its antihypertensive role. Finally, we proposed a new category of functional genetic-epigenetic biomarkers, the eMethSNPs. In conclusion, the identified 'functional' interactions show that low-level inflammation is involved in blood pressure regulation