La glande mammaire d'une vache laitière haute productrice, produit quotidiennement une quantité de lait équivalente à 10% du poids de l'animal. L'alimentation, la génétique et le processus de différenciation terminale du tissu mammaire peuvent impacter significativement la productivité de l'animal et la composition du lait. L'activité intense de biosynthèse et de sécrétion de la glande mammaire fait intervenir un large répertoire de gènes dont l'expression peut aujourd'hui être analysée de façon globale et simultanée grâce à des outils tels que les puces à ADN. C'est ce type d'approche que nous avons mis en œuvre, dans ce travail de thèse, afin d'établir les réseaux de gènes qui participent au processus de différenciation terminale du tissu mammaire et qui permettent d'expliquer les variations de composition du lait observées avec la mutation K232A au locus DGAT1 bovin. Pour ce faire, nous avons utilisé chez la chèvre un dispositif en boucle qui a permis d'analyser, au moyen d'un répertoire de 22 000 sondes oligonucléotidiques bovines (22K), l'évolution du profil d'expression génique du tissu mammaire au cours de la gestation. Nous avons ainsi pu montrer que ce profil subit au cours du développement de l'organe et de sa différenciation terminale des changements profonds qui définissent 3 étapes majeures : i) le déclenchement de la différenciation fonctionnelle qui intervient avant le premier tiers de la gestation ; ii) un remodelage du tissu au cours duquel les structures qui produiront le lait (acini) se mettent en place et prolifèrent pour envahir progressivement l'organe - cette phase est marquée par l'expression de gènes de la réponse immunitaire ; iii) l'acquisition du phénotype sécrétoire, matérialisée par le déclenchement de la synthèse lipidique à la parturition. Afin de déterminer les mécanismes cellulaire sous-jacents aux variations de composition du lait observées avec la mutation K232A au locus DGAT1, nous avons entrepris la comparaison du transcriptome de tissu mammaire bovin à partir d'un dispositif expérimental génétiquement bien défini et contrôlé. A chaque animal de génotype GC/GC (A232), correspondait soit sa pleine sœur (n=4), soit sa demi-sœur (n=2) de génotype AA/AA (K232), au même numéro de lactation et au même nombre de jours de lactation. Nos résultats ont confirmé une baisse significative du TB (41.6 vs. 51.6 g/kg) et des AG à chaîne moyenne et insaturés (C14:1 et C16:1) et une augmentation des AG à chaîne moyenne et saturée (C14:0) et longue et insaturée (C18:1 cis11, C18:1 cis12, C18:2 n-6, C18:3 n-3) avec le variant GC/GC (A232) en comparaison au variant AA/AA (K232). Les globules gras étaient également plus petits avec ce variant. L'analyse du transcriptome à partir d'ARN extraits des biopsies de tissu mammaire a montré que les gènes spécifiant les acteurs des voies de synthèse du lactose, des lipides et des protéines étaient sur-exprimés chez les individus de génotype GC/GC (A232). La liste des gènes de la biosynthèse des lipides sur-exprimés avec ce génotype expliquent, pour partie, les différences de composition fine en acides gras observées en suggérant des voies alternatives du métabolisme du diacylglycérol.

Depuis plusieurs années, des agents exogènes environnementaux, appelés perturbateurs endocriniens, sont soupçonnés d'interférer avec les fonctions essentielles de reproduction et de développement chez des nombreux organismes vivants. La caractérisation des effets toxiques de tels composés s'effectuent classiquement par l'évaluation de paramètres conventionnels dans le cadre d'études de toxicologie. Nous avons tenté d'évaluer le mécanisme d'action, au niveau moléculaire, par lequel un antiandrogène modèle, le flutamide, induit des effets toxiques sur l'appareil reproducteur mâle chez le rat, en nous aidant à la fois des techniques conventionnelles de toxicologie et des nouveaux outils « omiques » développés au cours de ce travail. Nous avons pu apprécier la valeur ajoutée apportée par ces approches transcriptomique et protéomique appliquées aux études conventionnelles de toxicologie.

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.

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.

Les premiers stades larvaires chez l’huitre creuse, nommée Magallana gigas, constituent une étape clé du bondéroulement du parcours zootechnique et également pour la pérennisation de la production en écloserie. Dans l’objectifde réduire les mortalités observées en écloserie, nous avons recherché de nouveaux peptides antimicrobiens. Larecherche de ces PAM a été réalisée à partir de deux organismes marins, le poisson-lion invasif en mer des caraïbes,Pterois volitans, et la seiche commune présente sur les zones ostréicoles, Sepia officinalis. La recherche de PAM a étéréalisée préférentiellement à partir de transcriptomes de novo obtenus chez ces deux animaux. Chez le poisson lion, àpartir de BLAST, 7 transcrits codant pour des PAM ont été identifiés. Quatre de ces PAM partagent de fortes homologiesde séquences (>90% d’identité) avec des PAM riches en cystéines proches de l’hepcidine, la LEAP-2, la NK-lysine et la bdéfensineidentifiées chez d’autres poissons. Les 3 autres transcrits annotés pteroicidines A, B et C codent pour despeptides apparentés aux piscidines. La présence de la b-défensine et de la pteroicidine a codée par la pteroicidine A a puêtre confirmée dans les extrait de peau du poisson lion par spectrométrie de masse. Une étude approfondie a été menéesur deux formes amidée et non amidée de la ptéroicidine a ainsi que sur plusieurs peptides de différentes tailles issusdes pteroicidines B et C. Les résultats ont permis de mettre en évidence une relation entre la structure, l’amidation et lesactivités antibactériennes et hémolytiques de ces différentes ptéroicidines. Sur le modèle Sepia officinalis, par lesapproches classiques couplant la purification et les tests antibactériens ou par des approches utilisant les BlAST, aucunPAM n’a été mis en évidence. Nous avons donc développé une approche plus originale qui repose sur le « design » depeptides à partir du transcriptome. A partir de 811 petits peptides sans cystéines issus de la base de données APD, nousavons déterminé des critères récurrents concernant la charge, l’hydrophobicité et la composition en acides aminés. Surla base de ces critères et en s’appuyant sur les outils de prédiction de CAMP, douze peptides ont fait l’objet d’une synthèse.Cinq de ces peptides ont révélé un large spectre d’activités antibactériennes. Les peptides antibactériens issus de la seicheayant une activité non hémolytique ont fait l’objet d’un transfert en écloserie. Ce transfert a été optimisé à partir d’uneétude préliminaire sur le peptide de novo K4, particulièrement actif sur les vibrios. Cette étude a mis en évidencel’importance de l’innocuité du peptide antibactérien sur les différents maillons de la chaine trophique, notamment del’huitre, et sur l’importance du stade de développement ciblé. Par ailleurs, nous nous sommes intéressés au devenir despeptides antibactériens de manière à s’assurer de leur biodégradabilité. L’ensemble de ces travaux a permis nonseulement d’identifier de nouveaux PAMs mais également d’apporter les premières données portant sur le potentiel del’utilisation de ces peptides comme alternative aux antibiotiques. / The first larval stages of oyster (Magallana gigas) are key steps in the smooth running of the zootechnical course and inthe sustainability of hatcheries, where mortality levels can be high. That is why we searched for new antimicrobialpeptides (AMPs) on two marine organisms, i.e. lionfish (Pterois volitans), which is invasive in the Caribbean Sea, and thecommon cuttlefish (Sepia officinalis), which is present in French oyster production areas. The search for AMPs wascarried out preferentially from de novo transcriptomes from these two animals. In lionfish, BLAST analyses allowed forthe identification of 7 transcripts encoding AMPs. Four of them shared strong sequence homology (> 90% identity) withAMPs rich in cysteines and close to hepcidin, LEAP-2, NK-lysin and b-defensin identified in other fish. The other 3transcripts, annotated pteroicidins A, B and C, coded for piscidin-related peptides. The presence of b-defensin andpteroicidin a encoded by pteroicidin A was confirmed in lionfish skin extracts by mass spectrometry. An in-depth studywas conducted on two amide and non-amide forms of pteroicidin a, as well as on several peptides of different sizesderived from pteroicidins B and C. The results highlighted a relationship between structure, amidation, and theantibacterial and hemolytic activities of these different pteroicidins. On the other hand, no AMP was highlighted in theSepia officinalis model using conventional approaches coupling purification and antibacterial tests or BLAST approaches.We therefore developed a more original approach that relies on the design of peptides starting from the transcriptome.Starting from 811 small cysteine-free peptides from the APD database, we determined recurring criteria for charge,hydrophobicity, and amino acid composition. Based on these criteria and on CAMP prediction tools, twelve peptides weresynthesized. Five of them revealed a broad spectrum of antibacterial activities. Non-hemolytic antibacterial peptidesderived from cuttlefish were transferred to the hatchery. This transfer was optimized thanks to a preliminary study onthe de novo K4 peptide, which is particularly active on vibrios. The study highlighted the importance of antibacterialpeptide safety on the various links of the trophic chain including oyster, and the importance of the targeted stage ofdevelopment. In addition, we addressed the fate of antibacterial peptides to ensure their biodegradability. Altogether,this work not only helped to identify new AMPs but also to provide the first data on the potential use of these peptidesas an alternative to antibiotics.

L'inférence des réseaux de régulation de gènes (RRG) à partir de données d'expression est un défi majeur en biologie. L’arrivée des technologies de mesure de transcriptomique à l’échelle de la cellule a suscité de nombreux espoirs, mais paradoxalement elles montrent une nouvelle complexité du problème d’inférence des RRG qui limite encore les approches existantes. Nous avons commencé par montrer, à partir de données d'expression en cellules uniques acquises sur un modèle aviaire de différenciation érythrocytaire, que les RRG sont des systèmes stochastiques à l'échelle de la cellule et qu'il y a une évolution dynamique de cette stochasticité au cours du processus de différenciation (Richard et al, PLOS Comp.Biol., 2016). C'est pourquoi nous avons développé par la suite un modèle de RRG mécaniste qui inclus cette stochasticité afin d'exploiter au maximum l'information des données expérimentales à l'échelle de la cellule (Herbach et al, BMC Sys.Biol., 2017). Ce modèle décrit les interactions entre gènes comme un couplage de processus de Markov déterministes par morceaux. En régime stationnaire une formule explicite de la distribution jointe est dérivée du modèle et peut servir à inférer des réseaux simples. Afin d'exploiter l'information dynamique et d'intégrer d'autres données expérimentales (protéomique, demi-vie des ARN), j’ai développé à partir du modèle précédent une approche itérative, intégrative et parallèle, baptisée WASABI qui est basé sur le concept de vague d'expression (Bonnaffoux et al, en révision, 2018). Cette approche originale a été validée sur des modèles in-silico de RRG, puis sur nos données in-vitro. Les RRG inférés affichent une structure de réseau originale au regard de la littérature, avec un rôle central du stimulus et une topologie très distribuée et limitée. Les résultats montrent que WASABI surmonte certaines limitations des approches existantes et sera certainement utile pour aider les biologistes dans l’analyse et l’intégration de leurs données. / Inference of gene regulatory networks from gene expression data has been a long-standing and notoriously difficult task in systems biology. Recently, single-cell transcriptomic data have been massively used for gene regulatory network inference, with both successes and limitations.In the present work we propose an iterative algorithm called WASABI, dedicated to inferring a causal dynamical network from timestamped single-cell data, which tackles some of the limitations associated with current approaches. We first introduce the concept of waves, which posits that the information provided by an external stimulus will affect genes one-byone through a cascade, like waves spreading through a network. This concept allows us to infer the network one gene at a time, after genes have been ordered regarding their time of regulation. We then demonstrate the ability of WASABI to correctly infer small networks, which have been simulated in-silico using a mechanistic model consisting of coupled piecewise-deterministic Markov processes for the proper description of gene expression at the single-cell level. We finally apply WASABI on in-vitro generated data on an avian model of erythroid differentiation. The structure of the resulting gene regulatory network sheds a fascinating new light on the molecular mechanisms controlling this process. In particular, we find no evidence for hub genes and a much more distributed network structure than expected. Interestingly, we find that a majority of genes are under the direct control of the differentiation-inducing stimulus. Together, these results demonstrate WASABI versatility and ability to tackle some general gene regulatory networks inference issues. It is our hope that WASABI will prove useful in helping biologists to fully exploit the power of time-stamped single-cell data.

L'apparition de nouvelles structures telles que la crête neurale, les placodes et le mésoderme crânien a été essentielle pour l'émergence de la tête des vertébrées. Fait intéressant, le mésoderme de la tête des vertébrés n'est pas segmenté alors qu'il est supposé que le mésoderme de l'ancêtre de tous les chordés était totalement segmenté. De même le corps du le céphalochordé amphioxus est entièrement segmenté. Des travaux menés par l'équipe ont montré le rôle central du signal FGF dans la formation des somites les plus antérieures chez l'amphioxus. Afin de mieux comprendre le rôle de ce signal pour la formation de ces somites, nous avons réalisé une étude transcriptomique comparative par RNA-seq. Cette analyse a mis en évidence plusieurs gènes que sont impliqués dans la somitogenèse et la myogenèse et sous le contrôle du signal FGF. Nous avons pu montrer grâce à des analyses fonctionnelles que ER81/Erm/PEA3 et Six1/2 ont un rôle majeur dans la formation des somites les plus antérieures chez l'amphioxus. Inversement, Pax3/7 est impliqué dans la formation des somites postérieures. Cette cascade de régulation est semblable à celle observée lors de la somitogenèse pour les muscles du tronc chez les vertébrés, mais diverge de la cascade de gènes contrôlant la formation des muscles de la tête chez les vertébrés. Tous ces résultats supportent l'hypothèse selon laquelle le changement de fonction du signal FGF durant le développement précoce a été une étape clé pour la perte des somites antérieures, libérant ainsi les contraintes dans la partie antérieure de l'embryon et permettant dans un second temps l'acquisition des muscles de la tête chez l'ancêtre commun des vertébrés. / A central question in Evo-Devo is to understand the origin of the vertebrates’ head. The appearance of new structures such as the neural crest, placodes and a cranial mesoderm were essential for the appearance of the head in the vertebrates. Interestingly, it is supposed that the ancestor of all chordates was completely segmented. Remarkably, the cephalochordate amphioxus is completely segmented in the full length of its body as the hypothetical ancestor of all chordates. Moreover, it has been showed that the FGF signal plays a central role in the formation of the anterior-most somites of amphioxus. Thus, in order to understand the downstream signaling pathway under the control of the FGF signal for the formation of the anterior-most somites in amphioxus, we performed a comparative RNA-seq analysis. This analysis revealed several vertebrates orthologues genes playing roles in somitogenesis or myogenesis and under the control of the FGF signal. Furthermore, functional analysis revealed that ER81/Erm/PEA3 and Six1/2 plays majors roles in the formation of the anterior-most somites in amphioxus. Conversely, Pax3/7 is involved in the formation of the posterior somites. This regulatory cascade resembles that for the control of trunk somitogenesis in vertebrates and diverges from the gene cascades controlling the formation of the vertebrate head muscles. Altogether, our results strengthen the hypothesis that changes in the FGF function during early development were instrumental for the loss of anterior somites, releasing developmental constraints in the anterior part of the embryo and allowing a secondary acquisition of head muscles in the ancestor of vertebrates.

Les tumeurs gliales du cerveau et en particulier les glioblastomes sont des tumeurs de très mauvais pronostic. Les paramètres qui contrôlent des phénotypes comme l'agressivité, la migration, ou la chimio-résistance de ces tumeurs sont mal connus. Dans ce contexte tumoral, il est envisagé que les microARN (ARN non-codants d'une vingtaine de bases) soient des acteurs essentiels des phénomènes de modification phénotypique parce qu'ils sont capables d'orchestrer l'expression de nombreux gènes. Nous avons montré que les microARN sont des marqueurs tissulaires précieux pour le diagnostic permettant de différencier les deux types principaux de gliomes à partir de prélèvements tumoraux. Nous avons aussi observé que plusieurs microARN sont, en outre, sécrétés par les cellules gliales saines ou cancéreuses au sein de microvésicules appelées exosomes. Le contenu en ARN de ces exosomes a été caractérisé par analyse moléculaire transcriptomique (ARN messagers et microARN) par techniques d'hybridation sur puces à ADN Affymetrix. Les profils ARN exosomaux sains et cancéreux sont distincts, mais ils ne reflètent pas intégralement le profil ARN des cellules dont ils sont issus. Des conditions de stress hypoxique ou l'utilisation de composés pharmacologiques (GW4869 et 5-aza-2'-désoxycitidine) n'affectent pas la quantité d'exosomes produite par la lignée de glioblastome (U87) en culture. Les profils ARN sont cependant modifiés, et le contenu des exosomes produits semble donc être un mécanisme actif et régulé. Enfin, des exosomes cancéreux incubés avec des cellules saines ont très peu d'effet sur le phénotype de celles-ci. Les microARN tissulaires et exosomaux seraient donc des acteurs importants de la physiopathologie du gliome et de sa progression, dont les rôles restent encore à préciser. / Brain glial tumors, and particularly glioblastomas, are tumors with a very bad prognosis. Nowadays, parameters that control aggressiveness, migration or chemo-resistance are poorly known. In this tumor context microRNAs (20 base-long non-coding RNAs) are thought to be essential actors of phenotypic-modification phenomenons as they are able to control the expression of numerous genes. We showed that microRNAs are precious diagnosis tissular markers helping in differentiating two principal tumor types from tissular samples. We also observed that several microRNAs are secreted by glial cells in microvesicles called exosomes. The exosomes RNA content was characterized by molecular transcriptomic analysis (messenger RNAs and microRNAs) using Affymetrix hybridization techniques. The healthy and cancerous exosomal RNA profiles are distinct but do not reflect the RNA profile of the cells they are derived from. Oxygen stress conditions, or use of chemical drugs (GW4869 or 5-Aza-2'-deoxycitidine), do not affect the quantity of exosomes produced by the culture cell line of glioblastoma U87. Nevertheless, the RNA profiles are modified and contents of exosomes produced seem to be controled by an active and regulated mechanism. Finally, cancerous exosomes incubated with healthy cells have a very restrain effect on their phenotypes. Thus tissular and exosomal microRNAs might be important actors of the glioma physiopathology and progression, which roles remain to be defined in detail.

La hernie est une maladie racinaire affectant les Brassica, causée par Plasmodiophora brassicae. Le déploiement de variétés présentant des facteurs génétiques de résistances est le moyen de lutte principal contre cette maladie. Toutefois, l’efficacité de ces variétés résistantes dans les nouveaux systèmes d’agriculture durable, à bas intrant azoté, est encore à évaluer. Dans ce contexte, les questions de recherche posées dans cette thèse sont les suivantes : i) La modulation de la résistance à la hernie par la réduction de l’apport azoté est-elle génotype/isolat dépendante ? ii) Y-a-t-il un effet de la réduction des apports azotés sur l’architecture génétique de la résistance à la hernie chez le colza ? iii) Quels sont les réponses transcriptomiques et métabolomiques impliquées dans la réduction du développement des symptômes en condition de carence azotée ? Le criblage de la réponse de nombreux génotypes de colza vis-à-vis de plusieurs isolats de P. brassicae a été réalisé dans deux conditions de fertilisation azotée (8 mM et 1 mM de nitrate). Basé sur ces expériences, le contrôle génétique du développement des symptômes et de la production des spores de repos lors de l’infection par deux isolats (eH et K92-16) a été étudié par génétique de liaison chez une population biparentale et par génétique d’association chez un panel de colza d’hiver. Enfin, les réponses moléculaires impliquées dans la réduction du développement des symptômes observée chez le génotype ‘Yudal’ en condition 1mM ont été étudiées par des méthodes de RNA-seq et de métabolomique. L’impact de la fertilisation azotée sur la quantité de symptômes et la production de spores de repos est variable selon la combinaison génotype/isolat. Les modulations observées entraînent une augmentation de la résistance en condition 1mM. La fertilisation azotée module également l’effet (R2) de certains des Quantitative Trait Loci (QTL) impliqués dans la résistance. Dans le cas de l’isolat eH, elle affecte principalement l’effet des QTL C09 et C02. L’augmentation de résistance observée chez le génotype ‘Yudal’ en condition 1mM, vis-à-vis de l’isolat eH, semble liée à la surexpression de gènes impliqués dans l’assimilation des nitrates (famille NRT2) et dans le transport de l’auxine. / Clubroot is a Brassica root disease caused by Plasmodiophora brassicae. The use of varieties including genetic resistance factors is the most efficient strategy to manage clubroot disease. However, efficiency of these resistant varieties newly integrated in low-input agricultural systems (especially low nitrogen input) needs to be evaluated. In this context, the research questions investigated in this thesis are: i) Is clubroot resistance modulation by nitrogen fertilization genotype/isolate dependent? ii) Is there an effect of nitrogen fertilization reduction on the genetic architecture of clubroot resistance in rapeseed? iii) What are the transcriptomic and metabolomic responses implicated in symptom reduction under low nitrogen fertilization? To answer these questions, clubroot responses of several rapeseed genotypes were screened using different P. brassicae isolates under two nitrogen fertilizations (8mM and 1mM of nitrate). Based on this experiment, genetic control of symptom development and resting spore production during inoculation using two isolates (eH and K92-16) was studied by linkage analyses using a bi-parental population and by genome wide association using a winter rapeseed diversity set. Last, molecular responses implicated in symptom development, observed in ‘Yudal’ genotype under 1mM condition, were studied using RNA-seq and metabolomic methods. We revealed that impact of nitrogen fertilization on symptom quantity and resting spore production are dependent to genotype/isolate combination. Modulations observed were characterized by an increase of resistance under 1mM condition. Additionally, nitrogen fertilization modulates also the effect (R²) of some Quantitative Trait Loci implicated in clubroot resistance (QTL). Using eH isolate, nitrogen fertilization principally impacts C09 QTL and C02 QTL effects. Ultimately, increase of resistance observed on ‘Yudal’ genotype under 1mM condition, using eH isolate, seems to be related with overexpression of genes implicated in nitrate assimilation (NRT2 family) and auxin transport.

Fusarium verticillioides est une moisissure phytopathogène et mycotoxinogène dont l’occurrence est fréquente dans le sol et dans de nombreux céréales et végétaux et plus particulièrement dans le maïs et le blé. La contamination des cultures par F. verticillioides conduit à des maladies variées et est souvent associée avec une accumulation de mycotoxines. Les fumonisines B1 (FB1) and B2 (FB2) sont les toxines les plus dangereuses produites par F. verticillioides. Des conséquences létales de la consommation de produits alimentaires contaminés par les fumonisines ont été reportées chez les animaux et l’homme. Différentes démarches ont été utilisées pour lutter contre cette moisissure et ses toxines mais souvent liées à l’utilisation de fongicides chimiques par ailleurs reconnus pour leurs effets néfastes pour l’homme, les animaux et l’environnement. Des pratiques alternatives ont été développées pour préserver les récoltes en respectant les écosystèmes et la santé humaine et animale. L’utilisation d’amendements organiques est apparue comme une stratégie intéressante de contrôle des maladies des plantes en assurant un apport de PGPM (Plant Growth Promoting Microorganisms) et agents de biocontrôle. Notre étude a donc eu pour but de caractériser les communautés microbiennes, et plus particulièrement celles d’intérêt pour le biocontrôle, d’amendements organiques et sols amendés ainsi que de tester leur potentiel antifongique envers F. verticillioides. Les mécanismes de biocontrôle ont été étudiés en utilisant des approches métabolomiques et transcriptomiques par séquençage haut débit. L’étude des communautés microbiennes dans les amendements et les sols amendés a été réalisée par pyroséquençage de marqueurs qui sont des portions du gène ribosomal 16S et de la séquence ITS2. Le microbiote des amendements est essentiellement constitué par les familles des Pseudonocardiaceae, Bacillaceae et Trichocomaceae qui incluent différents PGPM et agents antifongiques. Par ailleurs les amendements semblent favoriser l’installation des familles d’intérêt dans les sols tout en limitant celle des pathogènes tels les Nectriaceae qui comprennent des Fusarium pathogènes. Les tests d’antagonisme ont montré que les sols amendés réduisaient la croissance de F. verticillioides de façon plus importante que le sol de référence en inhibant la production de microconidies. La production de fumonisines a également été fortement réduite en présence des métabolites produits par le microbiote des sols amendés (plus de 68 % et 92 % pour FB1 and FB2 respectivement). Des souches d’actinomycètes isolées des amendements, et identifiées comme appartenant au genre Streptomyces, ont montré une activité antifongique envers F. verticillioides. Parmi celles-ci, Streptomyces AV05 a été sélectionnée pour les tests supplémentaires en raison de son fort potentiel d’inhibition vis-à-vis de F. verticillioides. Des comparaisons des endométabolomes et transcriptomes des 2 souches cultivées seules ou en confrontation ont été réalisées et de nombreuses différences ont été remarquées pour chacune entre les 2 modalités. Ainsi, 29 métabolites impliqués dans les modifications du métabolome de F. verticillioides en co-culture avec Streptomyces AV05 ont été identifiés et différentes voies métaboliques semblent avoir été affectées. L’étude du transcriptome des 2 souches a donné des résultats allant dans le même sens que celle du métabolome. En effet des changements significatifs de niveau d’expression ont été observés au niveau transcriptomique pour 800 gènes de F. verticillioides et 115 gènes de Streptomyces AV05 en situation de confrontation. L’identification de ces gènes est en cours et plusieurs d’entre eux semblent impliqués dans les modifications des profils métaboliques observées chez les 2 souches. L’intégration des données métabolomiques et transcriptomiques devrait permettre d’améliorer a compréhension des mécanismes mis en jeu au cours de la confrontation. / Fusarium verticillioides is a phytopathogenic and mycotoxigenic filamentous fungus that can be found with high occurrence in soils and in a wide range of cereals and vegetables, particularly in corn and wheat. The F. verticillioides contamination in crops leads to various diseases and is usually associated with an accumulation of mycotoxins. Fumonisin B1 (FB1) and fumonisin B2 (FB2) are the most dangerous mycotoxins produced by Fusarium verticillioides. Lethal consequences caused by fumonisins have been reported in animals and in human due to the consumption of contaminated food products. To deal with this pathogenic fungus and its mycotoxins, several approaches have been applied but they are usually based on the use of chemical agents that are reported to be unsafe for humans, animals and ecosystems. Alternative practices that maintain the quality and the abundance of crops while preserving the ecosystems and human and animal health have been developed. The application of organic amendments has been reported as an interesting strategy for controlling diseases by providing an abundant source of PGPM (Plant Growth Promoting Microorganisms) and biocontrol agents. The aim of our study was to characterize the microbial communities of organic amendments and amended soils focusing on the microbial families of interest for biocontrol and to assess the antifungal potential of amended soils and their microbiota towards F. verticillioides. Mechanisms of biocontrol were studied using metabolomics and transcriptomics approaches. Evaluation of microbial communities in amendments and amended soils using pyrosequencing of the 16S rDNA and the ITS genes showed that the amendments contained mainly the families of Pseudonocardiaceae, Bacillaceae and Trichocomaceae that were believed to include various PGPM and antifungal agents. Furthermore, the amendments were expected to promote the families of interest in soil and also to limit those of pathogens such as Nectriaceae that might contain many pathogenic Fusarium. Antifungal assays showed that the amended soils reduced the F. verticillioides growth better than the reference soil by inhibiting the microconidia production. The fumonisin production was strongly reduced by the metabolites produced by the amended soils’ microbiota (up to 68 % and 92 % for FB1 and FB2 respectively). Some actinomycete isolates from these amendments were identified as Streptomyces and they demonstrated antifungal activity against F. verticillioides. Among the Streptomyces strains, Streptomyces AV05 was selected for further studies because of its strong inhibition towards F. verticillioides. The interaction between the Streptomyces strain AV05 as antagonist agent and F. verticillioides was investigated. The study of the endometabolome and the transcriptome of the two microorganisms was carried out in two different conditions: strains cultivated alone or in confrontation. Many modifications have been noticed into the endometabolome of the 2 microorganisms during the direct confrontation and 29 metabolites involved in the endometabolome alteration of F. verticillioides in co-culture with Streptomyces AV05 were identified. Many fungal metabolic pathways were suggested to have been affected. The results of the study of the mRNA of the 2 strains appeared to be in accordance with the metabolomics results. A change in the transcriptomic level was observed: 800 genes of F. verticillioides and 115 genes of Streptomyces AV05 were found to be expressed differently when the strains were cultivated alone or in confrontation. The identification of these genes is in progress. Many of them are expected to be responsible for the change in the metabolic profiles observed in the bacterial-fungal interaction. The integration of the metabolomic and transcriptomic informations could improve the understanding of the mechanisms of biocontrol during direct confrontation.