La spécialisation à différents environnements est un moteur de divergence entre populations et espèces. Les insectes phytophages sont des candidats pertinents pour l’étude de la spéciation par spécialisation écologique, de par leur relation intime à leur plante hôte et à l’occurrence régulière de changements d’hôtes au cours de leur évolution. Cette spéciation écologique nécessite trois composantes : une source de sélection divergente, un isolement reproducteur (pré-ou post-zygotique), et un mécanisme liant les gènes sous sélection et ceux responsable de l’isolement reproducteur. Dans ce cadre, nous avons étudié l’isolement reproducteur et la spécialisation chez deux modèles de lépidoptères polyphages, ravageurs des cultures : (1) la pyrale du maïs, Ostrinia nubilalis, et son espèce sœur, Ostrinia scapulalis, (2) la légionnaire d’automne, Spodoptera frugiperda, dont deux variants sont identifiables, le variant riz (sf-R) et le variant maïs (sf-M). Ces deux modèles montrent des patrons de diversification via la plante hôte : les deux espèces sœurs et les deux variants sont différenciés génétiquement et sont spécialisés sur différentes plantes hôtes (maïs pour O. nubilalis et sf-M ; armoise pour O. scapulalis ; riz pour sf-R). Nous avons étudié les patrons de spécialisation de ces modèles en effectuant des mesures de traits d’histoire de vie à deux moments clés de leur cycle de vie : (1) au stade larvaire, par des expériences de transplantation réciproque, (2) au stade adulte, par des expérience de choix d’oviposition. Ces mesures nous ont permis de mettre en évidence un patron de spécialisation pour les deux espèces de pyrale et pour le variant sf-M au stade adulte et/ou larvaire, alors que les résultats ne montre pas de spécialisation claire pour le variant sf-R de S. frugiperda, du moins sur les plantes testées. Nous avons également recherché des mécanismes de cette spécialisation par une analyse transcriptomique visant à identifier les gènes ou familles de gènes dont l’expression varie en fonction de la plante hôte chez nos deux modèles. Cette étude mécanistique a mis en lumière des fonctions de gènes impliquées dans la détoxification, la digestion et l’immunité qui peuvent expliquer les différences de traits d’histoire de vie que nous avons observés. Enfin, nous avons quantifié différentes barrières (pré- et post-zygotiques) pour estimer le degré de divergence et les facteurs impliqués dans l’isolement reproducteur des entités génétiques étudiées. Nous avons notamment trouvé pour les deux modèles des barrières post-zygotiques précoces avec un pourcentage d’éclosion plus faible dans les croisements interspécifiques. Dans le modèle Ostrinia, nous avons également mis en évidence la présence d’une barrière pré-zygotique en lien avec le bouquet phéromonal émis par les femelles. / Specialization in different environments is a driver of divergence between populations and species. Phytophagous insects are interesting candidates to study the speciation process via the ecological specialization, due to the intimate relationship between the insects and their host plant but also the regular occurrence of host changes they experienced during evolution. Ecological speciation requires three important components: a source of divergent selection, a form of reproductive isolation either pre- or post-zygotic, and a mechanism linking the genes under selection to those responsible of the reproductive isolation. In this context, we studied the reproductive isolation and specialization in two models polyphagous lepidopteran pests: (1) the European corn borer, Ostrinia nubilalis, and the closely related species Ostrinia scapulalis, (2) two host races of Spodoptera frugiperda (the fall armyworm), rice strain (sf-R) and corn strain (sf-M). Both models showed a patterns of diversification via the host plant: both species sisters and the two strains are genetically differentiated and are specialized on different host plants (maize for O. nubilalis and sf-M; mugwort for O. scapulalis; rice sf-R). We studied the patterns of specialization of these models by quantification of life history traits in two time points of their life-cycles: (1) in the larval instar, by reciprocal transplant experiments, (2) in the adult, by choice oviposition experiment. These measures highlighted a pattern of specialization at the adult and/or larval instar for both moth species and sf-M. However, the results showed no clear specialization for sf-R of S. frugiperda on the tested plants. We investigated the mechanisms of specialization by RNA-seq in order to identify the genes or the gene families for which variation of their expression depends on the host plant. This mechanistic study revealed genes involved in detoxification, digestion and immunity process that may explain the differences observed in life history traits. Finally, we quantified various barriers (pre- and post-zygotic) to estimate the divergence degree and the causes involved in reproductive isolation of genetic entities studied. In particular, for the two models, we found evidences of post-zygotic barriers with a lower percentage of hatching in the interspecific crosses. In Ostrinia model, we have also demonstrated the presence of pre-zygotic barrier depending of the pheromone blend emitted by the females.

Depuis leurs apparitions, les technologies de séquençage à haut débit (NGS) ont permis de révolutionner notre connaissance du transcriptome. Le RNA-Seq ou séquençage à haut-débit des transcrits, permet la numérisation rapide d’un transcriptome sous forme de millions de courtes séquences d’ADN. Contenue dans ces données brutes, l’information des transcrits peut être analysée quantitativement sous forme de profils d’expression. Les séquences obtenues contiennent également une multitude d’informations qualitatives comme les jonctions d’épissage, les variants génomiques ou post-transcriptionnels, ainsi que de nouvelles formes de transcriptions moins conventionnelles comme les ARN circulaires, les gènes de fusions ou les longs ARN non-codants.Peu à peu, le RNA-Seq s’impose comme une technologie de référence dans la recherche en biologie, et, demain dans la médecine génomique.Mes travaux de thèse proposent une vue transversale de la technologie RNA-Seq avec comme point de départ l’optimisation des méthodes d’analyses actuelles dans un contexte donné - via des procédures de benchmarking systématiques s’appuyant sur la simulations de données. Ces optimisations sont ensuite exploitées, dans le cadre d’applications sur la biologie des cancer (Leucémies et Hépatoblastome), afin d’identifier de nouveaux biomarqueurs, ainsi qu’une nouvelle stratification des patients dans le but de proposer des pistes thérapeutiques personnalisées. Enfin, mes derniers travaux portent sur la proposition de deux nouvelles méthodes d’analyse du RNA-Seq par décomposition en k-mers. La première, TranSiPedia, propose un nouveau paradigme, ayant pour objectif d'intégrer les données du transcriptome à très large échelle, via l'indexation systématique de données expérimentales. La seconde méthode, DE-kupl, propose une analyse différentielle - sans apriori - des données RNA-Seq pour l’identification de nouveaux biomarqueurs et la caractérisation de nouveaux mécanismes du transcriptome. / Since their introduction, next generation sequencing technologies (NGS) have shaped our vision of the transcriptome. RNA-seq, or high throughput transcript sequencing, enables the fast digitization of a transcriptome in the form of million of short DNA sequences. The information available in the raw data can be used in a quantitative way to extract expression profiles. The obtained sequences also provides a wide range of qualitative information such as splicing junction, genomic or post-transcriptional variants, as well as new forms of less conventional transcription such as circular RNA, fusion genes or long non coding RNA. Gradually, RNA-Seq is becoming a gold standard in molecular biology and tomorrow in genomic medicine.My thesis work proposes a global vision of the RNA-Seq technology, starting with the optimisation of current analysis methods to a particular context through systematic benchmarking procedures relying on the simulation on synthetic data. These optimizations are later used as a part of a work on the biology of cancer in order to identify new biomarkers in leukemia as well as a new stratification of hepatoblastoma patients to propose personalized treatments. Finally, my last work is focused on the proposal of two new analysis methods for RNA-Seq data, both based on the principle of k-mer decomposition. The first method, TranSiPedia, is a new paradigm to integrate transcriptome data at a very large scale through the systematic indexation of experimental data. The second method, DE-Kupl, is a new strategy to perform differential analysis, without a priori knowledge about the transcriptome. DE-kupl is designed to help the discovery of new biomarkers as well as the characterization of new mechanisms of the transcriptome.

Le lymphome folliculaire (LF) représente le 2ème lymphome par ordre de fréquence et reste considéré à l’heure actuelle comme incurable. De nombreuses questions sur le processus de lymphomagénèse sont encore non résolues et il n’existe aucun marqueur génomique ou moléculaire unanimement reconnu permettant de prédire l’évolution des patients. Nos travaux de recherche s’inscrivent dans l’objectif de mieux comprendre l’impact des altérations moléculaires identifiées dans ces tumeurs, grâce à une approche intégrative visant à combiner des données génomiques, transcriptomiques et mutationnelles. Ce travail a permis de construire un score, basé sur l’expression d’un panel de gènes, prédictif du risque de progression de la maladie. Ce score a été confirmé sur une seconde cohorte de patients, validant son utilité potentielle en pratique clinique. Par ailleurs, nos résultats suggèrent que les cellules tumorales peuvent acquérir des propriétés évocatrices d’un profil de cellules souches et associées à un pronostic particulièrement défavorable. Une 2ème partie de notre travail a porté sur les altérations touchant le gène EZH2, muté chez 25% des patients. Nous avons démontré qu’un gain génomique au niveau du locus EZH2 pouvait également avoir des conséquences sur le profil transcriptomique et un impact pronostique, soulignant l’importance de prendre en compte l’ensemble des anomalies touchant ce gène. Enfin, nous rapportons qu’un polymorphisme constitutionnel situé dans ce gène est associé au risque de progression des patients traités par un anticorps anti-CD20. L’ensemble de ces résultats apporte un éclairage nouveau sur la biologie du LF et peut contribuer à améliorer la prise en charge des patients / Follicular Lymphoma (FL) is the 2nd most frequent lymphoma subtype and is usually considered incurable with current strategies. Several questions regarding the lymphomagenesis process are still pending, and no molecular or genomic marker has been unanimously recognized yet to predict outcome. We performed an integrative analysis combining genomic, transcriptomic and mutational data in the view to bringing new highlights in the molecular alterations acting in FL. Based on gene-expression profiling data we developed a model able to predict progression-free survival in FL patients. We confirmed its predictive value in another cohort of patients, thereby allowing its potential use in clinical practice. Furthermore, our results highlight that some tumors show a stem-cell-like gene-expression profile that was associated with highly unfavorable outcome. In the second part of our work, we focused on alterations of the gene EZH2. Although mutations have been reported in 25% of FL patients, we questioned whether genomic gains at EZH2 locus could also contribute to lymphomagenesis. We showed that such gain may impact the transcriptional profile and have a prognostic significance, thus highlighting the crucial interest of determining both kinds of alterations. Finally, we report that a germ-line polyporphism in the EZH2 gene was significantly associated with progression-free survival in patients treated by anti-CD20 therapy. Taken together, these results bring new highlights on FL biology and may help to improve the clinical management of FL patients

Oenococcus oeni est l’agent principalement responsable de la fermentation malolactique durant la vinification. Son adaptation au milieu vin est une étape clé dans la réussite de la FML, et donc dans la qualité des vins finis. Cependant, au sein de l’espèce, il existe une variabilité phénotypique importante, et de nombreuses souches ne sont ainsi pas aptes à réaliser la FML. La sélection des meilleures souches œnologiques passe ainsi par l’analyse de la diversité d’O. oeni. Cette étude a été abordée dans cette thèse, selon trois grands axes de recherche. Premièrement, la diversité génétique a été étudiée par des approches MLST, REA-PFGE et présence de marqueurs, et a montré une structuration de l’espèce en deux groupes phylogénétiques et plusieurs sous-groupes, reliés à des souches d’origine géographique précise. Ensuite, l’étude de la diversité phénotypique a montré la grande variabilité d’adaptation au vin des souches étudiées et un meilleur comportement de celles du groupe phylogénétique A durant la vinification. Enfin, une étude transcriptomique a mis en lumière certains mécanismes moléculaires éventuellement impliqués dans la réponse au stress vin chez O. oeni. / Oenococcus oeni is the main agent responsible for the malolactic fermentation, during the wine making process. Its adaptation to wine environment is a key step for the success of the MLF, and then for wines quality. However, there is a high phenotypic variability among the species and several strains are unable to perform MLF. The selection of the best enological strains implies starting by analyzing the diversity of O. oeni. This study has been divided in three main themes of research. Firstly, the genetic diversity has been analyzed using several approaches, MLST, REA-PFGE and presence of genetic markers. That study proved the structuration of the species in two phylogenetic groups and several subgroups, related to geographical areas. Secondly, the study of the phenotypic diversity showed that all the studied strains present a high variability and the best behavior in wine making conditions is found in those from the phylogenetic group A. Finally, a transcriptional analysis has revealed some molecular mechanisms possibly implicated in stress response in O. oeni

Ralstonia solanacearum est une bactérie phytopathogène à la gamme d'hôte exceptionnellement large et à la répartition mondiale. Cet organisme présente une biologie à facettes multiples et s'est adapté à quasiment tous les types de sols, à la vie planctonique, et à de nombreux hôtes et plantes réservoirs. Cette capacité d'adaptation est attestée par une très forte hétérogénéité des souches qui unifient ce complexe d'espèces, aussi bien au plan de la diversité génétique, phénotypique, que de la gamme d'hôte. Des approches phylogénétiques ont montré une structuration de la population mondiale en quatre phylotypes qui correspondent globalement à l'origine géographique des souches. Les travaux de thèse portent sur des souches du phylotype II qui ont valeur de modèle expérimental car épidémiologiquement inféodées à un hôte particulier : souches Moko pathogènes du bananier, souches ‘Brown rot’ adaptées à la pomme de terre et souches émergentes NPB, un variant du pouvoir pathogène. La question de recherche centrale porte sur la compréhension des mécanismes d'adaptation à l'hôte. Pour cela, une dizaine de génomes ont été séquencés dans une perspective (i) de revisiter la taxonomie de ce complexe d'espèce, (ii) d'en faire une analyse génomique comparative et (iii) d'analyser les paysages transcriptomiques produits lors de l'infection (in planta). L'ensemble des ces approches complémentaires permettent ainsi d'intégrer la complexité génétique et phénotypique de l'organisme de manière plus systémique. / Ralstonia solanacearum is a plant pathogenic bacterium globally distributed with a particularly broad host range. This organism is biologically diverse and is adapted to all types of soil, to planktonic lifestyle and to many plant hosts and natural reservoirs. This bacterium is a species complex and its genetic, phenotypic and host range diversity is a direct consequence of adaptation mechanisms. Phylogenetic analyses have divided this species complex into four distinct phylotypes correlating mostly with strains’ geographical origin. This thesis focuses on using phylotype II strains as an experimental model due to their adaptation to specific hosts: Moko strains pathogenic to banana, ‘Brown rot’ strains adapted to potatoes and emergent pathological variant NPB strains. Our main research topic is the understanding of host adaptation processes. In order to tackle this problematic we sequenced about ten genomes as a starting point of (i) a taxonomic revision of the species complex (ii) a comparative genomic analysis and (iii) an in planta transcriptomic analysis. Together, these complementary approaches allow a more systemic view of this organism’s genetic and phenotypic complexity.

L’infertilité masculine est actuellement considérée comme un problème majeur qui pose une situation alarmante sur la santé publique. L’oligozoospermie, l’asthénozoospermie et la tératozoospermie sont les trois anomalies les plus connues des spermatozoïdes. Elles affectent, respectivement, la densité, la motilité et la morphologie des spermatozoïdes. Un spermatozoïde anormal est très souvent corrélé à des altérations génétiques et épigénétiques qui peuvent affecter considérablement le transcriptome. Dans ce sens, le séquençage aléatoire du transcriptome entier des spermatozoïdes ou RNA-seq constitue un outil puissant pour caractériser ces maladies. Jusqu’à présent, il n’existe aucune étude exploitant des données RNA-seq chez des hommes présentant de telles anomalies spermatiques. L’objectif principal de notre étude fût d’identifier des profils distincts des modifications du transcriptome de chaque phénotype d’infertilité pour ainsi révéler des gènes-signatures qui tamponnent une spermatogenèse pathologiquePour ce faire, les transcriptomes des spermatozoïdes de 60 sujets infertiles atteints soit d’oligozoospermie, d’asthénozoospermie ou de tératozoospermie ont été comparés à ceux de 20 patients fertiles. Ces analyses supervisées nous ont conduit à identifier: (i) les gènes clés spécifiques aux différentes anomalies des spermatozoïdes (ii) les voies de signalisation associées, (ii) les différents longs ARNs non codants dérégulés dans ces anomalies. Au niveau de l’oligozoospermie, les transcrits de spermatozoïdes dérégulés étaient associées à divers stades de la spermatogenèse, y compris le cycle cellulaire méiotique, l’assemblage du complexe synaptonémal, la cohésion des chromatides sœurs, les processus métaboliques de piRNA, le processus catabolique protéique dépendant de la voie de l’ubiquitine, à la réponse aux dommages de l'ADN et particulièrement le processus de fécondation. Quant à l’asthenozoospermia, la spermatogenèse, l’assemblage du cil, des voies métaboliques reliées à la spermatogenèse, la chimiotaxie et la physiologie des cellules immunitaires ont été significativement dérégulés. De plus, ce qui nous a intéressé au plus était l’analyse des transcrits sous-exprimés qui a permis l’identification de nombreux transcrits associées aux modifications des histones. Nous avons aussi mis en évidence une sous expression des gènes différentiellement exprimés qui définit la tératozoospermie. Cette sous expression est associée au système ubiquitine-protéasome, à l’organisation du cytosquelette, au cycle cellulaire, à la SUMOylation en réponse aux dommages de l'ADN et aux protéines de réparation ainsi qu’à de nombreux modulateurs épigénétiques. Les gènes signature de l'oligozoospermie ont été liés au processus de fécondation et les composants de la matrice extracellulaire, tandis que ceux de la tératozoospermie sont liés à la spermatogenèse et la morphogenèse cellulaire, alors que les gènes signature de l'asthénozoospermie sont impliqués dans l'assemblage du ribosome et du flagelle. En complément de cette étude, nous avons réalisé une étude très globale du paysage épigénétique du sperme des hommes infertiles. Nous avons, ainsi comparé les niveaux des espèces réactives de l’oxygène (ERO), de méthylation de l’ADN, ainsi que l’intégrité de la chromatine dans les spermatozoïdes de 30 individus infertiles avec ceux de 33 individus fertiles. Nos analyses montrent des niveaux élevés d’ERO chez les individus infertiles. Ces niveaux sont d’une part négativement corrélés avec les niveaux de méthylation globale de l’ADN et d’autre part négativement corrélés avec ceux de la 5-hydroxyméthylcytosine et de la 5-formylcytosine (intermédiaire dans le processus de déméthylation active). Ces derniers suggèrent qu’une infertilité associée au stress oxydatif conditionne l’épigénome du sperme. En conclusion, l’ensemble de notre travail apporte des ressources précieuses et originales dans la compréhension des pathologies de sperme. / Male infertility is actually considered as a public alarming health problem. The sperm pathologies spectrum ranges between different phenotypes including oligozoospermia, asthenozoospermia and teratozoospermia depending on the sperm conventional parameters abnormalities. Abnormal sperm is characterized by genetic alterations and epigenetic alterations which can affect the transcriptome extensively. These alterations in RNA profiles are retrospectively indicative of aberrant spermatogenic events. RNA-seq is a powerful tool for comprehensive characterization of whole transcriptome. To date, RNA-seq analysis of sperm from infertile men has not been reported. Our objectives are: (i) recognize key clusters, key pathways and specific gene transcripts for different sperm abnormalities; (ii) catalog the spermatozoal lncRNAs in different sperm pathologies; (iii) identify signature genes which are mechanistically important in the cascade of events driving a pathological spermatogenesis; (iii) portray the global epigenetic landscape in sperm from infertile men. Expression data from 60 sperm samples from 3 groups of infertile men (oligozoospermia, asthenozoospermia, and teratozoospermia) were generated on Illumina HiSeq platform, compared to 20 fertiles, and the resulting gene expression patterns were analyzed for functional enrichment. Our supervised analyses identified numerous differentially expressed genes between fertile and infertile men. In oligozoospermia, the deregulated spermatozoal transcripts were associated with various stages of spermatogenesis including meiotic cell cycle, synaptonemal complex assembly, sister chromatid cohesion, piRNA metabolic process, ubiquitin-dependent protein catabolic process, cellular response to DNA damage stimulus and interestingly fertilization. As for asthenozoospermia, spermatogenesis, cilium assembly, metabolic-related pathways, chemotaxis and immune cell physiology were most significantly differentially expressed. Interestingly, numerous transcripts associated with histone modifications were highly down-regulated. With regards to teratozoospermia, we evidenced sperm-specific differentially expressed genes which are involved in the ubiquitin-proteasome, cytoskeleton organization, the cell cycle pathway, SUMOylation of DNA damage response and repair proteins, as well as many putative epigenetic modulators of gene expression.. We also attempted to identify distinct patterns of gene expression changes that were definite to the different abnormal sperm phenotypes in infertile men relative to controls. Signature genes of oligozoospermia were over-enriched by genes involved in fertilization and extracellular matrix components, while signature genes of teratozoospermia were enriched by genes involved in spermatogenesis and cellular components involved in morphogenesis, whilst signature genes of asthenozoospermia were enriched by genes implicated in ribosome and cilium assembly.We complemented this work by a parallel epigenetic analysis of the global epigenetic landscape in infertile men. We compared the levels of reactive oxygen species (ROS), DNA integrity and global epigenetic parameters in sperm from 33 infertile subjects with abnormal semen parameters compared to fertile individuals. We pointed out that infertile men are characterized by strikingly high levels of reactive oxygen species (ROS) which were in part negatively correlated with the global DNA methylation, and positively correlated with the levels of 5-hydroxymethylcytosine and 5-formylcytosine (active demethylation intermediates). These findings suggest that male infertility associated with oxidative stress shapes the sperm epigenetic landscape. In summary, this original work yielded a transcriptional portrait of sperm abnormalities and provided valuable resources that would further elucidate sperm pathologies.

Le projet de thèse concerne l’étude des réseaux de régulation en lien avec l’homéostasie des ions métalliques chez la bactérie à Gram-positif Bacillus subtilis. Les ions métalliques tels que Fe(II), Mn(II) et Zn(II) sont essentiels dans un grand nombre de processus cellulaires entant que cofacteur d’enzymes ou en tant qu’élément structural dans les protéines. Cependant, à trop hautes concentrations, ils peuvent avoir des effets toxiques en endommageant la membrane cellulaire et l’ADN ainsi qu’en inactivant la fonction de certaines protéines. De plus, en condition aérobie, B. subtilis produit du peroxyde d’hydrogène H₂O₂ qui réagit avec les ions Fe(II) pour produire des radicaux libres hautement toxiques pour la cellule. La régulation de l’homéostasie des ions métalliques doit donc être parfaitement régulée et coordonnée avec les autres processus cellulaires. J’essaie de comprendre de façon globale, via des approches expérimentales à grande échelle, les interconnexions entre les régulateurs de l’homéostasie des ions métalliques et autres voies métabolique dans Bacillus subtilis. / The present doctoral thesis concerns the study of the regulatory network linked tometal ions homeostasis in the Gram+ Bacillus subtilis. Metal ions such as Fe(II), Mn(II) andZn(II) are essential for many metabolic processes, since they function as enzyme cofactors andstructural ligands of proteins. Changes in ions availability can alter activity of enzymes of thecarbon metabolism and lead to changes in gene expression. In addition, the modulation of metalion homeostasis is intimately linked with the oxidative stress response: during aerobic growth,hydrogen peroxide is generated and it rapidly reacts with ferrous iron to form ROS molecules.Hence, regulation of metal ions uptake/efflux has to be finely regulated and coordinated with othercellular processes. With the present project, I aim to understand at system’s level how Bacillussubtilis integrates the control of metal ions homeostasis with other metabolic processes.

Les organes centraux du tractus urogénital sont le testicule et l’ovaire, qui assurent la production de gamètes et d’hormones, et donc la fertilité de l’individu. Ces deux organes, parfaitement distincts et complémentaires, ont pour origine une gonade bipotentielle qui s’engagera vers une trajectoire de différenciation masculine ou féminine au cours de la vie fœtale. Les deux gonades vont par la suite subir plusieurs phases de différenciation et de développement de leurs populations cellulaires, afin d’acquérir leurs fonctions propres qui leur permettront d’assumer leur rôle à l’âge adulte. Depuis plus d’une quinzaine d’années, le concept de syndrome de dysgénésie testiculaire fait état d’un lien entre l’exposition du fœtus à des composés environnementaux et des anomalies du tractus urogénital. Bien que sujette à de vifs débats au sein de la communauté scientifique, cette hypothèse a attiré l’attention de la recherche sur les conséquences de l’exposition des mères aux xénobiotiques sur l’enfant à naître. La différenciation et le développement des gonades fœtales sont gouvernés par des programmes d’expression spécifiques de chaque sexe, dont de nombreuses zones d’ombres subsistent, notamment concernant la fraction non-codante exprimée par le génome humain. La première partie de cette thèse de doctorat présente, pour la première fois, le paysage transcriptionnel contrôlant ces processus complexes entre la 6ième et 17ième semaine de développement chez l’Homme. Grâce à l’avènement des technologies de transcriptomique, il est désormais possible d’identifier et d’observer l’expression des gènes de manière sensible et sans a priori. Le RNA-seq m’a donc permis de décrire de manière exhaustive la dynamique d’expression des gènes, pendant les stades précoces de la différenciation sexuelle, jusqu’aux phénomènes plus tardifs conduisant aux linéages des différentes populations cellulaires spécifiques du testicule et de l’ovaire. Dans une deuxième partie, mon travail de recherche s’est attaché à étudier l’impact de deux perturbateurs endocriniens suspectés, l’ibuprofène et le chlordécone, sur le programme d’expression du testicule fœtal humain. L’utilisation du RNA-seq m’a permis de définir et de comparer la signature toxicogénomique de chaque molécule afin de contribuer à la compréhension de leur mécanisme d’action et d’identifier les populations cellulaires affectées. Enfin, face à l’essor des technologies ultra-haut-débit dans les sciences de la vie, y compris dans les domaines de la reproduction, j’ai activement participé au déploiement d’une nouvelle version du Reprogenomic Viewer dans la dernière partie de ma thèse (http://rgv.genouest.org). Cet outil nternet a pour vocation de centraliser et de rendre accessibles les données de séquençage accumulées au sein de la communauté de la reproduction via des outils de visualisation intuitifs. / Fetal life is a crucial period for sexual reproduction when bipotential gonads differentiate into either a testis or an ovary. Gaining insights into the complex molecular events underlying this process is central to a better understanding of disorders of sexual development. The present work intends to improve the knowledge on molecular pathways at play during gonad development in humans using RNA-sequencing. This project particularly seeks to identify early transcriptional events that may play critical role in the regulatory network driving human sexual differentiation. To address this issue, we defined the transcriptional landscape of fetal human gonads by sequencing total RNA extracted from testes and ovaries between 6 and 17 gestational weeks. The resulting paired-end reads were mapped on the human genome and then assembled into transcripts using the Tuxedo suite. We next defined a high-confidence set of transcripts showing differential expression across samples. Clusters of co-expressed genes were subjected to functional analysis. The analysis of this massive RNA-seq dataset has led to a high-confidence set of 35,194 assembled transcripts; among which 32,391 known and novel isoforms coding genes (mRNAs), 1,209 to long non-coding (lnc) RNAs and 318 to novel unannotated transcripts/genes (NUTs). The dynamic of transcriptional landscape occurring during human fetal gonads development has been described and new genes and interesting candidates, including new genes, have been highlighted as potential key genes governing this biological process. The second interest of this work was the study of the impact of two endocrine disruptors, ibuprofene and chlordecone, on human fetal testis using RNA-seq. The transcriptional alteration induced by these compound in the gonad allowed a deeper understanding of their mechanisms of action of endocrine disruption. The last part of this work was the development of a new version of the ReproGenomics Viewer (http://rgv.genouest.org), a web tool dedicated to the integration and accumulation of sequencing data from studies performed in the field of reproduction.

Le phytopathogène Agrobacterium tumefaciens est l'agent causal de la maladie appelée galle du collet, et est capable d'infecter plus de 90 familles de plantes dicotylédones. Cette ∝-protéobactérie appartient à la famille Rhizobiaceae. A. tumefaciens est un complexe de différentes espèces regroupées en 10 génomovars (G1 à G8 et G13). A. tumefaciens C58 appartient au groupe du G8. Son génome est constitué de 4 réplicons : 1 chromosome circulaire, 1 chromosome linéaire et des 2 plasmides dispensables : pAt (pour A.tumefaciens) et pTi (pour Tumor inducing, qui est requis pour la virulence). Pour explorer de nouveaux aspects du mode de vie d’A. tumefaciens, et en particulier l'interaction entre la bactérie et sa plante hôte, deux approches différentes ont été utilisées pour identifier, caractériser et analyser les gènes qui pourraient jouer un rôle dans l'adaptation des bactéries à la tumeur. Une expérience de l'évolution par des passages en série de trois souches différentes de l'agent pathogène sur la plante hôte Solanum lycopersicum a été effectuée afin de clarifier la dynamique évolutive du génome au cours de l'infection. Parallèlement, une étude de différents transcriptomes (in planta et in vitro) a été réalisée et étudiée pour élucider des gènes bactériens candidats impliqués dans l'interaction de la bactérie avec la plante et divers composés produits dans la tumeur. Ce travail tente de donner une vue plus générale du processus d'adaptation de la bactérie à la niche écologique qui est la tumeur. / Agrobacterium tumefaciens is the causal agent of the plant disease called crowngall, and it’s able to infect more than 90 families of dicotyledonous plants. It is an α-Proteobacterium and belongs to the Rhizobiaceae family. A. tumefaciens is a complex of different species grouped in 10 genomovars (G1 to G8, and G13). A. tumefaciens C58 belongs to the G8 group. Its genome consists in 4 replicons: 1 chromosome circular, 1 chromosome linear and 2 dispensable plasmids: pAt (for A. tumefaciens) and pTi (for Tumor inducing), which is required for virulence. To explore new aspects of the A. tumefaciens lifestyle, and in particular the interaction between the bacteria and its plant host, two different approaches have been used to identify, characterize and analyze genes that could play a role in the adaptation of the bacteria to tumor lifestyle. An evolution experiment by serial passages of three different strains of thepathogen on the host plant Solanum lycopersicum has been carried out to clarify the evolutionary dynamics of the genome during the course of infection. In parallel, a study of different transcriptomes (in planta and in vitro) was performed and studied to elucidate bacterial candidate genes involved in the interaction of the bacteria with the plant and various compounds produced in the tumor. This work attempts to give a more general view of the process of adaptation of the bacteria to the ecological niche that is the tumor.

L’un des principaux objectifs des travaux présentés dans cette thèse était d’étudier les mécanismes moléculaires de l’évolution contemporaine chez le saumon atlantique (Salmo salar) à l’aide de la technique des bio-puces. La création de lignées de saumon d’élevage est un exemple d’évolution contemporaine dirigée par une activité humaine. La comparaison des niveaux de transcription de milliers de gènes entre saumons d’élevage, saumons sauvages et leurs hybrides nous a permis d’en identifier certains dont le niveau de transcription présentait des différences héritables entre ces groupes. Ces résultats nous renseignent sur les mécanismes génétiques de l’évolution parallèle et permettent d’évaluer l’ampleur des différences génétiques accumulées en 25 à 35 ans entre saumons d’élevage et sauvages ainsi que l’importance relative de l’additivité dans le contrôle génétique des niveaux de transcription géniques. Ils appuient l’idée que des mesures limitant les échappées de saumons d’élevage doivent être prises rapidement. Dans d’autres travaux, l’estimation du Qst ainsi que de l’héritabilité du niveau de transcription de milliers de gènes nous a permis d’appliquer une méthode nouvelle, le « balayage transcriptomique », afin d’identifier des gènes pour lesquels le contrôle génétique du niveau de transcription a potentiellement évolué en 6 générations sous l’effet de la sélection naturelle chez deux sous-populations de saumon de la rivière Ste-Marguerite. Un autre objectif de ces travaux était l’étude des mécanismes moléculaires de la plasticité phénotypique. Ainsi, la comparaison des niveaux de transcription géniques chez des juvéniles de saumons sains ou atteints de saprolegniose nous a permis d’identifier plusieurs des acteurs potentiels de la réponse immunitaire à cette infection, incluant notamment plusieurs gènes codant pour des protéines de la réponse immunitaire non-spécifique. Enfin, nous avons identifié, en comparant le niveau de transcription de 16006 gènes dans les cerveaux de saumons juvéniles dominants ou subordonnés en présence ou en l’absence de truite arc-en-ciel, certains acteurs moléculaires potentiellement impliqués dans la perte plastique de dominance sociale chez de jeunes saumons mis en présence de truites, contribuant ainsi à développer les connaissances sur les liens entre la transcription génique et la plasticité comportementale dans le contexte d’interactions compétitives entre espèces invasives et espèces indigènes. / One of the main objectives of the work presented here was to study the molecular mechanisms of contemporary evolution in Atlantic salmon (Salmo salar) using microarrays. The creation of salmon breeding lines through artificial selection is an example of contemporary evolution driven by human activities. Comparing the transcription levels of thousands of genes between farmed salmon, wild salmon and their hybrids allowed us to identify genes of which the transcription level showed heritable differences between these groups. The results inform us on the genetic mechanisms of parallel evolution and allow us to evaluate the extent of the genetic differences accumulated in only 25 to 35 years of artificial selection between wild and farmed salmon as well as the prevalence of additivity in the genetic control of gene transcription. These results also support the idea that measures to markedly reduce escapes of farmed salmon and their reproduction in the wild are urgently needed. In another study, estimating gene transcription level Qst and heritability for thousands of genes allowed us to apply a new method, the «transcriptome scan», to identify genes for which the genetic control of transcription is likely to have evolved in only 6 generations under the effect of directional selection in two Atlantic salmon sub-populations from rivière Ste-Marguerite. Another goal of this thesis was to study the molecular mechanisms of phenotypic plasticity. Hence, the comparison of transcript levels from saprolegniosis-affected or healthy salmon juveniles allowed us to identify several potential actors of the immune response to this infection, including several genes coding for proteins of the acute-phase response. Finally, we compared the transcription levels of thousands of genes in the brains of socially dominant or subordinate salmon juveniles in absence or presence of rainbow trout (O. mykiss), which allowed us to identify several potential molecular actors in the plastic loss of social dominance hierarchies in salmon in presence of trout. This contributes to a better understanding of the relation between gene transcription and behavioural plasticity in the context of competitive interactions between invasive and native species.