La bactérie Agrobacterium tumefaciens est bien connue pour son utilisation en génie génétique végétale où elle sert comme vecteur de gènes. A l’origine, cette bactérie ainsi que l’espèce voisine Agrobacterium rhizogenes sont des bactéries phytopathogènes qui induisent respectivement des tumeurs et des racines anormales sur des plantes sensibles telles que la vigne ou des arbres fruitiers. L’action pathogène résulte d’un transfert horizontal de gènes de la bactérie vers l’hôte végétal, à partir d’un plasmide, le pTi (plasmide inducteur de tumeurs) ou pRi (plasmide inducteur de racines). Mon travail de thèse concerne deux aspects particuliers de cette bactérie.1. Sa capacité à transformer durablement des espèces végétales dans la nature, donnant ainsi naissance à des plantes naturellement transformées, notamment dans le genre Nicotiana. Nous avons pu montrer par séquençage à haut débit du génome de N. tomentosiformis et par l’analyse d’autres séquences complètes de Nicotianées publiées récemment l’existence inattendue de 5 séquences venant d’Agrobacterium (cT-DNAs) avec une taille total de 65 kb, dont certaines portent des gènes intacts. Nous avons montré que deux de ces gènes (TB-mas2’ de N. tabacum et TE-6b de N. otophora) ont une activité biologique. Une étude comparative approfondie a permis de mieux comprendre l’évolution de ces cT-DNAs (Chen et al., 2014). Le gène mas2’ est bien connu, il code pour une enzyme qui catalyse la synthèse du désoxyfructosyl-glutamine (DFG) dans des tumeurs ou racines induites par Agrobacterium. Des résultats récents dans notre groupe portant sur le gène TB-mas2’ montrent que ce gène est exprimé de façon très active dans plusieurs cultivars de N. tabacum, et y donne naissance à l’apparition de quantités mesurables de DFG. Ce travail est présenté sous forme d’un manuscrit à soumettre.2. Une deuxième partie de la Thèse concerne les propriétés du gène T-6b, qui fait partie de l’ADN transféré par A. vitis souche Tm4 et provoque une croissance anormale caractérisée par l’apparition d’énations, sans que l’on connaisse son mode d’action. Le gène 6b fait partie de la famille des gènes plast (pour plasticité phénotypique), avec des effets différents et souvent remarquables sur la croissance des plantes. Le gène T-6b a été mis sous contrôle d’un promoteur inductible par le dexaméthasone, et des plantes de tabac transformées par cette construction ont été étudiées en détail, à différents moments après son induction. Un grand nombre de changements a été décrit incluant des analyses anatomiques montrant des modifications encore jamais décrites chez les plantes, comme par exemple l’apparition de méristèmes foliaires ectopiques à la base de trichomes, ou l’apparition de systèmes vasculaires ectopiques parallèles au système vasculaire normal avec un développement régulier menant à des structures complexes ordonnées (Chen and Otten, 2015). Le gène TE-6b de N. otophora a été mis sous contrôle d’un promoteur fort constitutif et introduit dans des plantes de tabac, où il provoque des changements de croissance différents de ce qui a été observé pour le gène T-6b. Ces derniers résultats préliminaires sont présentés en complément des observations sur le gène T-6b. Ils indiquent que le transfert horizontal du gène TE-6b vers l’ancêtre de N. otophora aurait pu contribuer à une modification de la croissance et ainsi à la création d’une nouvelle espèce. / The bacterium Agrobacterium tumefaciens is well-known for its utilisation in plant genetic engineering where it serves as a gene vector. This bacterium and the related species Agrobacterium rhizogenes are phytopathogens that induce tumors and hairy roots respectively on susceptible plants like grapevine or fruit trees. Their phytopathogenicity is due to horizontal transfer of bacterial genes to the plant host, from a plasmid called the Ti (tumor-inducing) or Ri (root-inducing) plasmid. The subject of my Thesis concerns two particular aspects of this bacterium.1. Their capacity to stably transform several plant species in nature, thereby yielding naturally transformed plants, especially in the genus Nicotiana. We have shown by deep sequencing of the Nicotiana tomentosiformis genome and by analysis of other recently published Nicotiana sequences the presence of five different Agrobacterium-derived sequences (cT-DNAs), totalling 65 kb, some of which carry intact genes. We have shown that two of them (TB-mas2’ from N. tabacum and TE-6b from N. otophora) have biological activity. A detailed comparative study has allowed us to better understand the evolution of these cT-DNAs (Chen et al., 2014). The mas2’ gene is well-known, it codes for the synthesis of desoxyfructosyl-glutamine (DFG) in tumors or roots induced by Agrobacterium. Recent work in our group has shown that the TB-mas2’ gene is highly expressed in some N. tabacum cultivars and leads to the accumulation of detectable amounts of DFG. This work is presented as a manuscript to be submitted.2. A second part of the Thesis describes new properties of the T-6b gene, which is part of the DNA transferred by A. vitis strain Tm4 and leads to abnormal growth caracterized by the appearance of enations, so far the mode of action of this gene is unknown. The 6b gene is part of the so called plast family (for phenotypic plasticity), with different and often remarkable growth effects on plants. The T-6b gene wasearlier placed under control of a dexamethasone-inducible promoter, and tobacco plants transformed with this construct have now been studied in detail, at different times after the start of induction. A large number of changes was analyzed, both at the morphological and anatomical level, these include various unprecedented morphological changes, like for example the appearance of shoot primordia at the base of trichomes, or the appearance of ectopic vascular strands parallel to the normal strands with a regular development leading to complex but predictable structures (Chen and Otten, 2015). The TE-6b gene from N. otophora was placed under strong and constitutive promoter control and introduced into tobacco, where it was found to cause new types of morphological change, different from those observed for T-6b. The latter results are preliminary and will be presented as a complement to the work on T-6b. They indicate that the introduction of the TE-6b gene in the N. otophora ancestor could have caused a change in growth pattern, and might have favored the appearance of a new species.

Chez les mammifères, les cellules apoptotiques peuvent être complètement dégradées par des cellules phagocytaires spécialisées ou servir de vecteur d'ADN Le transfert d'oncogènes via les cellules apoptotiques aboutit à la transformation des cellules receveuses uniquement si celles-ci sont déficientes en p53. Sachant que Fniicogène E6 des papillomavirus humains (HPV) à haut risque induit la dégradation de p53, il est concevable que son transfert par la cellule apoptotique soit à l'origine d'un mécanisme alternatif de carcinogenèse associée aux HPV. Afin de confirmer cette hypothèse, l'apoptose de cellules dérivées de cancer du col de l'utérus, abriiam ou non des séquences d'HPV, a été induite. En collaboration avec l'équipe de Patrick Sandoz du laboratoire d'optique de FEMTO-ST, nous avons adapté leur inicr;système référencé en position à l'observation automatisée de Finternalisation des cellules apoptotiques. Nous avons aussi déterminé que les cellules apoptotiques son! phagocytées par les fîbroblastes quel que soit leur statut virologique. Seules les cellules apoptotiques dérivées de cellules abritant de l'ADN d'HPV transforment les cellules receveuses. L'expression de l'ADN viral, dont E6, dans les fîbroblastes transformés ainsi que la perte d'expression des protéines p53 et p21 suggère que les oncogènes d'HPV pourraient être à l'origine de la transformation. Les résultats présentés dans ces travaux mettent en évidence un nouveau mécanisme de carcinogenèse associée aux HPV via la phagocytose des cellules apoptotiques, potentiellement impliqué dans la transformation de cellules primaires et la progression des tumeurs associées aux HPV. / Apoptotic cells in mammals may be completely degraded by specialized phagocytic cells or serve as a DNA vector. The oncogene transfer via apoptotic cells leads to the transformation of récipient cells but only when they are p53 deficient. As the E6 oncogene of high-risk human papillomavirus (HPV) leads to p53 dégradation, its transfer from apoptotic cells may be the cause of an alternative mechanism of HPV-associated carcinogenesis. To confirm this hypothesis, we induced apoptosis of cervical cancer cells that may harbor HPV sequences. In collaboration with Patrick Sandoz's team at the FEMTO-ST optical laboratory, we used their position-referenced microsystem for the automated observation of apoptotic cell internalization. We also found that apoptotic cells are phagocytized by fibroblasts regardless of their virological status. Only apoptotic cells from cells harboring HPV DNA transform recipient cells. Viral DNA expression, including E6, in transformed fibroblasts and the loss of p53 and p21 protein expression suggest that HPV oncogènes may cause transformation. These results highlight a new mechanism of HPV-associated carcinogenesis via apoptotic cell phagocytosis. This mechanism may be involved in thé transformation of primary cells and the progression of HPV-associated tumors.

Le pangénome est l’ensemble des gènes uniques retrouvé chez une espèce. Dans le cas des espèces procaryotes, notamment celles qui sont présentes dans le microbiote intestinal humain, la variation du contenu en gène est caractérisée par des événements de gain de gènes principalement par transfert horizontal de gènes (THG) et de perte de gène. Cette variation du contenu en gène peut être plus rapide que le taux de mutation et permettre aux microbes de s’adapter rapidement à des pressions sélectives. Cela justifie donc l’étude de l’évolution pangénomique des procaryotes sur des échelles de temps humaines qui sont considérées comme étant courtes du point de vue évolutif, par exemple de l’ordre de quelques années. La plupart des études sur ce sujet impliquent des espèces relativement distantes qui ont divergé depuis des millions d’années. De plus, l'équilibre des forces évolutives majeures impliquées, telles que le THG, la sélection, la dérive génétique et les mutations, n’est pas clairement défini et est au cœur d’un débat dans la littérature. Ce projet de maîtrise permet donc d’élargir le portrait évolutif des pangénomes de procaryotes en s’intéressant à l’évolution des gènes transférés horizontalement, aussi appelés gènes mobiles, sur de courtes échelles de temps. Pour ce faire, nous allons d’abord passer en revue la littérature pertinente en lien avec ce sujet, notamment les méthodes employées pour détecter les gènes mobiles et les modèles d’évolution pangénomique. Nous allons ensuite analyser l’évolution d’une collection de 37 853 gènes mobiles impliqués dans des THG récents détectés dans le microbiote intestinal d’individus provenant d’Amérique du Nord ou des îles Fidji. Pour détecter des signatures évolutives des forces en action, nous estimerons divers paramètres de génétique des populations à partir de l’alignement entre les lectures de séquençage métagénomique de 176 microbiotes fidjiens et cette collection de gènes mobiles. Nous expliquerons aussi l’outil de simulations évolutives que nous avons développé afin de valider et expliquer certaines de nos observations. Sans exclure la présence de pressions de sélection pour des gènes mobiles ayant des fonctions spécifiques, les données réelles et les simulations nous amènent à conclure que l’évolution des gènes mobiles sur de courtes échelles de temps peut être expliquée par un modèle d’évolution où les gènes mobiles ne sont pas largement adaptifs à leurs hôtes humains ou microbiens, contrairement à ce qui est parfois observé sur de longues échelles de temps évolutif. / The pangenome is the collection of unique genes found in a species. For prokaryotes, especially those present in the human gut microbiota, variation in gene content is characterized by gene gain through horizontal gene transfer (HGT) and gene loss. In human gut, gene content variations can occur at faster rates than mutation, which allow microbes to adapt rapidly to environmental changes. This justifies the study of the prokaryotes pangenome evolution on human time scales which are considered evolutionarily short, e.g. in the order of few years. Most studies about the evolution of prokaryotic pangenomes involve relatively distant species that have diverged since millions of years. In addition, the balance of major evolutionary forces involved, such as horizontal transfer, selection, genetic drift, and mutations, is not clearly defined and is debated in literature. This master's project therefore aims to broaden the evolutionary portrait of prokaryotic pangenome evolution by focusing on near-term evolution. To do this, we will first review the relevant literature related to this topic, including the methods used to detect mobile genes and the pangenome evolution models. We will then analyze the evolution of a pre-existing collection of 37 853 mobile genes involved in recent HGT events detected in the gut microbiota of individuals from North America and Fiji Islands. To detect evolutionary signatures of the forces in action, we will estimate various population genetics parameters from the alignment between metagenomic sequencing reads of 176 Fijian microbiomes and this collection of mobile genes. We will also explain the evolutionary simulation tool that we have developed in order to validate and explain some of our observations. While we don’t exclude the importance of selection for specific cellular functions for pangenome evolution, we found that the near-term evolution of mobile genes can be explained by a model in which mobile genes can spread selfishly without being largely adaptive to their human or microbial hosts, contrarily to what is often observed over longer evolutionary time scales.

Les modèles de Markov d’ordre 2 (HMM2) sont des modèles stochastiques qui ont démontré leur efficacité dans l’exploration de séquences génomiques. Cette thèse explore l’intérêt de modèles de différents types (M1M2, M2M2, M2M0) ainsi que leur couplage à des méthodes combinatoires pour segmenter les génomes bactériens sans connaissances a priori du contenu génétique. Ces approches ont été appliquées à deux modèles bactériens afin d’en valider la robustesse : Streptomyces coelicolor et Streptococcus thermophilus. Ces espèces bactériennes présentent des caractéristiques génomiques très distinctes (composition, taille du génome) en lien avec leur écosystème spécifique : le sol pour les S. coelicolor et le milieu lait pour S. thermophilus / Second-order Hidden Markov Models (HMM2) are stochastic processes with a high efficiency in exploring bacterial genome sequences. Different types of HMM2 (M1M2, M2M2, M2M0) combined to combinatorial methods were developed in a new approach to discriminate genomic regions without a priori knowledge on their genetic content. This approach was applied on two bacterial models in order to validate its achievements: Streptomyces coelicolor and Streptococcus thermophilus. These bacterial species exhibit distinct genomic traits (base composition, global genome size) in relation with their ecological niche: soil for S. coelicolor and dairy products for S. thermophilus. In S. coelicolor, a first HMM2 architecture allowed the detection of short discrete DNA heterogeneities (5-16 nucleotides in size), mostly localized in intergenic regions. The application of the method on a biologically known gene set, the SigR regulon (involved in oxidative stress response), proved the efficiency in identifying bacterial promoters. S. coelicolor shows a complex regulatory network (up to 12% of the genes may be involved in gene regulation) with more than 60 sigma factors, involved in initiation of transcription. A classification method coupled to a searching algorithm (i.e. R’MES) was developed to automatically extract the box1-spacer-box2 composite DNA motifs, structure corresponding to the typical bacterial promoter -35/-10 boxes. Among the 814 DNA motifs described for the whole S. coelicolor genome, those of sigma factors (B, WhiG) could be retrieved from the crude data. We could show that this method could be generalized by applying it successfully in a preliminary attempt to the genome of Bacillus subtilis

No description available.

Bien que l’évolution de la résistance aux médicaments soit l'un des plus grands défis dans la lutte contre les maladies infectieuses, beaucoup de phénomènes restent inexpliqués. Dans le cas de la leishmaniose, la résistance est un problème majeur depuis plusieurs années. Cette maladie zoonotique négligée est causée par le parasite protozoaire Leishmania, transmis par des phlébotomes lors du repas sanguin. Chez l’humain, elle se décline en trois formes principales : viscérale, cutanée et muco-cutanée. La leishmaniose peut aussi se développer chez les chiens infectés, qui constituent un réservoir majeur de transmission. Sans vaccin efficace, le contrôle de la maladie repose principalement sur la chimiothérapie, mais peu de molécules homologuées sont disponibles. En outre, les mêmes produits sont utilisés chez les chiens et les humains, ce qui favorise l'émergence et la propagation de souches résistantes aux médicaments. Leishmania est en effet connu pour détenir d’incroyables particularités génomiques (telles que la formation d’amplicons circulaires contenant des gènes de résistance) qui lui permettent de survivre dans des conditions de stress, telles que la pression médicamenteuse. Par ailleurs, Leishmania est un eucaryote qui a conservé la capacité de produire des vésicules extracellulaires (EVs) au cours de l’évolution. Ces particules de taille nanométrique sont produites naturellement par la majorité des cellules biologiques et ont un contenu riche en protéines, lipides et acides nucléiques. Bien que des caractéristiques clés des EVs du protozoaire aient été découvertes, aucune étude n’a encore été réalisée sur les EVs de souches résistantes. Ainsi, cet aspect constitue le cœur de mon projet de recherche de doctorat : l’étude des EVs de Leishmania et leur rôle dans le phénomène de la résistance aux médicaments. Nos travaux sont les premiers à démontrer que les mécanismes de résistance aux médicaments peuvent induire des changements dans la morphologie, la taille et la distribution des EVs de Leishmania. Nous avons identifié le protéome de base des EVs du parasite et nous avons mis en évidence des protéines enrichies dans les EVs libérées par des parasites résistants à l'antimoine, à la miltéfosine et à l'amphotéricine B. Nous avons également étudié le contenu en ADN des EVs de parasites résistants et confirmé l'enrichissement des amplicons porteurs de gènes de résistance aux médicaments, associés aux EVs. En complément, nos tests de transferts d’EVs ont prouvé que ces vésicules permettent le transfert horizontal de gènes de résistance : un mécanisme alternatif de résistance aux médicaments. Finalement, nous avons montré que les EVs des parasites résistants améliorent la croissance des promastigotes et réduisent l'accumulation de ROS, ce qui favorise la survie et la propagation des populations résistantes aux médicaments. En conclusion, ces découvertes permettront le développement de nouveaux tests diagnostiques et de nouvelles approches thérapeutiques pour certaines maladies infectieuses zoonotiques, basés sur les profils des EVs. De plus, elles ont une importance majeure dans la compréhension de la résistance médicamenteuse et prouve que les EVs fonctionnent comme des médiateurs efficaces dans le transfert horizontal de gène. Ce nouveau mécanisme facilite ainsi la transmission des gènes de résistance aux médicaments entre les parasites et favorise leur survie lorsqu'ils sont confrontés à des environnements stressants. / Although the evolution of drug resistance is one of the greatest challenges in the fight against infectious diseases, many phenomena remain unexplained. In the case of leishmaniasis, resistance has been a major problem for several years. This neglected zoonotic disease is caused by the protozoan parasite Leishmania, transmitted by sandflies during the blood meal. In humans, it comes in three main forms: visceral, cutaneous, and mucocutaneous. Leishmaniasis can also develop in infected dogs, which constitute a major reservoir of transmission. Without an effective vaccine, the control of the disease relies mainly on chemotherapy, but few approved molecules are available. Furthermore, the same products are used in dogs and humans, which promotes the emergence and spread of drug-resistant strains. Leishmania is indeed known to possess incredible genomic peculiarities (such as the formation of circular amplicons containing resistance genes) which allow it to survive under stressful conditions, such as drug pressure. Furthermore, Leishmania is a eukaryote that has retained the ability to produce extracellular vesicles (EVs) during evolution. These nano-sized particles are produced naturally by most biological cells and have a rich content of proteins, lipids, and nucleic acids. Although key characteristics of the protozoan EVs have been discovered, no studies have yet been performed on the EVs of resistant strains. Thus, this aspect constitutes the heart of my doctoral research project: the study of Leishmania EVs and their role in the phenomenon of drug resistance. Our work is the first to demonstrate that drug resistance mechanisms can induce changes in the morphology, size, and distribution of Leishmania EVs. We have identified the basic proteome of parasite EVs, and we have demonstrated enriched proteins in EVs released by parasites resistant to antimony, miltefosine and amphotericin B. We also studied the DNA content of EVs from resistant parasites and confirmed the enrichment of amplicons carrying drug resistance genes associated with EVs. In addition, our EV transfer tests have proven that these vesicles allow the horizontal transfer of resistance genes: an alternative mechanism of drug resistance. Finally, we showed that EVs from resistant parasites enhance promastigote growth and reduce ROS accumulation, which promotes the survival and spread of drug-resistant populations. In conclusion, these discoveries will allow the development of new diagnostic tests and new therapeutic approaches for certain zoonotic infectious diseases, based on the profiles of EVs. Moreover, these findings are of major importance in the understanding of drug resistance and prove that EVs function as effective mediators in horizontal gene transfer. This new mechanism thus facilitates the transmission of drug resistance genes between parasites and promotes their survival when confronted with stressful environments.

Les champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA) sont des organismes microscopiques du sol qui jouent un rôle crucial dans les écosystèmes naturels et que l’on retrouve dans tous les habitats de la planète. Ils vivent en relation symbiotique avec la vaste majorité des plantes terrestres. Ils sont des biotrophes obligatoires, c'est-à-dire qu'ils ne peuvent croître qu'en présence d'une plante hôte. Cette symbiose permet entre autres à la plante d'acquérir des nutriments supplémentaires, en particulier du phosphore et du nitrate. Malgré le fait que cette symbiose apporte des services importants aux écosystèmes, la richesse des espèces, la structure des communautés, ainsi que la diversité fonctionnelle des CMA sont mal connues et l'approfondissement des connaissances dans ces domaines dépend d’outils de diagnostic moléculaire. Cependant, la présence de polymorphisme nucléaire intra-isolat combiné à un manque de données génomiques dans différents groupes phylogénétique de ces champignons complique le développement de marqueurs moléculaires et la détermination de l'affiliation évolutive à hauts niveaux de résolution (c.a.d. entre espèces génétiquement similaires et/ou isolats de la même espèce). . Pour ces raisons, il semble une bonne alternative d’utiliser un système génétique différent en ciblant le génome mitochondrial, qui a été démontré homogène au sein d'un même isolat de CMA. Cependant, étant donné le mode de vie particulier de ces organismes, une meilleure compréhension des processus évolutifs mitochondriaux est nécessaire afin de valoriser l'utilisation de tels marqueurs dans des études de diversité et en génétique des populations. En ce sens, mon projet de doctorat consistait à investiguerétudier: i) les vecteurs de divergences inter-isolats et -espèces génétiquement rapprochéesphylogénétiquement apparentées, ii) la plasticité des génomes mitochondriaux, iii) l'héritabilité mitochondriale et les mécanismes potentiels de ségrégation, ainsi que iv) la diversité mitochondriale intra-isolat in situ. À l'aide de la génomique mitochondriale comparative, en utilisant le séquençage nouvelle génération, on a démontré la présence de variation génétique substantielle inter-isolats et -espèces, engendrées par l'invasion d'éléments mobiles dans les génomes mitochondriaux des CMA, donnant lieu à une évolution moléculaire rapide des régions intergéniques. Cette variation permettait de développer des marqueurs spécifiques à des isolats de la même espèce. Ensuite, à l'aide d'une approche analytique par réseaux de gènes sur des éléments mobiles, on a été en mesure de démontrer des évènements de recombinaisons homologues entre des haplotypes mitochondriaux distincts, menant à des réarrangements génomiques. Cela a permis d'ouvrir les perspectives sur la dynamique mitochondriale et l'hétéroplasmie dans un même isolatsuggère une coexistence de différents haplotypes mitochondriaux dans les populations naturelles et que les cultures monosporales pourraient induirent une sous-estimation de la diversité allélique mitochondriale. Cette apparente contradiction avec l'homogénéité mitochondriale intra-isolat généralement observée, a amené à investiguer étudier les échanges génétiques à l'aide de croisements d'isolats génétiquement distincts. Malgré l'observation de quelques spores filles hétéroplasmiques, l'homoplasmie était le statut par défaut dans toutes les cultures monosporales, avec un biais en faveur de l'un des haplotypes parentaux. Ces résultats suggèrent que la ségrégation opère durant la formation de la spore et/ou le développement de la coloniedu mycélium. De plus, ils supportent la présence d'une machinerie protéique de ségrégation mitochondriale chez les CMAAMF, où l'ensemble des gènes impliqués dans ce mécanisme ont été retrouvé et sont orthologues aux autres champignons. Finalement, on est revenue aux sources avecon a étudié le polymorphisme mitochondrial intra-isolat à l'aide d'une approche conventionnelle de PCR en utilisant une Taq polymérase de haute fidélité, suivie de clonage et de séquençage Sanger, sur deux isolats de R. irregularis. Cela a permis l'observation d'hétéroplasmie in situ, ainsi que la co-expression de variantes de variantes de protéines'ARNm dans une souche in vitro. Les résultats suggèrent que d'autres études basées sur le séquençage nouvelle génération aurait potentiellement ignorée cette variation, offrant ainsi plusieurs nouveaux arguments permettant de considérer les CMA comme des organismes possédant une population de génomes mitochondriaux et nucléaires distincts. / The association between arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) and plant roots is one of the most widespread symbioses involving plants, and thus has an important role in terrestrial ecosystems. In exchange for carbohydrates, AMF improve plant fitness by enhancing mineral nutrient uptake, especially in particular phosphate and nitrate. Although this symbiosisDespite the fact that these symbioses contribute provides to important services toin ecosystems, the species richness, community structure and functional diversity of AMF is not well understood due to a lack of reliable molecular tools. The intra-isolate genetic polymorphism of nuclear DNA observed in AMF, combined with a lack of genomic data in a broad range of phylogenetic groups, has made it difficult to develop molecular markers and to determine evolutionary relatedness at high levels of resolution (i.e. between genetically-similar species and/or isolates). For these reasons, it seems a good alternative to use a different genetic system by targeting the mitochondrial genome, which have been shown to be homogeneous within AMF isolates. However, given the peculiar lifestyle of these organisms, a better understanding of the mitochondrial evolutionary processes and dynamics were is necessary in order to validate the usefulness of such markers in diversity and population genetics studies. In that regard, the objectives of my PhD project were to investigate: i) the divergence between closely related species and isolates, ii) mitochondrial genomes plasticity, iii) mitochondrial heritability and potential segregation mechanisms and iv) in situ mitochondrial intra-isolate allelic diversity. With Using comparative mitochondrial genomics using and next generation sequencing (NGS) sequencing, we found substantial sequence variation in intergenic regions caused by the invasion of mobile genetic elements. This variation gives risecontributes to rapid mitochondrial genome evolution among closely related isolates and species, which makes it possible to design reliable intra- and inter-specific markers. Also, an extensive gene similarity network-based approach allowed us to provide strong evidence of inter-haplotype recombination in AMF, leading to a reshuffled mitochondrial genome. These findings suggest the coexistence of distinct mtDNA haplotypes in natural populations and raise questions as to whether AMF single spore cultivations artificially underestimates mitochondrial genetic diversity in natural population.. This apparent contradiction with the intra-isolate mtDNA homogeneity usually observed in these fungi, led to the investigation of mitochondrial heritability in the spore progeny resulting from crossed-cultures. Although an heteroplasmic state was observed in some daughter spores, we found that homoplasmy was the dominant state in all monosporal cultures, with an apparent bias towards one of the parental haplotypes. These results strongly support the presence of a putative mitochondrial segregation proteic machinery in AMF, whose complete set of genes were orthologous with those found in other fungi. Our findings suggest that segregation takes place either during spore formation or colony mycelium development. Finally, we performed a conventional PCR based approach with a high fidelity Taq polymerase, followed by downstream cloning and Sanger sequencing using the model organism Rhizophagus irregularis. We found in situ heteroplasmy along with substantial intra-isolate allelic variation within the mtDNA that persists in the transcriptome. Our study also suggest that genetic variation in Glomeromycota is higher than meets the eye and might be critically underestimated in most NGS based-AMF studies both in nuclei and mitochondria.