Dans la continuité des projets du programme d'amélioration génétique de l'épinette blanche (Picea glauca [Moench] Voss.), l'utilisation de la variabilité génétique familiale pourrait améliorer l'enracinement des boutures. Des boutures d'épinette blanche, provenant de 75 familles unifamiliales, ont été produites et les échantillonnages, couvrant la phase d'enracinement (B+0) et deux saisons de croissance (B+l, B+2), ont permis d'évaluer les variables de croissance, d'architecture du système racinaire, les échanges gazeux et le statut nutritionnel. L'estimation des paramètres génétiques a montré que l'enracinement des boutures est sous contrôle génétique, notamment par des valeurs élevées d'héritabilités individuelle et familiale de la masse racinaire durant ces phases de croissance. Les corrélations génétiques mettent en perspective la relation entre la masse racinaire et le diamètre ou la hauteur. La variabilité génétique familiale d'enracinement est suffisamment importante pour inclure une sélection des pieds-mères utilisés aux fins du bouturage et ainsi améliorer l'enracinement chez l'épinette blanche.

L'accès aux ressources biologiques locales et leur exploitation durable font partie des nombreux défis auxquels font face les communautés nordiques. Des espèces animales comme le caribou et l'omble chevalier, par exemple, sont essentielles pour assurer la sécurité alimentaire des communautés Inuit de l'Arctique. Dans les années 1990, les habitants de la communauté Inuit de Kuujjuaq, au Nunavik, ont entrepris d'augmenter l'accessibilité locale de l'omble chevalier en introduisant l'espèce dans le bassin versant de la rivière Nepihjee, et en ensemençant la population via un programme d'écloserie. En 2019, nous avons observé dans la population des niveaux de diversité génétique de loin inférieur à ceux des autres populations de la Baie d'Ungava. La diversité génétique étant indicatrice de la capacité d'une espèce à faire face à des changements de son environnement, cette observation a soulevé des questions quant à la viabilité de la population. Nous avons donc utilisé une approche de séquençage de génome entier à faible couverture afin de générer une banque génomique couvrant l'ensemble du génome (Liste complète = 105 905 902 SNP, liste filtrée = 4 299 926 SNPs) de la population de la Nepihjee, ainsi que de quatre autres populations de la région afin de les comparer. Ces données ont permis de déterminer que les faibles niveaux de diversité génétique observés dans la population de la Nepihjee ont probablement été causés par une influence marquée de processus démographiques résultant des pratiques d'ensemencement. Elles ont également permis de quantifier le fardeau génétique des populations, et de déterminer que la population d'omble chevalier de la rivière Nepihjee est particulièrement susceptible de souffrir d'une dépression de consanguinité. Ces résultats nous permettent de répondre aux inquiétudes de la communauté et de formuler des recommandations pour guider l'optimisation des pratiques de gestion afin de favoriser la viabilité de la population dans un contexte de changements globaux. / Access to local biological resources and their sustainable use are among the many challenges that northern communities are facing particularly in the era of changing climates. Animal species such as caribou and Arctic char, for example, are essential to ensuring food security for Inuit communities in the Arctic. In the 1990s, the inhabitants of the Inuit community of Kuujjuaq, in Nunavik, undertook to increase the local accessibility of Arctic char by introducing the species into the Nepihjee River watershed, and by stocking the population through a hatchery program. In 2019, we observed in the population levels of genetic diversity far lower than those of other populations in Ungava Bay. Since genetic diversity is an indicator of a species' ability to cope with changes in its environment, this observation has raised questions about population viability. We therefore used a low-coverage whole genome sequencing approach to generate a molecular library covering the entire genome (Complete list = 105 905 902 SNP, pruned list = 4 299 926 SNPs) of the Nepihjee population, as well as four other populations in the region for comparative purposes. These data determined that the low levels of genetic diversity observed in the Nepihjee population were likely caused by a strong influence of demographic processes resulting from stocking practices. They also allowed us to quantify the genetic load of the populations, and to determine that the Arctic char population of the Nepihjee River seems particularly susceptible to inbreeding depression. These results allowed us to address community concerns about the Nepihjee population and make recommendations to guide the optimization of management practices to promote population viability in the context of global change.

Afin de prévoir les conséquences des changements environnementaux sur la biodiversité, une approche est de mieux comprendre la réponse des espèces à une modification de leur environnement. Les écosystèmes de montagne sont particulièrement concernés par ces changements environnementaux. En particulier, dans les Alpes françaises, les pelouses et prairies constituent des formations végétales importantes, du point de vue de leur intérêt patrimonial et de la biodiversité en espèce animales et végétales qu'elles renferment. Pour estimer la capacité des espèces à s'adapter/s'acclimater à de nouvelles conditions environnementales, différentes expériences ont été mises en place afin d'estimer le rôle de la variabilité génétique et de la plasticité phénotypique dans la variation des traits fonctionnels. Les résultats mettent en évidence l'importance de la plasticité phénotypique comme source de variation des traits fonctionnels, la variabilité génétique expliquant une part significative mais plus faible de la réponse. Cette coexistence des deux mécanismes indique que les espèces étudiées sont capables de s'acclimater et, à plus long terme, pourront s'adapter. Toutefois, des niveaux différents de plasticité et de contraintes ont été observés au sein et entre les espèces, pouvant conduire des réponses différentes selon les espèces et les populations. Les différents résultats ont permis de mettre en évidence la complexité de la réponse des espèces à leur environnement. Les différents aspects ainsi que l'origine de la réponse sont donc des éléments clés pour prévoir la réponse des espèces aux changements globaux de l'environnement, et donc l'évolution de la biodiversité.

Le processus ancestral est appliqué pour étudier la variabilité génétique et la mesure de déséquilibre de liaison de séquences d’ADN, et faire de l’inférence statistique sur les divers facteurs responsables de cette variabilité. En tenant compte, en premier lieu, des facteurs de dérive génétique, de mutation, et de recombinaison, les calculs exacts de la mesure de déséquilibre de liaison de deux loci sont retrouvés. De plus, une approximation du processus exact, SMC (sequentially Markov chain), est utilisée pour trouver la mesure d’association à deux loci, et une formule de covariance pour calculer cette mesure est corrigée. En intégrant le facteur de conversion dans le modèle de Moran, on trouve l’espérance des mesures de polymorphisme exprimées par les espérances des mesures de variation intra-locus et inter-locus. Celles-ci sont calculées à l’aide de temps espérés dans les états ancestraux. De plus, l’espérance du déséquilibre de liaison est trouvée et il est montré qu’elle diminue quand le taux de recombinaison augmente. En utilisant ces résultats théoriques, on présente une méthode pour estimer les paramètres de mutation, de recombinaison, et de conversion. / The ancestral process is applied to investigate the amount of DNA variation and the amount of linkage disequilibrium ; it is also applied to make statistical inference about the multiple factors responsible for this variation. Considering genetic drift, mutation, and recombination events, the exact solutions for linkage disequilibrium between two loci are obtained. Furthermore, the association measure between two loci is obtained by using an approximation of the exact process, SMC (sequentially Markov chain), and correcting a covariance formula. After introducing intrachromosomal gene conversion under the Moran model, the expected amounts of variation within and between two loci are obtained using expected times spent in the ancestral states. Furthermore, the expectation of linkage disequilibrium is obtained and it is shown to decrease as the recombination rate is increased. Using these theoretical results, a method for estimating the mutation, recombination and gene conversion parameters is presented. / Les diagrammes de transitions d'états ont été réalisés avec le logiciel Latex.

Cette thèse visait à caractériser l’architecture hydraulique du xylème chez les hybrides de peuplier Populusdeltoides × P. nigra et à juger de ses relations avec le fonctionnement hydrique et carboné de l’arbre en conditions d’irrigation contrastées. A cette fin, huit génotypes se distinguant par leur discrimination isotopique vis-à-vis du carbone 13 ont été cultivés en pépinière. Nos travaux ont permis de mettre en évidence d’importantes variations entre génotypes pour les caractéristiques anatomiques du xylème, l’efficience hydraulique de la tige et de la plante entière ainsi que la résistance à la cavitation. Nos travaux démontrent également que l’anatomie et la résistance à la cavitation du xylème s’ajustent aux conditions hydriques du milieu de façon génotype-dépendante. En condition hydrique non limitante, nous avons mis en évidence un compromis entre l’efficience hydraulique et la résistance à la cavitation ou le potentiel de croissance. Ces deux compromis expliquent la relation positive observée entre la résistance à la cavitationet le potentiel de croissance. En condition hydrique limitante, cette relation n’était toutefois plus observable. Aucune relation n’a pu être identifiée entre les propriétés hydrauliques et l’efficience d’utilisation de l’eau. Ces travaux suggèrent que certaines relations couramment observées à l’échelle inter-spécifique ne sont pas nécessairement applicables à des échelles d’étude plus réduites. Ce travail ouvre des perspectives sur le plan fondamental pour l’identification du déterminisme moléculaire à l’origine de la plasticité structurale observée et sur le plan appliqué, pour la création variétale. / This work aimed at characterizing xylem hydraulic architecture and at describing its relationships with whole plant water and carbon relations among Populus deltoides × P. nigra hybrids under contrasting water regimes. Eight genotypes differing in carbon isotope discrimination were grown in the field in a common garden test. Significant variations were observed between genotypes for all xylem anatomical characteristics, stem or whole-plant hydraulic efficiency and xylem resistance to cavitation. Drought-induced acclimation was observed for xylem structural features and xylem resistance to cavitation, but in a genotype-dependant manner. Under optimal irrigation, a trade-off was observed between hydraulic efficiency and xylem resistance to cavitation or growth performance. These two trade-offs translated into an uncommon positive relationship between xylem resistance to cavitation and growth performance. Under water deficit,this relationship broke down. No relationship could be detected between xylem hydraulics and water-use efficiency estimates. Our results suggest in part that several common relationships that are observed at the between-species level may not necessarily hold true at narrower scales. Further, this work opens up prospects both for identifying the molecular basis of xylem structural acclimation and for breeding strategies.

L'identification de régions génomiques cibles de la sélection naturelle positive permet de mieux comprendre notre passé évolutif et de trouver des variants génétiques fonctionnels importants. Puisque la fréquence des allèles sélectionnés augmente dans la population, la sélection laisse des traces sur les séquences d'ADN et ces empreintes sont détectées lorsque la variabilité génétique d'une région est différente de celle attendue sous neutralité sélective. On propose une nouvelle approche pour analyser les données de polymorphismes : le calcul des classes alléliques d’haplotypes (HAC), permettant d'évaluer la diversité globale des haplotypes en étudiant leur composition allélique. L'idée de l'approche est de déterminer si un site est sous sélection positive récente en comparant les distributions des HAC obtenues pour les deux allèles de ce site. Grâce à l'utilisation de données simulées, nous avons étudié ces distributions sous neutralité et sous sélection en testant l'effet de différents paramètres populationnels. Pour tester notre approche empiriquement, nous avons analysé la variation génétique au niveau du gène de lactase dans les trois populations inclues dans le projet HapMap. / Natural selection eliminates detrimental and favors advantageous phenotypes. This process leaves characteristic signatures in the underlying genomic segments that can be recognized through deviations in the allelic or in haplotypic frequency spectra. We introduce a new way of looking at the genomic single nucleotide polymorphisms : the haplotype allelic classes (HAC). The model combine segregating sites and haplotypic informations in order to reveal useful characteristics of the data, providing an identifiable signature of recent positive selection that can be detected by comparison with the background distribution. We compare the HAC distribution's partition between the haplotypes carrying the selected allele and the remaining ones. Coalescence simulations are used to study the distributions under standard population models assuming neutrality, demographic scenarios and selection models. To test, in practice, the performance of HAC and the derived statistic in capturing deviation from neutrality due to selection, we analyzed the genetic variation in the locus of lactase persistence in the three HapMap populations.

Les diagrammes de transitions d'états ont été réalisés avec le logiciel Latex. / Le processus ancestral est appliqué pour étudier la variabilité génétique et la mesure de déséquilibre de liaison de séquences d’ADN, et faire de l’inférence statistique sur les divers facteurs responsables de cette variabilité. En tenant compte, en premier lieu, des facteurs de dérive génétique, de mutation, et de recombinaison, les calculs exacts de la mesure de déséquilibre de liaison de deux loci sont retrouvés. De plus, une approximation du processus exact, SMC (sequentially Markov chain), est utilisée pour trouver la mesure d’association à deux loci, et une formule de covariance pour calculer cette mesure est corrigée. En intégrant le facteur de conversion dans le modèle de Moran, on trouve l’espérance des mesures de polymorphisme exprimées par les espérances des mesures de variation intra-locus et inter-locus. Celles-ci sont calculées à l’aide de temps espérés dans les états ancestraux. De plus, l’espérance du déséquilibre de liaison est trouvée et il est montré qu’elle diminue quand le taux de recombinaison augmente. En utilisant ces résultats théoriques, on présente une méthode pour estimer les paramètres de mutation, de recombinaison, et de conversion. / The ancestral process is applied to investigate the amount of DNA variation and the amount of linkage disequilibrium ; it is also applied to make statistical inference about the multiple factors responsible for this variation. Considering genetic drift, mutation, and recombination events, the exact solutions for linkage disequilibrium between two loci are obtained. Furthermore, the association measure between two loci is obtained by using an approximation of the exact process, SMC (sequentially Markov chain), and correcting a covariance formula. After introducing intrachromosomal gene conversion under the Moran model, the expected amounts of variation within and between two loci are obtained using expected times spent in the ancestral states. Furthermore, the expectation of linkage disequilibrium is obtained and it is shown to decrease as the recombination rate is increased. Using these theoretical results, a method for estimating the mutation, recombination and gene conversion parameters is presented.

Dans le cadre de cette thèse nous nous sommes intéressés à l'étude de l'évolution et de la variabilité génétique de la famille des butyrophilines (BTN), des récepteurs de la superfamille des immunoglobulines impliqués dans la régulation de la réponse immunitaire. Par une étude phylogénétique approfondie nous avons caractérisé chez les mammifères 14 groupes phylogénétiques résultant d'une série de duplications à partir de huit gènes ancestraux à la base des thériens. Par la suite, nous avons étudié l'évolution des BTN de la région CMH chez les primates et leur variabilité génétique dans les populations humaines par une analyse minutieuse des données de séquençage générées du projet 1000 Genomes pour plus de 1600 individus à travers le monde. Nous avons montré que l'évolution du gène BTNL2 est marquée par une pression de sélection positive diversifiante chez les mammifères qui est accompagnée chez les hominoïdes d'un niveau de polymorphisme élevé induisant la formation de variants tronqués de BTNL2. Chez l'homme, quatre lignages d'allèles ont été identifiés. Ils ont été maintenus à des fréquences intermédiaires par une forte sélection balancée. D'autre part, l'analyse phylogénétique détaillée du groupe BTN3 (BTN3A1, 3A2 et 3A3) a montré la présence d'une évolution concertée, caractérisée par une homogénéisation forte et récurrente de la région codant pour le peptide signale et le domaine IgV chez les hominoïdes, au cours de laquelle les séquences de 3A1 et 3A3 sont remplacées par la séquence de 3A2. Chez l'homme, ces gènes sont polymorphismes important avec plus de 46 allèles chacun, mais avec la présence d'une homogénéisation extrême des séquences du domaine IgV / In this thesis we were interested in studying the evolution and the genetic variability of the butyrophilin family (BTN), a family of immune receptors belonging to the immunoglobulin superfamily implicated in the regulation of immune response. Through a thorough phylogenetic study of the family we characterized 14 phylogenetic groups in mammals resulting from a series of duplications from eight ancestral genes at the base of therian. Thereafter, we studied the evolution of the BTN of the MHC region and their genetic variability in human populations by a careful analysis of sequencing data generated by the consortium 1000 Genomes for more than 1,600 individuals representing 26 populations worldwide. We have shown that the evolution of BTNL2 gene is marked by a positive diversifying selection in placental mammals. This selection pressure is accompanied in hominoids of a high level of polymorphism inducing the formation of truncated BTNL2 variants. In humans this high level of polymorphism results in the presence of four ancient allele lineages that are maintained at intermediate frequencies by a strong balancing selection. On the other hand, a detailed phylogenetic analysis of BTN3 group (BTN3A1, 3A2 and 3A3) showed that these genes evolve in hominoids in a concerted manner characterized by a strong and recurrent homogenization of the regions encoding for the peptide signal and the IgV domain in which the 3A1 and 3A3 sequences are replaced by the 3A2 sequence. In humans these genes are polymorphic with over 46 alleles each, but with the presence of extreme homogenization of IgV domain sequences

La bactérie Deinococcus radiodurans est connue pour sa capacité à résister à un grand nombre de traitements génotoxiques parmi lesquels on peut citer l’exposition aux rayons ionisants, aux ultra-violets, à la mitomycine C, à la dessication et au stress oxydant. Elle est capable lors d’une exposition à des doses extrêmes de rayons γ générant des centaines de cassures de l’ADN de reconstituer un génome intact en seulement 2 à 3 heures via un mécanisme original, l’ESDSA, impliquant une synthèse massive d’ADN pendant la phase de réparation des cassures de l’ADN. En plus de mécanismes efficaces de réparation de l’ADN, elle possède un kit de survie comprenant une compaction importante du nucléoïde, des mécanismes de protection des protéines contre l’oxydation, une réponse originale aux lésions de l’ADN et des protéines spécifiques induites après irradiation. Tous ces facteurs contribuent au maintien de l’intégrité du génome et à la survie de la cellule lors de l’exposition à différents agents génotoxiques. Souvent considéré comme un organisme ayant une stabilité génomique exceptionnelle, cette bactérie possède dans son génome un grand nombre de séquences répétées et des éléments mobiles et est par ailleurs naturellement compétente. Ce sont autant de facteurs pouvant participer à la variabilité génétique de cette espèce. Je me suis donc intéressée lors de ma thèse à deux processus pouvant participer à l’instabilité génétique chez D. radiodurans : la recombinaison entre séquences répétées et la transformation naturelle.L’introduction dans le génome de D. radiodurans de séquences répétées directes de 438 pb séparées par des régions d’ADN d’une longueur allant de 1479 pb à 10 500 pb m’a permis de mettre en évidence le rôle majeur joué par l’appariement simple brin (Single Strand Annealing ou SSA) impliquant la protéine DdrB, spécifique des Deinococcaceae, joue un rôle majeur dans la recombinaison « spontanée » entre les séquences répétées en absence de la recombinase RecA. L’absence de DdrB dans des souches déficientes pour la recombinaison augmente davantage la perte de viabilité observée dans ces souches ce qui suggère que le SSA participe à la prise en charge de fourches de réplication bloquées, source majeure d’instabilité génétique en absence de stress extérieur, si ces fourches ne peuvent être prise en charge par des voies impliquant des protéines de recombinaison. Je me suis également intéressée à la transformation naturelle et aux protéines impliquées dans ce processus chez D. radiodurans. J’ai pu démontrer que la protéine DprA impliquée dans la protection de l’ADN simple brin et le chargement de RecA sur l’ADN simple brin internalisé lors de la transformation de nombreuses espèces comme Streptococcus pneumoniae, Bacillus subtilis ou Helicobacter pylori, est également impliquée dans la transformation chez D. radiodurans. J’ai pu montrer également qu’en plus de jouer un rôle majeur dans la transformation par de l’ADN plasmidique, DdrB est impliquée dans la transformation par de l’ADN génomique si la protéine DprA est absente. / The bacterium Deinococcus radiodurans is known for its ability to withstand a large number of genotoxic treatments, including exposure to ionizing or ultraviolet radiation, mitomycin C, desiccation, and oxidative stress. It is able, upon exposure to extreme doses of γ-radiation generating hundreds of DNA breaks, to reconstitute an intact genome in only 2 to 3 hours via an ESDSA mechanism, involving massive DNA synthesis during DNA double strand break repair. Together with efficient DNA repair mechanisms, D. radiodurans possesses a survival kit comprising significant compaction of its nucleoid, protection mechanisms against protein oxidation, an original response to DNA damage and specific proteins induced after irradiation. All of these contribute to the maintenance of genomic integrity and cell survival upon exposure to various genotoxic agents. In spite of the idea that D. radiodurans is an organism with outstanding genomic stability, this bacterium has in its genome a large number of repeat sequences and mobile elements and is also naturally competent. All these factors contribute to the genetic variability of species. I was interested in two processes that can play a role in genetic variability in D. radiodurans: recombination between repeated sequences and natural transformation.The introduction, into the genome of D. radiodurans, of 438 bp direct repeated sequences separated by DNA regions ranging from 1,479 bp to 10,500 bp in length allowed me to demonstrate the major role of Single Strand Annealing (SSA) involving the DdrB protein specific for Deinococcaceae, in the "spontaneous" recombination between the repeated sequences in the absence of the RecA recombinase. The absence of DdrB in strains deficient for recombination further increased the loss of viability observed in these strains, suggesting that SSA is required for the management of blocked replication forks, a major source of genetic instability in the absence of external stress when these forks cannot be rescued by pathways involving recombination proteins.I was also interested in the natural transformation and proteins involved in this process in D. radiodurans. I demonstrated that DprA protein involved in DNA single strand protection and loading of RecA on single-stranded DNA internalized during transformation of many species such as Streptococcus pneumoniae, Helicobacter pylori, or Bacillus subtilis, is also involved in this process in D. radiodurans. I also showed that, in addition to playing a major role in transformation by plasmid DNA, DdrB is also involved in transformation by genomic DNA of cells devoid of the DprA protein.

Les mutations de résistance pour une molécule sont produites avant que la molécule en question ne soit utilisée, et c’est sous « pression de sélection » que la souche résistante va être sélectionnée. Des données récentes montrent que des variants résistants minoritaires (VRMs) peuvent être une source d’échec virologique. Les nouvelles techniques de séquençage sont bien plus sensibles que les techniques classiques de séquençage et permettent la détection des VRMs. Afin d’évaluer l’intérêt de l’utilisation de ces techniques, nous avons étudié les prélèvements de patients en situation d’échec virologique après traitement par deux combinaisons antirétrovirales très utilisées (tenofovir/emtricitabine/efarirenz et tenofovir/emtricitabine/rilpivirine). De nombreux variants de résistance supplémentaires ont été détectés, touchant principalement la classe des Inhibiteurs Nucléosidiques de la Transcriptase Inverse (INTIs), avec un impact potentiel sur le choix du traitement de relais. Nous avons également étudié la prévalence des mutations de résistance transmise sur le gène de la protéase et de la transcriptase inverse chez des patients naïfs chroniquement infectés, chez deux groupes de transmission : des patients hommes ayant des rapports avec d’autres hommes (HSH), et des patients hétérosexuels. Nous avons retrouvé une prévalence plus élevée de mutations touchant les INTIs dans le groupe des patients hétérosexuels. Parmi les patients HSH, ceux infectés par un virus de sous-type B étaient plus fréquemment infectés par un virus résistant. Cette thèse met en avant la puissance des ces techniques, dont les conditions d'utilisation ne sont pas encore complètement définies. / Resistance mutations for a given molecule are produced before the molecule is used, and it is under "selection pressure" that the resistant strain will be selected. Recent data show that minority resistant variants (MRV) can be a source of virologic failure. New sequencing techniques are much more sensitive than conventional sequencing techniques and allow MRV detection. To assess the value of these new techniques, we studied samples from patients experiencing virologic failure after treatment with two antiretroviral combinations widely used (tenofovir/emtricitabine/efarirenz et tenofovir/emtricitabine/rilpivirine). Many additional resistance variants affecting the class of nucleoside reverse transcriptase inhibitors (NRTIs) were detected, with a potential impact on the choice of the subsequent regimen. We also studied the prevalence of transmitted resistance mutations in the protease and reverse transcriptase genes among naive patients chronically infected, among two groups of transmission: patients of men who have sex with men (MSM) and heterosexual patients. We found a higher prevalence of NRTI mutations among the heterosexual group. Among MSM patients, those infected with subtype B viruses were more frequently infected with a resistant virus. This thesis highlights the power of these techniques, the conditions of use are not yet fully defined.