Les changements globaux ont en partie pour effet de modifier les aires de répartition géographique des espèces. Les interactions nouvelles entre espèces n’ayant jamais été en contact peuvent potentiellement mener à des cas atypiques de reproduction, notamment l’hybridation. Ce phénomène peut avoir des implications épidémiologiques fortes car il peut conduire à la genèse de pathogènes hybrides. La combinaison du matériel génétique d’espèces distinctes peut conférer de meilleures capacités à la progéniture (vigueur hybride ou hétérosis), pouvant à terme potentiellement mener à des changements adaptatifs et à l'émergence de pathogènes dans des zones non endémiques, ce qui en fait une menace émergente à l’échelle mondiale. Ce travail de thèse se focalise sur la schistosomiase, seconde maladie parasitaire humaine et sa récente émergence en Europe (Corse, France). Après l’identification et la caractérisation génomique d’un parasite hybride entre deux agents distincts de la maladie, S. haematobium chez l’homme et S. bovis chez les bovins, nous avons mené une approche intégrative afin de caractériser à plusieurs échelles les capacités invasives et la virulence de tels parasites. A partir de souches du terrain, nous avons mis en place un protocole d’évolution expérimentale visant à générer des hybrides de première et deuxième générations au laboratoire. Nous avons analysé les modifications de traits d’histoire de vie de ces parasites ainsi que les conséquences moléculaires (génomique et transcriptomique) de ce « clash génomique » et nous montrons que l’hybridation peut être une force évolutive majeure pour les parasites. / Global changes contribute in modifying species geographical distribution. New interactions between species that have never been in contact before can potentially lead to atypical cases of reproduction, including hybridization. This phenomenon can have strong epidemiological consequences as it can potentially lead to the genesis of hybrid pathogens. The combination of genetic material of distinct species can confer increased capacities to the offspring (hybrid vigor or heterosis), eventually leading to adaptive changes and the emergence of pathogens in non-endemic areas, making them an emerging global threat. This thesis work focuses on schistosomiasis, the second human parasitic disease after malaria and its recent emergence in Europe (Corsica, France). After the identification and genomic characterization of a hybrid parasite between two distinct agents of the disease, S. haematobium in humans and S. bovis in cattle, we conducted an integrative approach to characterize at several scales the invasive capacities and virulence of such parasites. Starting from the field, we set up an experimental evolution protocol aimed at generating first- and second-generation hybrids in the laboratory. We analysed life history trait modifications of these parasites as well as the molecular consequences (genomics and transcriptomics) of this "genomic clash" and we show that hybridization can be a major evolutionary force for parasites.

Le cadre général de cette thèse est la question de la relation génotype-phénotype, abordée à travers l'analyse du phénomène d'hétérosis chez la levure, dans une approche associant biologie, mathématiques et statistiques. Antérieurement à ce travail, un très gros jeu de données hétérogènes, correspondant à différents niveaux d'organisation (protéomique, caractères de fermentation et traits d'histoire de vie), avait été recueilli sur un dispositif demi-diallèle entre 11 souches appartenant à deux espèces. Ce type de données est idéalement adapté pour la modélisation multi-échelle et pour tester des modèles de prédiction de la variation de phénotypes intégrés à partir de caractères protéiques et métaboliques (flux), tout en tenant compte des structures de dépendance entre variables et entre observations. J’ai d'abord décomposé, pour chaque caractère, la variance génétique totale en variances des effets additifs, de consanguinité et d'hétérosis, et j’ai montré que la distribution de ces composantes permettait de définir des groupes bien tranchés de protéines dans lesquels se plaçaient la plupart des caractères de fermentation et de traits d'histoire de vie. Au sein de ces groupes, les corrélations entre les variances des effets d'hétérosis et de consanguinité pouvaient être positives, négatives ou nulles, ce qui a constitué la première mise en évidence expérimentale d’un découplage possible entre les deux phénomènes. Le second volet de la thèse a consisté à interfacer les données de protéomique quantitative avec un modèle stœchiométrique du métabolisme carboné central de la levure, en utilisant une approche de modélisation à base de contraintes. M'appuyant sur un algorithme récent, j’ai cherché, dans l'espace des solutions possibles, celle qui minimisait la distance entre le vecteur de flux et le vecteur des abondances observées des protéines. J’ai ainsi pu prédire un ensemble de flux et comparer les patrons de corrélations entre caractères à plusieurs niveaux d'intégration. Les données révèlent deux grandes familles de caractères de fermentation ou de traits d'histoire de vie dont l'interprétation biochimique est cohérente en termes de trade-off, et qui n'avaient pas été mises en évidence à partir des seules données de protéomique quantitative. L'ensemble de mes travaux permet de mieux comprendre l'évolution de la relation entre génotype et phénotype. / The general framework of this thesis is the issue of the genotype-phenotype relationship, through the analysis of the heterosis phenomenon in yeast, in an approach combining biology, mathematics and statistics. Prior to this work, a very large set of heterogeneous data, corresponding to different levels of organization (proteomics, fermentation and life history traits), had been collected on a semi-diallel design involving 11 strains belonging to two species. This type of data is ideally suited for multi-scale modelling and for testing models for predicting the variation of integrated phenotypes from protein and metabolic (flux) traits, taking into account dependence patterns between variables and between observations. I first decomposed, for each trait, the total genetic variance into variances of additive, inbreeding and heterosis effects, and showed that the distribution of these components made it possible to define well-defined groups of proteins in which most of the characters of fermentation and life history traits took place. Within these groups, the correlations between the variances of heterosis and inbreeding effects could be positive, negative or null, which was the first experimental demonstration of a possible decoupling between the two phenomena. The second part of the thesis consisted of interfacing quantitative proteomic data with the yeast genome-scale metabolic model using a constraint-based modelling approach. Using a recent algorithm, I looked, in the space of possible solutions, for the one that minimized the distance between the flux vector and the vector of the observed abundances of proteins. I was able to predict unobserved fluxes, and to compare correlation patterns at different integration levels. Data allowed to distinguish between two major types of fermentation or life history traits whose biochemical interpretation is consistent in terms of trade-off, and which had not been highlighted from quantitative proteomic data alone. Altogether, my thesis work allows a better understanding of the evolution of the genotype-phenotype map.