Le mode vie autotrophique des plantes repose entièrement sur l’intégrité du chloroplaste et notamment l’étape de la biogénèse. La transcription des gènes chloroplastiques, assurée par une PEP (ARN polymérase encodée par le chloroplaste) et deux NEPs (ARN polymérase encodée par le noyau), est l’une des étapes primordiales dans le développement d’un chloroplaste photosynthétique. On distingue trois classes de gènes chloroplastiques : les gènes de classe I, transcrit par la PEP exclusivement; les gènes de classe II, transcrits par la PEP ou les NEPs; et les gènes de classe III, transcrits exclusivement par les NEPs. Pour assurer sa fonction, la PEP doit être associée à des facteurs sigmas. L’un de ceux-ci, la protéine SIG6, est un facteur sigma général et, associé à la PEP, assure la transcription de l’ensemble des gènes de classe I et II lors du développement du chloroplaste photosynthétique. Ainsi, le mutant sig6 présente un phénotype de cotylédons pâles, associé à un retard de biogénèse chloroplastique, ainsi qu’une diminution de la transcription des gènes de classe I, provoquant la diminution de la quantité de protéines de classe I. Dans le laboratoire, nous étudions les deux protéines WHIRLY chloroplastiques (WHY1 et WHY3) pour leur rôle dans le maintien de la stabilité génomique chloroplastique. Toutefois, peu de choses sont encore connues sur leur rôle potentiel dans la transcription ou la biogénèse chloroplastique. Par exemple, lorsque l’on tente de purifier la PEP, on obtient un gros complexe transcriptionnel nommé PTAC (Plastid Transcriptionally Active Chromosome) dans lequel sont retrouvées les deux protéines WHIRLY, suggérant qu’elles pourraient être impliquées dans la transcription chloroplastique. De plus, un possible rôle dans la biogénèse chloroplastique leur a été prêté, notamment chez le maïs. Dans cette étude, nous avons donc cherché à vérifier l’implication des protéines WHIRLY dans la biogénèse chloroplastique par une approche génétique de croisements entre les mutants sig6 et why1why3. Pour cela, nous avons isolé des doubles mutants sig6why1 et sig6why3, ainsi qu’un triple mutant sig6why1why3. À l’aide d’une caractérisation phénotypique et de la quantification de quelques protéines chloroplastiques, nous avons remarqué que la perte d’un des WHIRLY permet de complémenter le phénotype de cotylédons pâles du mutant sig6 et favorise l’expression normale de protéines en principe sous-exprimées dans le mutant sig6. Toutefois, la perte des deux WHIRLY ne permet pas de compenser le phénotype de cotylédons pâles et provoque l’apparition d’un phénotype persistant associé à une expression anormale des protéines chloroplastiques. Ces résultats ne peuvent être expliqués par le rôle des WHIRLY dans le maintien de la stabilité génomique chloroplastique étant donné que le triple mutant sig6why1why3 présente moins de réarrangements que le double mutant why1why3. Finalement, nous montrons que les effets de la perte d’un WHIRLY sur le mutant sig6 peuvent être mimés par l’utilisation de la rifampicine, une drogue inhibant l’ARN polymérase chloroplastique de type bactérienne (PEP). Ensemble, ces résultats démontrent donc l’implication des protéines WHIRLY chloroplastiques dans la biogénèse chloroplastique en association avec la protéine SIG6. Nous proposons un modèle selon lequel les deux protéines WHIRLY permettraient de favoriser l’activité de l’ARN polymérase de type bactérienne, notamment lors du développement du chloroplaste photosynthétique. En cas d’absence d’une des deux protéines, cette diminution partielle d’activité de la PEP favoriserait la mise en place d’un mécanisme de complémentation par le NEPs, permettant finalement de rétablir la biogénèse chloroplastique dans un mutant sig6. En l’absence des deux WHIRLY, le mécanisme de complémentation par les NEPs serait incapable de compenser la forte inhibition de la PEP, se traduisant par une aggravation du retard de développement du chloroplaste dans le mutant sig6. / The autotrophic lifestyle of plants relies entirely on the integrity of chloroplasts and particularly on their biogenesis. Chloroplast gene transcription, performed by a Plastid-Encoded Polymerase (PEP) and two Nuclear-Encoded Polymerases (NEPs), is one of the key steps during the development of photosynthetic chloroplast. There are 3 classes of genes, one transcribed by PEP alone (class I), one by both PEP and NEPs (class II), and the third by NEPs alone (class III). To carry out transcription, PEP associates with plastid sigma factors including the general sigma factor SIG6. sig6 mutants have a pale cotyledon phenotype, a severe decrease in class I gene transcription and a reduction in the level of class I proteins. In our laboratory, we study the role of the two plastid WIHRLY proteins (WHY1 and WHY3) in maintaining plastid genome stability. However, little is known about any role these proteins may play in transcription or chloroplast biogenesis. It seems likely they are involved in plastid gene transcription since they are found in the Plastid Transcriptionally Active Chromosome (PTAC). Moreover, they have been implicated in chloroplast biogenesis in maize. In this study, we verified the implication of these proteins in plastid biogenesis using a genetic approach in which we crossed a sig6 mutant with a why1why3 mutant. We isolated sig6why1 and sig6why3 double mutants and a sig6why1why3 triple mutant. Using a phenotypic characterisation and quantification of some plastid proteins, we show that loss of one of the two Why genes complements the sig6 pale cotyledon phenotype and allows a more normal pattern of expression of plastid proteins that are under-expressed in the sig6 mutant. However, we also show that loss of the two Why genes does not alleviate the sig6 phenotype. Moreover, the triple mutant shows a second pale phenotype on true leaves, and the plastid protein expression pattern is abnormal compared to either sig6 or wild type plants. Those results cannot be explained by the role of WHIRLY proteins in plastid genome stability since the triple mutant shows fewer plastid genome rearrangements than the why1why3 mutant. Finally, we show that inhibition of the PEP polymerase using rifampicin elicits the same complementation of the sig6 phenotype as the loss of one of the two WHIRLY. Together, these results show the implication of WHIRLY proteins in plastid biogenesis in association with SIG6. We propose a model in which WHIRLY act as activators of PEP activity, particularly during the chloroplast biogenesis. Therefore, the absence of one of the WHIRLY would cause a weak inhibition of PEP, facilitating the set-up of a rescue mechanism by NEPs and, consequently, allowing the complementation of plastid biogenesis in the sig6 mutant. However, the absence of the two WHIRLY proteins would cause a strong inhibition of PEP, and the inability of the rescue mechanism by NEPs to compensate for this strong inhibition, resulting in a more severe phenotype in the sig6 mutant.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les oliviers cultivés et leurs parents sauvages (oléastres), représentent deux variétés botaniques de l'espèce Olea europaea, subsp. var. europaea et var. sylvestris, respectivement. Selon des études génétiques et archéobotaniques antérieures, l'existence de populations d'oléastres dans l'est et l'ouest du bassin méditerranéen remonte à avant le néolithique. La domestication de l'olivier aurait eu lieu au moins dans ces deux zones. Néanmoins, la lignée maternelle qui caractérise les oléastres de l'est de la Méditerranée est majoritaire au sein des variétés méditerranéennes. Une telle signature génétique est probablement le résultat de migrations humaines essentiellement d'est en ouest. En dépit de ces travaux, les origines et les processus de diversification à l'ouest de la méditerranée demeurent méconnus. L'objectif de cette thèse est d'étudier les origines et les processus de diversification chez l'olivier à l'ouest de la Méditerranée. Deux hypothèses sont formulées: (i) une co-existence entre variétés sélectionnées localement et variétés introduites à partir de l'est de la Méditerranée et maintenues par clonage, (ii) une sélection à partir des formes de l'est introgressées par les populations locales à l'ouest de la Méditerranée. Dans une première partie, nous avons examiné les processus de diversification par une analyse des pratiques paysannes à une échelle localisée et dans une zone d'extrême diffusion : le Maroc. Il s'agissait de comprendre comment les paysans traitent la diversité variétale dans un contexte fortement impacté par une seule et même variété, la ‘Picholine marocaine'. Sur la base d'enquêtes semi-dirigées menées auprès des paysans dans les agro-écosystèmes traditionnels et selon une approche d'ethnobiologie, nous avons mis en évidence l'importance des logiques de classifications locales (usage, origine, âge, conservation de l'huile, méthode de propagation…) dans le traitement, le maintien et la gestion de la diversité variétale. Nos résultats montrent la présence d'un système de dénomination basée sur des catégories englobantes où les types d'oliviers sont regroupés sous des noms génériques en fonction des critères socioculturels et techniques plutôt que sur des critères morphologiques. Nous avons montré que ces catégories sont définies par des contours permissifs permettant aux types d'oliviers d'être classées dans plusieurs catégories. Nous soutenons l'hypothèse que ce système de classification permet de maintenir la diversité et est une force motrice pour la diversification variétale dans ces agro-écosystèmes caractérisés par une faible diversité d'oliviers. Dans une seconde partie, nous avons examiné les processus de diversification variétale par une approche basée sur la phylogéographie à l'échelle de la Méditerranée. Les analyses génétiques des variétés méditerranéennes d'olivier basées sur l'utilisation des marqueurs microsatellites nucléaires et chloroplastiques selon une approche bayésienne montrent une structure génétique est-ouest. La plupart des variétés de l'ouest de la méditerranée ont une lignée maternelle de l'est mais un génome nucléaire proche du "pool" génétique de l'ouest de la Méditerranée, ce qui indique une sélection à partir des formes de l'est introgressées par le "pool" génétique ouest et suggère que la sélection des oliviers à partir du semis n'a pas cessé aux premières étapes de domestication. Nos analyses sur les pratiques paysannes montrant que l'oléastre issu de semis fait partie intégrante de l'agro-écosystème et fait l'objet de sélection et d'usage (greffage sur oléastre, utilisation de l'huile de l'oléastre), ce qui plaide en faveur de l'hypothèse de l'introgression. En adoptant l'approche ABC (Approximative Bayesianne Computation), nous montrons que le scénario basé sur l'introgression des oliviers de l'est par les oléastres de l'ouest est le plus probable avec une introgression. / Olive cultivars and their wild relatives (also named oleasters) represent two botanical varieties of Olea europaea subsp. europaea, respectively var. europaea and var. sylvestris. Archaeobotanical and genetic studies showed the occurrence of Oleasters populations in east and west Mediterranean areas before the Neolithic. The domestication of the olive tree has taken place at least in these two areas. However, the maternal lineage that characterizes the eastern Mediterranean oleasters predominates among Mediterranean olive varieties. Such genetic signature is probably the result of human migrations mainly from east to west. Nevertheless, the origins and processes of olive diversification in the western Mediterranean remain unknown. The objective of this thesis is to study the origins and processes of olive diversification in the western Mediterranean areas. Two assumptions are formulated: (i) a co-existence between locally selected and introduced olive varieties from the eastern Mediterranean and maintained by cloning, (ii) a selection from the eastern olive varieties and their introgression by local populations of the western Mediterranean pool. Firstly, we examined the process of olive diversification through analysis of farming practices on a localized scale and in an area of extreme diffusion, in Morocco. Our aim is to understand how farmers treat the olive varietal diversity in a highly impacted context by a single variety, the ‘Picholine marocaine'. Based on semi-structured surveys conducted with farmers in traditional agro-ecosystems and using an approach of ethnobiology, we highlighted the importance of local classification logic (use, origin, age, conservation oil, propagation methods ...) in the treatment, maintenance and management of the varietal diversity. Our results show the presence of a naming system based on inclusive categories which olives types are grouped under generic names based on cultural and technical criteria rather than morphological criteria. We have shown that these categories are defined by permissive contours allowing the olive types to be classified in several categories. We support the hypothesis that this classification system helps to maintain diversity and is a driving force for varietal diversification in these agro-ecosystems characterized by a low diversity of olive trees. Secondly, we examined the varietal olive diversification process by an approach based on a phylogeographic study at a Mediterranean scale. Genetic analyses of Mediterranean olive varieties based on the nuclear and chloroplast microsatellites markers and a Bayesian approach show an east-west genetic structure. Most of western olive varieties have a maternal lineage of the oleasters Mediterranean east, but a nuclear genome close to the gene pool of western Mediterranean, indicating a selection from the eastern forms that were introgressed by the western Mediterranean gene pool and suggests that selection from seedling has not ceased in the early stages of domestication. Our analyzes on the farmers' practices show that oleasters from seedling is an integral part of the agroecosystem and are subject to selection and use (grafting, use of oil oleasters), which argues in favor of the introgression hypothesis. By adopting the ABC approach (Approximate Computation Bayesianne), we show that the scenario based on the introgression of olive varieties of the east by the western oleasters is the most likely scenario. We enrich the knowledge about the domestication process in the western Mediterranean by crossing analysis of farmers' practices and phylogeographic study of olive trees in the Mediterranean basin. Results were discussed with respect to ex-situ versus in-situ conservation and with the questions raised by the evolution of plant diversity involving clonal and sexual propagation.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2008-2009 / La génogéographie de l'épinette nOIre (Picea mariana) a été étudiée à l'échelle transcontinentale à l'aide de marqueurs microsatellites de l'ADN chloroplastique, puis comparée à celle obtenue par Jaramillo-Correa et al. (2004) à l'aide de marqueurs du génome mitochondrial. Cette approche a permis de confirmer l'existence de lignées génétiques distinctes au sein des populations modernes résultant de l'isolation probable des arbres dans plusieurs populations ancestrales lors du dernier épisode glaciaire. L'intensification de l'échantillonnage a permis de détecter une nouvelle lignée génétique en Alaska. La comparaison de l'étendue des lignées chloroplastiques et mitochondriales a montré que le flux génique par le pollen est beaucoup plus important que celui par les graines et agit préférentiellement de manière unidirectionnelle d'ouest en est. Cette étude a également mis en évidence que certains individus sont caractérisés par des assemblages de génomes chIoroplastique . et mitochondrial probablement apparus sous l'effet du flux génique lors de la recolonisation postglaciaire.

L'introgression est un processus fréquent et qui a d'importantes conséquences évolutives. L'objectif de ce travail était de tester un modèle neutre d'introgression chez des épicéas du Plateau tibétain et des régions voisines. Le travail a permis de mettre en évidence que la direction de l'introgression pouvait être prédite par la dynamique passée des populations d'arbres, et que l'importance de cette introgression était inversement proportionnelle à l'intensité des échanges génétiques au sein de l'espèce invasive, grâce à la comparaison de la structure génétique basée sur des marqueurs chloroplastiques (à hérédité paternelle) et mitochondriaux (à hérédité maternelle). / Introgression is a widespread phenomenon with potentially profound evolutionaryconsequences. Recently, significant progress in our understanding of introgression hasbeen made with the development of a neutral model. This model predicts that, whenone species invades an area already occupied by a related species, introgression ofneutral genes takes place mainly from the local species towards the invading ones. Inaddition, following a contact between two hybridizing species, the model predicts thatintrogression should be particularly frequent for genome components experiencinglittle gene flow. However, to date, there was no empirical example available, in whichone species expanded into the range of a closely related one and two markers withcontrasted rates of gene flow had been studied for both species. Only in such a casecould the two predictions outlined above be tested simultaneously. In addition, basedon these two predictions, species delimitation should be more efficient when usingmolecular markers experiencing high rates of gene flow. The present thesis was designed to test the hypotheses of this model. The biologicalmodel used was conifers, a group in which introgression and hybridization arecommon because of incomplete reproductive isolation. The species investigatedbelong to the genus Picea (spruce). We focused on two species complexes,represented by monographic clades in a phylogenetic study using the chloroplast genematK. All species studied occur in the Qinghai-Tibetan Plateau (QTP) and adjacenthighlands. The phylogeography of these species complexes was reconstructed usingorganelle markers (mitochondrial DNA, mtDNA and chloroplast DNA, cpDNA). Inconifers, mtDNA and cpDNA have contrasted modes of inheritance. The former ismaternally inherited, transmitted by seeds experiencing little gene flow while thelatter is paternally inherited, transmitted by both pollen and seeds experiencing highlevels of gene flow. Therefore, uniparentally inherited mtDNA and cpDNA markersexperience different rates of gene flow in such a group, providing an ideal model to test the relationship between rates of gene flow, introgression and species delimitation.Two mtDNA fragments (nad1intron b/c; nad5 intron1) and three cpDNA fragments(ndhK-C；trnL-trnF；trnS-trnG) were sequenced for nine species belonging to thePicea asperata and P. likiangensis species complex.(1) Nine mtDNA and nine cpDNA haplotypes were detected in 459 individualsfrom 46 natural populations in five species of P. asperata complex. As found in mostconifer species studied so far, low variation is present in the two mtDNA intronsalong with a high level of differentiation among populations (GST = 0.90). In contrast,higher variation and lower differentiation among populations was found at cpDNAmarkers (GST = 0.56). The cpDNA, although far from being fully diagnostic, is morespecies-specific than mtDNA: four groups of populations were identified usingcpDNA markers, all of them related to species or groups of species, whereas formtDNA, geographical variation prevails over species differentiation. A literaturereview shows that mtDNA variants are often shared among related conifer species,whereas cpDNA variants are more species-specific. Hence, increased intraspecificgene flow appears to decrease differentiation within species but not among species.[...]

L’origine de la structuration spatiale de la diversité inter spécifique (SSDS) des forêts d’Afrique centrale est l'objet de vigoureux débats quant à l’importance relative des facteurs historiques, stochastiques et déterministes. De plus, la SSDS est le plus souvent mal caractérisée, en particulier la variation spatiale de la composition des communautés (diversité beta).<p>L’hypothèse la plus souvent avancée pour expliquer l’origine des centres de diversité et d’endémisme est historique :ces centres constitueraient d’anciens refuges forestiers formés pendant les périodes sèches du Quaternaire. Cependant, la forte hétérogénéité environnementale de ces régions pourrait tout aussi bien expliquer la SSDS.<p>L'objectif principal de cette thèse est de tester l'importance de ces facteurs (historiques et/ou hétérogénéité environnementale) :si les facteurs historiques sont déterminants, on s’attend à observer une concordance spatiale entre la SSDS et la structure spatiale de la diversité génétique (SSDG). En effet, la variation neutre au sein des espèces est en grande partie soumise aux processus qui affectent également la SSDS (dérive génétique/écologique et dispersion des espèces/flux de gènes). L’approche utilisée dans cette thèse consiste donc à comparer et évaluer la concordance spatiale entre la SSDS et la SSDG.<p>Le modèle biologique et le cadre géographique de cette étude sont les communautés et les populations d’arbres des forêts humides d’Afrique centrale atlantique, avec une attention particulière pour les forêts gabonaises. La SSDS a été étudiée sur la base de relevés de communautés d’arbres (16308 individus) et la SSDG sur la base de séquences d’ADN chloroplastiques de six espèces d’arbres (Greenwayodendron suaveolens, Scorodophloeus zenkeri, Afrostyrax lepidophyllus, Afrostyrax kamerunensis, Santiria trimera et Erythrophleum suaveolens).<p>Quatre objectifs spécifiques ont été retenus :<p>(i)\ / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished