Yes / Rapid advances in short-read DNA sequencing technologies have revolutionized population genomic studies, but there are genomic regions where this technology reaches its limits. Limitations mostly arise due to the difficulties in assembly or alignment to genomic regions of high sequence divergence and high repeat content, which are typical characteristics for loci under strong long-term balancing selection. Studying genetic diversity at such loci therefore remains challenging. Here, we investigate the feasibility and error rates associated with targeted long-read sequencing of a locus under balancing selection. For this purpose, we generated bacterial artificial chromosomes (BACs) containing the Brassicaceae S-locus, a region under strong negative frequency-dependent selection which has previously proven difficult to assemble in its entirety using short reads. We sequence S-locus BACs with single-molecule long-read sequencing technology and conduct de novo assembly of these S-locus haplotypes. By comparing repeated assemblies resulting from independent long-read sequencing runs on the same BAC clone we do not detect any structural errors, suggesting that reliable assemblies are generated, but we estimate an indel error rate of 5.7×10−5. A similar error rate was estimated based on comparison of Illumina short-read sequences and BAC assemblies. Our results show that, until de novo assembly of multiple individuals using long-read sequencing becomes feasible, targeted long-read sequencing of loci under balancing selection is a viable option with low error rates for single nucleotide polymorphisms or structural variation. We further find that short-read sequencing is a valuable complement, allowing correction of the relatively high rate of indel errors that result from this approach. / This study was supported by a grant from the Swedish Research Council to T.S.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Le genre Aster (Asteraceae, Astereae) contient approximativement 250 espèces, dont 150 d'origine nord-américaine. L'Eurasie, l'Amérique du Sud et l'Afrique se partagent le reste du genre (Brouillet, 1981). Aster cordifolius L. appartient à la sous-section Heterophylli (x=8), section Dumosi (x=8), du sous-genre Aster (x=7, 8, 9) (Semple & Brouillet, 1980a, b). C'est une espèce indigène de l'Amérique du Nord confinée à la région appalachienne du continent (Rousseau, 1974). Quatre taxons infraspécifiques sont rapportés au Québec : A. cordifolius L. var. cordifolius, var. polycephalus Porter, var. racemiflorus Fern. et var. Furbishiae Fern. (Fernald, 1950). Deux races chromosomiques (2n=16, 32) sont connues chez l'espèce (Jones, 1977) et leur patron de distribution est fort complexe (Brouillet, 1983a). Le but de cette étude est de définir la distribution des cytotypes de Aster cordifolius L. au Québec et de vérifier la validité des taxons infraspécifiques décrits par Fernald (1950). Nos travaux de cytologie, la morphométrie et les comparaisons sur le terrain nous permettent de tirer les conclusions suivantes : Au Québec, Aster cordifolius L. est constitué de deux cytotypes (2n=16, 32). Les diploïdes sont significativement différents des tétraploïdes pour 6 des variables étudiées. Les variétés Furbishiae Fern., racemiflorus Fern. et polycephalus Porter décrites dans la littérature sont des phénotypes environnementaux et ne méritent pas le statut de variété.

Chez les mammifères euthériens, la détermination du sexe est étroitement contrôlée par l'expression d'un gène clé, appelé SRY, présent sur le chromosome Y. Une étude d'inactivation génique chez la souris a démontré que la protéine Gata-4, un membre de la famille de facteurs de transcription GATA, est essentielle pour la différentiation testiculaire ainsi qu'à l'expression de Sry. Ceci suggère que GATA-4 régule le développement testiculaire via l'activation de SRY. En accord avec cette hypothèse, les promoteurs SRY de porc, de souris et d'humain arborent tous plusieurs sites de liaison pour les facteurs GATA. Le but de mon étude est de vérifier le rôle de GATA-4 dans la régulation transcriptionnelle de SRY du porc et de l'humain par transfections transitoires de différentes constructions promotrices SRY délétées ou mutées dans les sites GATA. Mes résultats démontrent que GATA-4 active le promoteur SRY porcin mais pas celui de l'humain. Donc, malgré la conservation de fonction de SRY entre les espèces, sa régulation génique diffère.

Leguminous plants are able to fix nitrogen by establishing a symbiotic relationship with soil dwelling bacteria, called rhizobia. The model plant Medicago truncatula forms a partnership with Sinorhizobium meliloti whereby the plant gains bioavailable nitrogen and in exchange the bacteria gains carbohydrates. This process occurs within nodules, which are structures produced on the roots of the plants within which nitrogen is fixed. M. truncatula incomplete root elongation (MtIRE) was localized to the infection zone, which is zone II of indeterminate nodules. It was shown to encode a signaling kinase so it was anticipated to play a role in nodulation. Mutants of MtIRE in the R108 background, mutagenized with the Tnt1 retrotransposon, were obtained from reverse screen, and were assessed to determine if a disrupted MtIRE gene was the cause of nitrogen fixation defective nodules. Mutant line NF1320, having a mutant phenotype, showed typical Mendelian segregation of 3:1 when backcrossed to R108. Experimental results show that MtIRE gene is not the cause of the mutant phenotype, but was linked to the causative locus. MtIRE co-segregated with the mutant phenotype 83%. Southern blot and the first version of the M. truncatula genome (version 3.5) reported a single MtIRE gene and this was shown to be on chromosome 5 but the latest version of the M. truncatula genome (version 4.0) showed a second copy of the gene on chromosome 4. The genome sequence is based on the A17 reference genome. Both genes are 99% identical. Genetic markers that originate from flanking sequence tags (FSTs) on both chromosome 4 and 5 were tested in an attempt to find an FST that co-segregated with the mutant phenotype 100%. An FST derived from a Tnt1 insertion in Medtr4g060930 (24F) co-segregated with the mutant phenotype closely, with 76% co-segregation. Medtr4g060930 (24F) is on chromosome 4, making it likely that the Tnt1 inserted in the MtIRE gene is also on chromosome 4, and thus the defective gene is on chromosome 4.

La plupart de variétés élites de blé tendre ne peuvent pas être croisées avec des espèces apparentées ce qui restreint considérablement la base génétique qui peut être utilisée pour l'introgression de nouveaux allèles dans les programmes de sélection. L'inhibition de l'hybridation entre le blé et les espèces apparentées (e.g. seigle, orge) est génétiquement contrôlée. Un certain nombre de QTLs ont été identifiés à ce jour, y compris les gènes Kr1 sur le chromosome 5BL et SKr, un QTL majeur identifié au laboratoire en 1998 sur le bras court du chromosome 5B, tous deux impliqués dans l'inhibition du croisement entre le blé tendre et le seigle. Dans cette étude, nous avons utilisé une population recombinante SSD provenant d'un croisement entre la variété Courtot non croisable et la lignée MP98 croisable pour caractériser l'effet majeur dominant de SKr. Le gène a ensuite été cartographié génétiquement sur la partie distale du chromosome 5BS à proximité du locus GSP (Grain Softness Protein) dont l'homéologue sur le chromosome 5D est impliqué dans la dureté du grain (locus Ha). Les relations de colinéarité avec l'orge et le riz ont été utilisées pour saturer la région de SKr par de nouveaux marqueurs et établir des relations orthologues avec une région de 54 kb sur le chromosome 12L de riz. Au total, 6 marqueurs moléculaires ont été cartographiés dans un intervalle génétique de 0,3 cM, et 400 kb de contigs physiques de BAC ont été établis des deux cotés du gène afin de jeter les bases du clonage positionnel de SKr. De nouvelles populations de grands effectifs ont été développées pour la localisation précise du gène SKr sur les cartes génétiques et physiques. 223 individus d'une population HIF (SSD254.14) ont été testés pour leur aptitude au croisement avec le seigle et génotypés avec les marqueurs proches du gène pour confirmer les données obtenues dans la population de départ. Les résultats montrent que SKr est localisé dans une région hautement recombinante et que les relations entre distances génétiques et distances physiques sont favorables aux dernières étapes de clonage positionnel du gène. Enfin, deux marqueurs SSR complètement liés au gène SKr ont été utilisés pour évaluer une collection de descendances de blé aptes au croisement avec le seigle originaires d'un programme de sélection de triticale primaire. Les résultats confirment l'effet majeur de SKr sur l'aptitude au croisement et l'utilité des deux marqueurs pour introgresser l'aptitude au croisement interspécifique dans des variétés élites de blé tendre.

Chen, Zhang. / Thesis (M.Phil.)--Chinese University of Hong Kong, 2011. / Includes bibliographical references (p. 109-114). / Abstracts in English and Chinese. / ABSTRACT --- p.I / 摘要 --- p.III / ACKNOWLEDGEMENTS --- p.IV / PUBLICATIONS --- p.VI / CONTRIBUTORS --- p.VII / TABLE OF CONTENTS --- p.VIII / LIST OF TABLES --- p.XIII / LIST OF FIGURES --- p.XIV / LIST OF ABBREVIATIONS --- p.XVI / Chapter SECTION I : --- BACKGROUND --- p.1 / Chapter CHAPTER 1: --- PRENATAL DIAGNOSIS OF FETAL TRISOMY BY NEXT GENERATION SEQUENCING TECHNOLOGY --- p.2 / Chapter 1.1 --- FETAL TRISOMY --- p.2 / Chapter 1.2 --- CONVENTIONAL PRENATAL DIAGNOSIS OF FETAL TRISOMIES --- p.3 / Chapter 1.3 --- CELL FREE FETAL D N A AND ITS APPLICATION IN PRENATAL DIAGNOSIS --- p.5 / Chapter 1.4 --- NEXT GENERATION SEQUENCING TECHNOLOGY --- p.5 / Chapter 1.5 --- SUBSTANTIAL BIAS IN THE NEXT GENERATION SEQUENCING PLATFORM --- p.9 / Chapter 1.6 --- PRENATAL DIAGNOSIS OF TRISOMY BY NEXT GENERATION SEQUENCING --- p.10 / Chapter 1.7 --- AIMS OF THIS THESIS --- p.11 / Chapter SECTION I I : --- MATERIALS AND METHODS --- p.13 / Chapter CHAPTER 2: --- METHODS FOR NONINVASIVE PRENATAL DIAGNOSIS OF FETAL TRISOMY MATERNAL PLASMA DNA SEQUENCING --- p.14 / Chapter 2.1 --- STUDY DESIGN AND PARTICIPANTS --- p.14 / Chapter 2.1.1 --- Ethics Statement --- p.14 / Chapter 2.1.2 --- "Study design, setting and participants" --- p.14 / Chapter 2.2 --- MATERNAL PLASMA D N A SEQUENCING --- p.17 / Chapter 2.3 --- SEQUENCING DATA ANALYSIS --- p.18 / Chapter SECTION I I I : --- TRISOMY 13 AND 18 DETECTION BY THE T21 BIOINFORMATICS ANALYSIS PIPELINE --- p.21 / Chapter CHAPTER 3: --- THE T21 BIOINFORMATICS ANALYSIS PIPELINE FOR TRISOMY 13 AND 18 DETECTION --- p.22 / Chapter 3.1 --- INTRODUCTION --- p.22 / Chapter 3.2 --- METHODS --- p.23 / Chapter 3.2.1 --- Bioinformatics analysis pipeline for trisomy 13 and 18 detection --- p.23 / Chapter 3.3 --- RESULTS --- p.23 / Chapter 3.3.1 --- Performance of the T21 bioinformatics analysis pipeline for trisomy 13 and 18 detection --- p.23 / Chapter 3.3.2 --- The precision of quantifying chrl 3 and chrl 8 --- p.27 / Chapter 3.4 --- DISCUSSION --- p.29 / Chapter SECTION IV : --- IMPROVING THE T21 BIOINFORMATICS ANALYSIS PIPELINE FOR TRISOMY 13 AND 18 DETECTION --- p.30 / Chapter CHAPTER 4: --- IMPROVING THE ALIGNMENT --- p.31 / Chapter 4.1 --- INTRODUCTION --- p.31 / Chapter 4.2 --- METHODS --- p.32 / Chapter 4.2.1 --- Allowing mismatches in the index sequences --- p.32 / Chapter 4.2.2 --- Calculating the mappability of the human reference genome --- p.33 / Chapter 4.2.3 --- Aligning reads to the non-repeat masked human reference genome --- p.34 / Chapter 4.2.4 --- Trisomy 13 and 18 detection --- p.34 / Chapter 4.3 --- RESULTS --- p.34 / Chapter 4.3.1 --- Increasing read numbers by allowing mismatches in the index sequences --- p.34 / Chapter 4.3.2 --- Increasing read numbers by using the non-masked reference genome for alignment . --- p.38 / Chapter 4.3.3 --- Allowing mismatches in the read alignment --- p.42 / Chapter 4.3.4 --- The performance of trisomy 13 and 18 detection after improving the alignment --- p.47 / Chapter 4.4 --- DISCUSSION --- p.50 / Chapter CHAPTER 5: --- REDUCING THE GC BIAS BY CORRECTION OF READ COUNTS --- p.53 / Chapter 5.1 --- INTRODUCTION --- p.53 / Chapter 5.2 --- METHODS --- p.54 / Chapter 5.2.1 --- Read alignment --- p.54 / Chapter 5.2.2 --- Calculating the correlation between GC content and read counts --- p.55 / Chapter 5.2.3 --- GC correction in read counts --- p.55 / Chapter 5.2.4 --- Trisomy 13 and 18 detection --- p.56 / Chapter 5.3 --- RESULTS --- p.56 / Chapter 5.3.1 --- GC bias in plasma DNA sequencing --- p.56 / Chapter 5.3.2 --- Correcting the GC bias in read counts by linear regression --- p.59 / Chapter 5.3.3 --- Correcting the GC bias in read counts by LOESS regression --- p.65 / Chapter 5.3.4 --- Bin size --- p.72 / Chapter 5.4 --- DISCUSSION --- p.75 / Chapter CHAPTER 6: --- REDUCING THE GC BIAS BY MODIFYING THE GENOMIC REPRESENTATION CALCULATION --- p.77 / Chapter 6.1 --- INTRODUCTION --- p.77 / Chapter 6.2 --- METHODS --- p.78 / Chapter 6.2.1 --- Modifying the genomic representation calculation --- p.78 / Chapter 6.2.2 --- Trisomy 13 and 18 detection --- p.78 / Chapter 6.2.3 --- Combining GC correction and modified genomic representation --- p.78 / Chapter 6.3 --- RESULTS --- p.79 / Chapter 6.3.1 --- Reducing the GC bias by modifying genomic representation calculation --- p.79 / Chapter 6.3.2 --- Combining GC correction and modified genomic representation --- p.86 / Chapter 6.4 --- DISCUSSION --- p.89 / Chapter CHAPTER 7: --- IMPROVING THE STATISTICS FOR TRISOMY 13 AND 18 DETECTION --- p.91 / Chapter 7.1 --- INTRODUCTION --- p.91 / Chapter 7.2 --- METHODS --- p.92 / Chapter 7.2.1 --- Comparing chrl 3 or chrl8 with other chromosomes within the sample --- p.92 / Chapter 7.2.2 --- Comparing chrl 3 or chrl 8 with the artificial chromosomes --- p.92 / Chapter 7.3 --- RESULTS --- p.93 / Chapter 7.3.1 --- Determining the trisomy 13 and 18 status by comparing chromosomes within the samples --- p.93 / Chapter 7.3.2 --- Determining the trisomy 13 and 18 status by comparing chrl3 or chrl 8 with artificial chromosomes --- p.97 / Chapter 7.4 --- DISCUSSION --- p.100 / Chapter SECTION V : --- CONCLUDING REMARKS --- p.102 / Chapter CHAPTER 8: --- CONCLUSION AND FUTURE PERSPECTIVES --- p.103 / Chapter 8.1 --- THE PERFORMANCE OF THE T21 BIOINFORMATICS ANALYSIS PIPELINE DEVELOPED FOR TRISOMY 21 DETECTION IS SUBOPTIMAL FOR TRISOMY 13 AND 18 DETECTION --- p.103 / Chapter 8.2 --- THE ALIGNMENT COULD BE IMPROVED BY ALLOWING ONE MISMATCH IN THE INDEX AND USING THE NON-REPEAT MASKED HUMAN REFERENCE GENOME AS THE ALIGNMENT REFERENCE --- p.104 / Chapter 8.3 --- THE PRECISION OF QUANTIFYING CHR13 AND CHR18 COULD BE IMPROVED BY THE G C CORRECTION OR THE MODIFIED GENOMIC REPRESENTATION --- p.104 / Chapter 8.4 --- THE STATISTICS FOR TRISOMY 13 AND 18 DETECTION COULD BE IMPROVED BY COMPARING CHR13 OR CHR18 WITH ARTIFICIAL CHROMOSOMES WITHIN THE SAMPLE --- p.105 / Chapter 8.5 --- PROSPECTS FOR FUTURE WORK --- p.106 / REFERENCE --- p.109

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Les modifications post-traductionelles des histones contribuent à l’expression génique et à la stabilité du génome. La méthylation de la lysine 4 de l’histone H3 (H3K4me), une marque associée aux promoteurs de gènes transcrits, est déposé par les methyltransferases hautement conservées de la famille SET1, dans le contexte du complexe COMPASS. SET-2, l’homologue de SET1 chez Caenorhabditis elegans, est responsable de la déposition de H3K4me dans la lignée germinale, et son inactivation provoque une perte progressive de la fertilité. Le but de mon travail de thèse a été d’étudier comment SET-2 et la méthylation de H3K4 contribuent au maintien de la lignée germinale. J’ai montré que l’absence de SET-2 provoque une sensibilité accrue aux dommages à l’ADN. Cependant, les voies de signalisation et de réparation de ces dommages sont fonctionnelles dans le mutant set-2. Par séquençage de l’ADN, j’ai par ailleurs montré que la stérilité progressive observée en l’absence de set-2 n’est pas due à une capacité de réparation réduite. L’ensemble de mes résultats suggère que H3K4me pourrait agir en aval de la signalisation de dommages à l’ADN, en influençant l’organisation de la chromatine aux sites des cassures double brin. J’ai d’autre part mis en évidence une nouvelle fonction pour la méthylation de H3K4 dans l’organisation de la chromatine en montrant que set-2 interagit génétiquement avec le complexe Condensine II et la Topoisomérase II, facteurs clefs de l’organisation mitotique des chromosomes. Des expériences de microscopie par FLIM-FRET ont d’ailleurs validé une fonction de H3K4 méthylée dans l’organisation de la chromatine dans la lignée germinale. Enfin, j’ai montré par analyses transcriptomiques que la protéine CFP-1 du complexe COMPASS est impliquée dans la régulation du programme transcriptionnel de la lignée germinale et que cette fonction est indépendante de SET-2. L’ensemble de mes résultats montre comment la régulation chromatinienne impacte le maintien d’une lignée germinale fonctionnelle à plusieurs niveaux. / Post-translational modifications of histones contribute to gene expression and genome stability. Methylation of lysine 4 of histone H3 (H3K4me), a mark associated with actively transcribed genes, is deposited by the highly conserved SET1 family methyltransferases acting in COMPASS related complexes. SET-2, the SET1 homologue in Caenorhabditis elegans, is responsible for the deposition of H3K4me in the germ line, and its inactivation causes progressive loss of fertility. The purpose of my PhD work was to study how SET-2 and the methylation of H3K4 contribute to the maintenance of the germ line. I have shown that the absence of SET-2 causes increased sensitivity to DNA damage. However, the DNA damage-induced signaling and repair pathways are functional in the set-2 mutant. By DNA sequencing, I have also shown that the progressive sterility observed in the absence of set-2 is not due to a reduced repair capacity. Together, my results suggest that H3K4 methylation may act downstream of DNA damage signaling, potentially by influencing the organization of chromatin at the sites of double-strand breaks. I have also described a new function for H3K4 methylation in the organization of chromatin by showing that set-2 genetically interacts with the Condensitin II complex and Topoisomerase II, key factors in mitotic chromosome organization. Moreover, FLIM-FRET microscopy experiments have validated a role for H3K4 methylation in germline chromatin organization. Finally, using transcriptomic analyses, I have described a function for CFP-1, a component of the COMPASS complex, in the regulation of the germline transcriptional program independent of SET-2. Altogether, my results show how chromatin regulation affects the maintenance of a functional germline through multiple mechanisms.

Les angiospermes (ou plantes à fleurs) regroupent environ 350 000 espèces ayant divergé il y a 150 à 200 millions d’années en deux familles botaniques principales, les monocotylédones (les orchidées, les palmiers, les bananiers, les joncs, les graminées...) et les eudicotylédones (les Brassicaceae, les Rosaceae, les légumineuses...) représentant respectivement 20% et 75% des plantes à fleurs. Les angiospermes font l’objet de nombreux travaux de recherche, en particulier en génomique depuis 2000 avec le séquençage du premier génome de plantes (Arabidopsis thaliana) qui a précédé le décryptage des génomes d’un nombre important d’autres espèces modèles et/ou d’intérêt agronomique (environ 100 aujourd’hui). L’accès croissant à la séquence des génomes de plantes a permis de mettre à jour une importante diversité structurale de leur génome, en termes de taille physique, de nombre de chromosomes, de nombre de gènes et de richesse en éléments transposables. Les forces évolutives ayant permis une telle diversité structurale des génomes au cours de l’évolution sont au cœur des travaux de cette thèse. La paléogénomique se propose d’étudier à travers la reconstruction de génomes ancestraux, comment ces espèces ont divergé à partir d’ancêtres communs et quels mécanismes ont contribué à une telle plasticité de structure génomique. Dans cet objectif, les travaux de cette thèse ont mis en œuvre des méthodes basées sur la génomique comparée permettant l’étude de l’évolution structurale des génomes via la reconstruction des génomes ancestraux fondateurs des espèces modernes. Ainsi, un génome ancestral des angiospermes a été reconstruit constitué de 5 chromosomes et porteur de 6707 gènes ordonnés sur ceux-ci, permettant d’intégrer dans un même modèle les monocotylédones et les eudicotylédones et élucider leur histoire évolutive, notamment pour les espèces d’intérêt agronomique majeur telles que les céréales, les rosids et les Brassicaceae. L’inférence de ces génomes ancestraux des plantes modernes a permis l’identification et l’étude de l’impact des évènements de polyploïdie (doublement génomique), ubiquitaires chez les plantes. Nous avons montré que les génomes tendent à revenir à une structure diploïde suite à un évènement de polyploïdie. Cette diploïdisation structurale se fait au niveau caryotypique (par le biais de réarrangements chromosomiques impliquant la perte des centromères et télomères ancestraux) mais aussi géniques (par le biais de pertes de gènes ancestraux en double copies). Il a été montré que cette perte se faisait préférentiellement sur un des sous-génomes post-polyploïdie, menant au phénomène de « dominance des sous-génomes ». Ces biais de plasticité structurale (on parle de compartimentation de la plasticité) se font différentiellement entre les espèces, les chromosomes, les compartiments chromosomiques mais aussi les types de gènes, aboutissant à la diversité structurale observée entre les génomes modernes de plantes. Ces travaux qui rentrent dans le cadre de la recherche fondamentale ont également un fort aspect appliqué à travers la recherche translationnelle en ayant permis de créer des passerelles entre les différentes espèces travaillées en agriculture. Le passage d’une espèce à une autre via les génomes ancestraux fondateurs reconstruits permet notamment le transfert de connaissances des gènes ou de régions d’intérêt des espèces modèles aux espèces cultivées. Les travaux de thèse, par la reconstruction d’ancêtres, permettent une comparaison de haute-résolution des génomes de plantes et in fine l’étude de leur plasticité acquise au cours de l’évolution, et revêtent donc à la fois un aspect fondamental (pour comprendre l’évolution des espèces) mais aussi appliqué (pour l’amélioration des espèces d’intérêt agronomique à partir des modèles). / Angiosperms (or flowering plants) consist in approximatively 350 000 species that have diverged 150 to 200 million years ago in two main families, monocots (orchids, palm trees, banana, bulrushes, grasses...) and dicots (Brassicaceae, Rosaceae, legumes...) representing respectively 20% and 75% of flowering plants. Angiosperms are the subject of intense researches, in particular in genomics since 2000 with the sequence release of the first plant genome (Arabidopsis thaliana) preceding a large number of genomes of plant models and/or species of agronomical interest (around 100 today). Increasing access to plant genome sequences has allowed the identification of their structural diversity, in terms of genome size, number of chromosomes and genes as well as transposable element content. The evolutionary forces that have shaped such structural genomic divergence are at the center of this thesis. Our paleogenomics approach will investigate, through ancestral genome reconstructions, how modern species have diverged from common ancestors and which mechanisms have contributed to such present-day genome plasticity. In this thesis, we have developed methods based on comparative genomics to study plant genome evolution and reconstruct ancestral genomes, extinct progenitors of the modern angiosperm species. An ancestral angiosperm genome has been reconstructed made of 5 chromosomes and 6707 ordered genes allowing the integration in the same model of monocots and eudicots and finally elucidating evolutionary trajectories for species of major agricultural interest such as cereals, rosids and Brassicaceae. The reconstructed paleohistory of modern flowering plants enabled the identification as well as the investigation of the impact of polyploidy events (WGD, whole genome duplications), ubiquitous in plants, as a major driver of the observed structural plasticity of angiosperms. We established that genomes tend to return to a diploid status following a polyploidy event. This structural diploidization is performed at the karyotypic level through chromosomal rearrangements (involving ancestral centromeres and telomeres losses) as well as the gene level (through ancestral duplicates loss). It has been shown that this diploidization is preferentially done on one of the post-polyploidy subgenome, leading to the "sub-genome dominance" phenomenon. This structural plasticity bias (also referenced as plasticity partitioning) is acting differentially between species, chromosomes, chromosomal compartments, gene types, resulting in the structural diversity observed between the present-day plant genomes. This thesis is clearly within the scope of fundamental researches but also has a strong applied objective through translational research in creating bridges between species of major relevance for agriculture. The comparison of one species to another through the reconstructed ancestral genomes allows transferring knowledge gained on genes or any region of interest from model species to crops. Paleogenomics, in reconstructing ancestral genome and unveiling the forces driving modern plant genome plasticity, is therefore of fundamental (toward understanding species evolution) but also applied (toward improving orphan species from knowledge gained in models) objectives.

Bien que les sexes séparés (dioecie) soient plus rares que chez les animaux, ∼15 600 espèces dioiques ont évolué chez les angiospermes (∼6% de l'ensemble des espèces). La manière dont le sexe de ces plantes est contrôlé est une question centrale de la biologie végétale, mais également de l'agronomie car de nombreuses plantes cultivées sont des plantes dioiques (∼20% des espèces cultivées) mais dont un seul sexe (généralement les femelles) présente un intérêt agronomique. Pourtant, seulement trois gènes du déterminisme du sexe ont été identifiés à ce jour chez les plantes dioiques, chez le kaki, l'asperge et la fraise. La dioecie a vraisemblablement évolué plusieurs fois chez les angiospermes et il est possible que les gènes du déterminisme du sexe soient divers. Deux voies principales d'évolution vers la dioecie ont été identifiées. Les deux partent d'une espèce dont les fleurs sont hermaphrodites, le régime de reproduction ancestral chez les angiospermes, puis passent soit par un intermédiaire monoique (espèce avec des fleurs unisexuées mâles et femelles sur le même individu), soit par un intermédiaire gynodioique (espèce avec des femelles et des individus avec des fleurs hermaphrodites). Cette thèse a pour objet la comparaison de deux systèmes de plantes représentant ces deux voies. Chez Coccinia grandis, une cucurbitacée ayant également des chromosomes XY, l'évolution de la dioecie est passée par la monoecie. Chez Silene latifolia, une plante dioique bien étudiée avec des chromosomes sexuels XY, l'évolution de la dioecie s'est faite à partir de la gynodioecie. Trois gènes contrôlant la monoecie ont été identifiés chez le melon et il a été proposé que ces gènes soient les gènes du déterminisme dans les espèces dioiques proches du melon comme C. grandis. Nous avons donc opté pour une approche gène candidat dans cette espèce. Très peu de ressources génétiques et génomiques sont disponibles chez C. grandis, et nous avons choisi d'utiliser SEXDETector, une méthode probabiliste qui utilise des données RNA-seq pour génotyper des parents et leurs descendants, et qui infère les gènes lies au sexe sans génome de référence. Cette méthode m'a permis d'identifier 1 364 gènes présents sur les chromosomes sexuels de C. grandis. J'ai établi que les gènes differentiellement exprimés entre les sexes étaient plus abondants sur chromosomes sexuels que sur les autosomes. J'ai également observé des marques de la dégénérescence du chromosome Y chez cette plante, comme des diminutions d'expression ou des pertes de gènes. Enfin, mes résultats démontrent la présence de compensation de dosage chez C. grandis. Le test des gènes candidats est en cours. Chez S. latifolia, 3 grandes régions liées au déterminisme ont déjà été identifiées sur le chromosome Y. Pour identifier les gènes du déterminisme, nous avons choisi de séquencer ce chromosome. Le séquençage des chromosomes Y est encore un défi pour la génomique. La phase d'assemblage est très difficile à cause des répétitions présentes en grand nombre sur ces chromosomes. En conséquence, les séquences complètes de chromosome Y sont très rares, et principalement disponibles chez les animaux. Afin de minimiser les problèmes d'assemblage dus aux répétitions, nous avons utilisé des techniques dites de 3eme génération (avec de grandes lectures). J'ai moi-même généré des données MinION (Oxford Nanopore) à partir d'ADN de chromosome Y. L'assemblage a été réalisé en combinant des données Illumina, PacBio et MinION. Notre assemblage final fait une taille de 563 Mb pour un N50 de 6 114 pb, et contient 16 219 gènes annotés de novo / Although rarer than in animals, separate sexes (dioecy) have evolved in ∼15,600 angiosperm species (∼6% of all angiosperm species). How sex is controlled is a central question in plant sciences and also in agronomy as many crops are dioecious (∼20% of crops) with only one useful sex (usually female). Only three master sex-determining genes have been identified in dioecious plants so far, namely in persimmons, asparagus and strawberry. Dioecy likely evolved several times independently in angiosperms, suggesting that sex-determining genes are of diverse origins. Hermaphroditism is the predicted ancestral state of the angiosperm flower. Two main pathways have been identified that explain the evolution of hermaphroditism towards dioecy: either through a monoecious state (with both unisexual male and female flowers on the same individual) or a gynodioecious state (with females and individuals having hermaphroditic flowers). My aim is to compare two plant systems representing each one of these two pathways. In Coccinia grandis, a Cucurbitaceae with an XY chromosome system, dioecy evolved through monoecy. In Silene latifolia, a well-studied dioecious plant with XY sex chromosomes, dioecy evolved through gynodioecy. Three genes controlling monoecy have been identified in melon, and it was suggested that these genes act as sex-determining genes in closely related dioecious species such as C. grandis. I therefore chose a candidate gene approach in this species. Very few genetic and genomic data are available in C. grandis, and we chose to use SEX-DETector, a probabilistic method that uses RNA-seq data to genotype parents and their offspring, and infers sex-linked genes with no need for a reference genome. This method allowed me to identify 1,364 genes that are present on the sex chromosomes of C. grandis. I found that the sex chromosomes are enriched in sex-biasedgenes when compared to autosomes and I characterized Y chromosome degeneration in terms of decreased expression and gene loss. Finally, I showed that dosage compensation occurs in C. grandis. Testing for the three candidates genes is ongoing. In S. latifolia 3 regions involved in sex determination have already been identified on the Y chromosome. We chose to sequence this chromosome to identify sex-determining genes. The sequencing of Y chromosomes remains one of the greatest challenges of current genomics. The assembly step is very difficult because of their highly repeated content. Consequently, fully sequenced Y chromosomes are rare and mainly available for research in animals. To overcome the difficulty of assembling reads with many repeats, I used third generation sequencing (TGS, producing long reads). I produced a dataset using the Oxford Nanopore MinION sequencer with Y chromosome DNA. Assembling was performed using a combination of Illumina, MinION and PacBio sequencing data. The final assembly had a total length of 563 Mb with a scaffold N50 of 6,114 bp, and contained 16,219 de novo annotated genes