L'identification de gènes responsables d'anomalies du développement passe par des approches de clonage positionnel parmi lesquelles la caractérisation moléculaire d'anomalies chromosomiques. La cartographie précise de réarrangements chromosomiques permet de mieux cerner des gènes candidats impliqués dans les maladies génétiques, grâce à l'utilisation d'outils de cytogénétique et de biologie moléculaire. L'array-CGH a ainsi conduit à identifier des microremaniements chromosomiques jusqu'alors inconnus et à préciser les gènes candidats dans les affections étudiées.Nous présentons dans une première partie, les résultats de la cartographie et de la caractérisation moléculaire de deux anomalies microcytogénétiques associées à un retard mental, une délétion 20q13.33 et une délétion 21q22. Ces données ont contribué à la sélection de gènes candidats et à améliorer la prise en charge clinique et le conseil génétique.Par ailleurs, la caractérisation moléculaire d'une translocation réciproque t(3;18)(p12.3;q23) de novo associée à une dystonie précoce généralisée avec retard de développement a été réalisée. Le gène ROBO1 impliqué dans le guidage axonal s'est révélé interrompu. Des explorations complémentaires ont été conduites (array-CGH, étude de l'ARN, étude protéique, migration cellulaire et séquençage du gène ROBO1 chez d'autres patients avec une dystonie syndromique) afin de mieux cerner les conséquences de cette anomalie sur la survenue de cette dystonie syndromique. Les résultats de ces études soulignent les difficultés d'interprétation liées à la découverte de tels réarrangements et la nécessité d'apporter la preuve de leur implication dans le phénotype observé par des moyens appropriés / Positional candidate gene approach and molecular characterization of chromosomal abnormalities can elucidate the genetic basis of many human developmental diseases. Mapping of such rearrangements allows the identification of disease candidate genes by using cytogenetic and molecular biology approaches. Array-CGH serves the critical need for identification of causal genes related to disease by detection of unknown chromosomal imbalances.We report here the results of mapping and molecular characterization of two unbalanced chromosomal rearrangements related to mental retardation : 20q13.33 and 21q21 deletions. This study led to candidate genes identification and contributed to improve clinical monitoring and genetic counseling.Moreover, the breakpoints characterization of a balanced de novo translocation t(3;18)(p12.3;q23) associated with an early-onset generalized dystonia and developmental delay revealed the disruption of ROBO1, a gene mediating axone guidance. Additional analysis including array-CGH, RNA and protein analysis, leukocyte chemotaxis and search for ROBO1 mutations in 20 independent patients with syndromic dystonia were performed in order to evaluate the correlation beetween ROBO1 disruption and dystonia. The results presented here underline the difficulties in elucidating the role of such rearrangements, and the need to provide further evidences in defining their involvment in the development of a genetic disease

Les cultivars modernes de canne à sont de hauts polyploïdes, aneuploïdes issus de croisements interspécifiques entre deux espèces polyploïdes, une espèce sucrée domestiquée Saccharum officinarum et une espèce sauvage Saccharum spontaneum. Le gène majeur de résistance durable à la rouille brune, Bru1 a été identifié chez le cultivar de canne à sucre R570. Une approche de clonage positionnel de ce gène a été entreprise et a permis de construire une première carte physique. Elle comprend sept haplotype hom(é)ologues dont un correspond à l'haplotype cible porteur du gène Bru1 qui comprend sept clones BAC qui ne se chevauchent que partiellement laissant deux espaces non couverts. Il a été montré que cette situation résulte de la présence d'une insertion dans l'haplotype porteur de Bru1. Pour combler les deux espaces présents sur l'haplotype cible, deux stratégies utilisant l'annotation des BAC ont été employées : (i) une se basant sur la conservation des gènes existante entre les différents haplotypes hom(é)ologues de la région de Bru1 et (ii) une en utilisant des marqueurs flanquants les deux espaces. Ces stratégies no us ont permis de combler un des deux espaces, de couvrir partiellement le deuxième espace et de montrer que le gène de résistance se situerait dans l'insertion. Nous avons identifié un gène candidat correspondant à une Sérine/Thréonine kinase située dans l'insertion. Des tests d'expression ont été effectués en condition normale afin de vérifier si ce gène est exprimé mais aucune amplification n'a été obtenue. Parallèlement, la recherche de l'origine de l'insertion présente sur l'haplotype cible a été entreprise en retraçant son origine dans la généalogie de notre cultivar d'étude R570 et en criblant une banque de clones de Saccharum contenant différentes espèces de canne à sucre. Les résultats sur la généalogie tendent à nous dire que cette insertion est ancienne et aurait été transmise à R570 via S. barberi. / Modern sugarcane cultivars are high polyploids, aneuploids derived interspecific crosses between two polyploid species, domesticated sugar species Saccharum officinarum and a wild species Saccharum spontaneum. The major gene for sustainable resistance to brown rust, Bru1 was identified in the modern cultivar R570. An map-based approach has been undertaken and has built a first physical map. It includes seven haplotype hom(e)ologous which one corresponds to the haplotype carrying Bru1 which includes seven BACs that overlap only partially, including two gaps. It was shown that this situation results from the presence of an insertion in the target haplotype. To fill the two gaps, two strategies using the annotation of BACs were used: (i) Based on the good genes conservation between haplotypes hom(e)ologous and (ii) by using markers flanking the two gaps. These strategies have enabled us to fill one of two gaps, partially cover the second and show that the resistance gene would be in the insertion. We identified a candidate gene corresponding to a serine/threonine kinase located in the insertion. Expression tests were performed in normal condition to see if this gene is expressed but no amplification was obtained. Meanwhile, the search for the origin of the insertion present on the target haplotype was undertaken by tracing its origin in the genealogy of R570 and analysing a library of clones of Saccharum spp containing different types of cane sugar. Results on the genealogy we tend to say that this insertion is old and were sent to R570 via S. barberi.

Les interactions plante-virus diffèrent des autres interactions plante-pathogènes du fait de la nature des virus qui sont des parasites intracellulaires obligatoires. Plus spécifiquement, l’interaction haricot commun (Phaseolus vulgaris L.)-Bean pod mottle virus (BPMV) a été étudiée en mettant l’accent à la fois sur la résistance de la plante mais aussi sur la virulence du virus dans l’objectif de mieux comprendre et d’identifier les facteurs intervenant dans le dialogue moléculaire entre plante et virus. Ces deux partenaires interagissent selon le modèle «gène-à-gène» de Flor. 1) Côté plante, nous avons identifié un gène de résistance dominant vis-à-vis du BPMV chez BAT93, le gène R-BPMV. Ce gène est localisé à l’extrémité du chromosome Pv02, dans la région du locus I, un locus de résistance multi-parasitaire vis-à-vis de différents virus, bactérie et champignon. La cartographie fine du gène R-BPMV suivie du séquençage de la région à partir d’un contig de clones BACs chez BAT93 a permis d’identifier des séquences codant pour des protéines NB-LRR qui pourraient correspondre au gène R-BPMV. Des études de microsynténie et de phylogénie ont été réalisées afin de mieux comprendre l’évolution des gènes présents dans cette région. L’étude au niveau cellulaire du phénotype associé à la résistance a permis de montrer que le gène R-BPMV bloque le mouvement de cellule à cellule du virus et que le phénotype associé est température-dépendant. 2) Côté virus, le clonage de toutes les ORFs du BPMV associé à des expériences d’agroinfiltration sur P. vulgaris et Nicotiana benthamiana ont permis d’identifier deux facteurs viraux importants dans le dialogue moléculaire plante-virus : la protéine VPg du BPMV correspond à la protéine d’avirulence agissant en interaction avec le produit du gène R-BPMV dans le cadre du modèle «gène-à-gène», et l’ARN polymérase ARN-dépendante virale correspond à un suppresseur de silencing à effet faible. 3) A ce jour, la transformation génétique stable n’est pas applicable en routine chez les légumineuses. Un objectif de la thèse est de développer des outils de validation fonctionnelle pouvant s’appliquer à des gènes d’intérêt agronomique, dont des gènes de résistance aux maladies. L’approche VIGS basée sur un vecteur viral dérivé du BPMV, déjà utilisée chez le soja, a ainsi été adaptée sur haricot et pois (Pisum sativum), une légumineuse économiquement importante en Europe. / Plant-virus interactions differ from other plant-pathogen interactions because viruses are obligate intracellular parasites. More specifically, common bean (Phaseolus vulgaris L.)-Bean pod mottle virus (BPMV) interaction was studied by focusing both on the plant resistance and on the virus virulence in order to highlight and identify factors involved in the molecular dialog between plant and virus. These two partners interact according to the “gene-for-gene” model described by Flor. 1) On the plant side, we identified a dominant resistance gene against BPMV in cv. BAT93, the R-BPMV gene. This gene is located at one end of chromosome Pv02 in the I locus region, a multi-parasitic resistance locus involved in resistance to different viruses, bacteria and fungi. Fine mapping of R-BPMV followed by sequencing of the region from a BACs contig in BAT93 allowed us to identify sequences encoding NB-LRR proteins that could correspond to R-BPMV. Microsynteny and phylogeny studies were performed to understand the evolution of genes present in this region. When resistance phenotype was studied at the cellular level, we found that R-BPMV blocks BPMV cell-to-cell movement and that resistance phenotype is temperature-dependent. 2) On the virus side, cloning of all BPMV ORFs in association with agroinfiltration assays in P. vulgaris and Nicotiana benthamiana allowed us to identify two important factors involved in plant-virus molecular dialog: the BPMV VPg acting as an avirulence factor in interaction with the product of R-BPMV in the “gene-for-gene” model, and the viral RNA-dependent RNA polymerase that corresponds to a weak RNA silencing suppressor. 3) To date, stable genetic transformation is not routinely feasible in legumes. One objective of this thesis was to develop news tools for functional validation studies for genes of agronomic interest, including disease resistance genes. The VIGS approach based on the viral BPMV vector, first used in soybean, was adapted to common bean and pea (Pisum sativum), a legume species of high economic importance in Europe.

La molécule de l’éthylène (C2H4) est le régulateur principal du sexe chez les cucurbites. Essentiellement, l’éthylène est connu pour son rôle promoteur dans le développement des carpelles et un rôle inhibiteur des étamines dans les fleurs du melon. L’interaction entre les biosynthétique gènes de l’éthylène (CmACS7, CmACS11, et CmACO3) et le facteur de transcription CmWIP1 détermine différentes formes du sexe chez le melon. Le rôle de ces gènes est bien étudié chez le melon. Cependant, le mécanisme qui contrôle l’initiation et la coordination de formation des étamines et des carpelles dans la fleur reste ambigu. En reposant sur l’importance de l’éthylène dans l’expression du sexe chez le melon, j’ai focalisé sur l’identification des gènes impliqués dans la voie signalisation éthylène-sexe. Au cours de la thèse, le criblage des mutants altérés dans la réponse à l’exogène éthylène nous facilitait d’identifier des nouveaux gènes impliqués dans la détermination du sexe chez la famille de Cucurbitacée. Pendant ma thèse j’ai isolé plus de 10 mutants insensibles à l’éthylène de différentes populations du melon. Deux mutants ont été isolés de deux populations monoïques indépendantes. Ces deux mutants provoquent une transition partielle et complète au melon andromonoïque dans la génération M2, respectivement. Un de ces deux mutants a été identifié et caractérisé. Deux autres mutants gsn106 et vat233 ont été criblés de deux populations andromonoïque, provoquent une transition complète et partielle à androïque melon, respectivement. En utilisant le séquençage à haute débit et les analyses génétiques j’ai essayé de cloner et caractériser ces gènes mutants. Par ailleurs, des autres mutants insensibles à l’éthylène sont en cours d’être phénotypes pour le phénotype du sexe. L’isolation et caractérisation des nouveaux gènes impliqués dans le déterminisme du sexe nous aidera pour mettre en place un model clair explant comment le sexe est contrôlé chez les plantes. / Ethylene (C2H4) is an important phytohormone in plants and the main sex regulator in the family Cucurbitaceae. As known, the ethylene promotes the carpel development and inhibits the stamens in the melon flower (Cucumis melo L.). The interplay of the biosynthesis genes (CmACS7, CmACS11, et CmACO3) and the transcription factor CmWIP1 generates different sexual forms in melon. The role of these genes in the sex expression is well studied. However, the mechanism that controls the initiation and coordination of stamen and carpel development in the flower remains ambiguous. Based on the importance of the ethylene in the sex determination, I aimed to isolate novel genes involved in the pathway ethylene-sex in the melon (Cucumis melo L.). For this purpose, I used the response to exogenous ethylene in the etiolated seedlings (known as the triple response phenotype) to isolate ethylene-insensitive mutants. During my thesis I isolated more than 10 ethylene-insensitive mutants from six EMS-mutagenised melon populations. Some of these mutants induced changes in the sex expression of the melon. . Two mutants were isolated from two independent monoecious populations (female and male flowers on the same plant) and induced a partial and a complete sexual transition to the andromonoecious melon in the second generation M2, respectively. One of them was cloned and characterized using Omics tools. Two other mutants (gsn106) and (vat233) screened from two independent andromonoecious melon (bisexual and male flowers on the same plant) populations, induced complete and partial sexual transitions into androecy (only male flowers), respectively. Using Next-Generation Sequencing (NGS) and the genetic analysis, we are trying to clone and characterise these mutants (gsn106) and (vat233). In the same way, we continue to observe others promising ethylene-insensitive mutants (vat306, vat175, and vat230) for the sex phenotype. The isolation and characterisation of novel genes involved in the sex determination will permit to provide a new and clear model explains of the sex determination mechanism in plants.

Ce travail a porté sur l'identification et la caractérisation de nouveaux facteurs de l'hôte nécessaires au cycle infectieux des virus à ARN (genre Potyvirus) chez Arabidopsis thaliana, ces facteurs pouvant constituer des cibles pour la lutte génétique contre les phytovirus. L'exploration de la diversité génétique naturelle d'Arabidopsis a conduit à l'identification d'un gène récessif de résistance au Watermelon mosaic virus (WMV) chez l'accession Cvi-0. Il s'agit du gène rwm1 qui agit à un stade précoce de l'interaction en empêchant l'accumulation du virus au niveau des premières cellules infectées. Les résultats de clonage positionnel de rwm1, de séquençage d'allèles de résistance et de sensibilité et de validation fonctionnelle argumentent en faveur d'un rôle de la phosphoglycérate kinase chloroplastique (cPGK), une enzyme clé de la photosynthèse, dans la résistance conférée par rwm1. En parallèle, une stratégie gène candidat a été mise en œuvre pour étudier le rôle de la protéine kinase Target Of Rapamycin (TOR) dans l'interaction plante-potyvirus. La caractérisation de lignées RNAi pour le gène TOR d'Arabidopsis montre une diminution voire une suppression de l'accumulation du WMV, ainsi qu'une réduction de l'accumulation du Turnip mosaic virus. L'étude comparative de la composition des complexes de liaison à la coiffe entre une lignée sauvage et une lignée RNAi TOR en conditions saines et infectées par le WMV suggère un rôle de TOR dans l'interaction avec les potyvirus par le biais d'une régulation de l'activité du facteur d'initiation de la traduction eIF3. / This work describes the use of forward and reverse genetics in Arabidopsis thaliana to identify and characterize new host factors required for the infectious cycle of plant RNA viruses (genus Potyvirus). The exploration of the Arabidopsis natural genetic diversity led to the identification of the recessive rwm1 gene for resistance to Watermelon mosaic virus (WMV). Rwm1-mediated resistance was identified in the Cvi-0 accession where it acts at an early stage of the infection process by impairing virus accumulation in initially infected tissues. Map-based cloning results, allelic sequence analysis and functional validation experiments, strongly suggest the involvement of chloroplast phosphoglycerate kinase (cPGK), a key photosynthetic enzyme, in rwm1-mediated resistance. In parallel, a candidate gene approach was developed to investigate the potential role of the TOR kinase (Target Of Rapamycin) in the control of susceptibility to potyviruses. Arabidopsis RNAi lines displaying partial TOR inactivation showed a significant decrease of susceptibility to the infection by two potyviruses, namely WMV and Turnip mosaic virus. The results from a comparative proteomic analysis of cap-binding complexes between wild type and TOR RNAi infected and healthy lines suggest that TOR could play a role in plant-potyvirus interactions by regulating the activity of the translation initiation factor eIF3. Overall, this work opens a challenging research area to provide novel insights on the molecular principles underlying viral infection processes and opportunities to improve and optimize the way we tackle plant resistance to viruses through a diversification of genetic targets.

La qualité du fruit est un critère incontournable de sélection chez les Rosacées fruitières, et l’acidité constitue une composante majeure de la qualité organoleptique. Toutefois, les mécanismes physiologiques et moléculaires contrôlant l'acidité des fruits restent mal connus. Chez le pêcher, le caractère non acide du fruit est contrôlé par le locus D. Une descendance F2 de 208 individus issus d'un croisement entre une variété de pêche non acide ‘Ferjalou Jalousia®’ et une variété de nectarine normalement acide, ‘Fantasia’ (JxF) a été analysée pour différents caractères agronomiques dont l’acidité du fruit. Cette descendance a servi à la réalisation d’une carte génétique et ainsi à la localisation du locus D sur le groupe de liaison 5 (GL5). Ce locus co-localise avec des QTL à effet majeur impliqués dans l’acidité titrable, le pH, la teneur en acides organiques ainsi que des QTL à effet plus faible pour la teneur en sucres solubles. De nombreux gènes candidats impliqués dans la synthèse des acides organiques, la dégradation et le stockage vacuolaire avaient été précédemment étudiés. Cependant, aucun gène candidat n’a encore été cartographié dans la région du locus D, excluant ainsi leur rôle direct dans le contrôle de l’acidité du fruit. Ceci s’explique par la complexité des voies métaboliques des acides organiques et par l’implication de transporteurs, de canaux et de pompes à protons qui rendent l'identification du ou des gène(s) associés au locus D plus complexe par une approche gène candidat. Par conséquent, une approche de clonage positionnel a été menée dans la présente étude afin d’identifier le ou les gène(s) intervenant dans le contrôle de l’acidité du fruit chez le pêcher dans le but de comprendre les mécanismes moléculaires et physiologiques sous-jacents. La recherche de marqueurs liés au locus D a été réalisée par BSA-AFLP. Trente quatre marqueurs AFLP ont été cartographiés sur le GL5 et les six marqueurs les plus proches ont été convertis en marqueurs SCAR codominants. Une carte génétique fine de la région contenant le locus D a ensuite été réalisée à partir d’une descendance F2 élargie à 1 718 individus et à l’aide des six marqueurs SCAR et de trois marqueurs microsatellites précédemment cartographiés dans cette région. L’ensemble des données de génotypage et de phénotypage des individus ayant subi un événement de recombinaison dans la région du locus d’intérêt, a permis la localisation précise du locus D dans un intervalle de 0,4 cM. En parallèle, une banque BAC d’une couverture estimée à 15 fois la taille du génome haploïde du pêcher a été réalisée et son criblage a permis d’évaluer le rapport distance physique/distance génétique dans cette région à 250 kb/cM. Après deux étapes de marche sur le chromosome, une carte physique de la région a été construite en intégrant 16 marqueurs issus du séquençage d’extrémités de BAC. Un clone BAC de 98 kb contenant l’allèle D et un autre de 78 kb contenant l’allèle d ont été séquencés. L’annotation des séquences des deux allèles a mis en évidence onze gènes candidats. De nouveaux marqueurs développés à partir des séquences de ces deux BAC ont ensuite permis de préciser la localisation du locus d’intérêt dans un intervalle de 16 kb. Dans cette région deux gènes ont été identifiés : un gène de résistance et un gène codant pour un transporteur. Une approche transcriptionnelle a été initiée en complément du clonage positionnel afin de fournir un premier élément pouvant confirmer l’implication d’un ou plusieurs gène(s) candidat(s) positionnel(s) dans l’acidité du fruit chez le pêcher. / Acidity is an essential component of the organoleptic quality of fleshy fruits. However, the physiological and molecular mechanisms that control fruit acidity remain unclear. In peach low-acidity is determined at the D locus by the dominant allele. A peach progeny of 208 F2 individuals obtained from a cross between ‘Ferjalou Jalousia®’ (a low-acid peach) and ‘Fantasia’ (a normally acid nectarine) varieties (JxF) was analyzed for several agronomical traits. This peach F2 progeny segregating for several mendelian traits, was analyzed for fruit quality traits including fruit acidity and used for the construction of a genetic linkage map. The D locus was mapped to the proximal end of linkage group 5 (LG5) and co-localized with major QTLs involved in the control of fruit pH, titratable acidity and organic acid concentration and minor QTLs for sugar concentration. Several candidate genes involved in organic acids synthesis, degradation or vacuolar storage have previously been studied. However, none of these candidate genes were located on in the region of the D locus, excluding their direct role in the control of fruit acidity by the D locus. The complexity of organic acids metabolic pathways as well as the involvement of transporters and channels and related proton pumps has hampered, so far, the identification of the gene(s) associated to the D locus using a candidate gene approach. Thus, in order to investigate the molecular and physiological bases of fruit acidity in peach, a positional cloning strategy of the D locus was undertaken for the isolation of the gene(s) underlying this trait. Using a BSA-AFLP method, 34 AFLP markers were mapped to the LG5, and the six nearest markers were transformed into codominant SCAR markers. These SCAR markers and three previously mapped SSR markers were used to genotype an F2 segregating progeny extended to 1,718 F2 individuals. A high-resolution map of the D locus was realized after genotyping and phenotyping recombinant individuals. Using these recombinant plants we delimited the D locus to a genetic interval of 0.4 cM. We also constructed a peach BAC library with a covering estimated at 15 x the peach haploid genome. The screening of the BAC library with tightly linked markers indicated that 1 cM corresponds to 250 kb at the vicinity of the D locus and allowed the construction of the physical map in two walks integrating 16 markers obtained from the BACends sequences. Two BAC clones harbouring the D locus were identified and sequenced; one BAC clone of 98 kb containing the D dominant allele and another one of 78 kb containing the d recessive allele. Eleven predicted genes were found in the sequenced region. A new set of markers was developed which allowed the localization of the D locus in a 16 kb interval. In this region, two genes were identified: a resistance gene and a gene encoding for a transporter. A transcriptional approach was initiated in addition to the positional cloning strategy to provide a first element which could confirm the involvement of one or more identified positional candidate gene(s) in the control of peach fruit acidity.

Des épisodes climatiques de sècheresse et/ou de hautes températures peuvent engendrer de fortes pertes de rendement pour les cultures de céréales au champ. Un QTL associé au rendement et à ses composantes a été détecté dans quatre populations de blé (Triticum aestivum L.) sur le bras long du chromosome 3B « qYDH.3BL ». Deux populations d’haploïdes doublés (RAC875/Kukri et Excalibur/Kukri) et deux populations de lignées recombinantes (RAC875/Kukri et Gladius/Drysdale) ont été utilisées pour cartographier finement le QTL, au même titre que l’identification de gènes candidats. Ces quatre populations ont été testées sous des conditions environnementales variées, incluant des périodes de sécheresse et/ou hautes températures en Australie et au Mexique. Des modèles statistiques mixtes et linéaires décomposant les variations génétiques et non-génétiques ont été utilisés pour la détection de QTL en considérant dans un premier temps chaque environnement unique, puis en considérant les environnements multiples dans une analyse commune. Les allèles de RAC875, Drysdale et Excalibur à ce locus ont montré une hausse du rendement de 5 à 12.5 % comparées à celles de Gladius ou Kukri. Un total de trente-sept marqueurs moléculaires a été cartographié dans la région du QTL. Les marqueurs moléculaires ont été sélectionnés (i) par comparaison avec une carte génétique publiée du chromosome 3B, ou (ii) en désignant de nouveaux marqueurs moléculaires sur les séquences de BAC-end, de contig ou de gènes provenant du projet de séquençage du chromosome 3B (3BSEQ, http://urgi.versailles.inra.fr/, cv. Chinese Spring). Ceci a permis la construction d’une carte génétique consensus du locus qYDH.3BL . A ce jour, aucun QTL associé au rendement ou ses composantes en condition de sécheresse et/ou de hautes températures n’a encore été cloné positionellement chez le blé tendre. Les marqueurs moléculaires de la région d’intérêt ont été utilisés pour cartographier physiquement des contigs, soit par PCR, soit par comparaison de séquences in silico. La région du QTL inclus un total de huit contigs physiques comprenant 85 gènes annotés. L’utilisation de base de données de transcris biologiques publiques ou internes ont été utilisées pour détecter la présence de ces gènes, réduisant la liste à soixante-cinq gènes. Sur les contigs ayant une confiance élevée, aucun des vingt gènes n’a été exprimé différentiellement entre RAC875 et Kukri. Cependant, un gène présentant du polymorphisme dans sa séquence ainsi qu’une délétion/insertion d’un segment portant 12 gènes ont été découvert permettant ainsi de continuer à affiner la liste de gènes candidats. Les trois lignées parentales (RAC875, Drysdale et Excalibur) qui ont l’allèle liée au haut rendement ont le même haplotype pour ce gène, et la même délétion/insertion en opposition au deux autres lignées parentales Gladius et Kukri. Ainsi, dans ce travail de thèse nous avons pu confirmer la présence d’un QTL répondant aux stresses environnementaux sur le chromosome 3BL dans différentes populations et différents environnements, identifier des gènes candidats sous le QTL, et proposer une liste restreinte pour de futures analyses sur la base de données d’expression et de polymorphismes entre les parents des populations de cartographie. / Drought and heat can occur during the growth cycle of crops and severely reduce yield. A QTL associated with yield and yield-related component was found in four wheat populations (Triticum aestivum L.) on the long arm of chromosome 3B “qYDH.3BL”. The four populations were grown under various climatic conditions including drought, heat and combinations of both in a number of different areas (Australia and Mexico). Linear mixed models that partition and account for genetic and non-genetic or extraneous variation were used to detect loci in single-environment and/or multi-environment QTL analysis using ASReml-R. The alleles carried by RAC875, Excalibur or Drysdale improved grain yield by between 5% and 12.5%. Two doubled haploid populations (RAC875/Kukri and Excalibur/Kukri) and two recombinant inbred line populations (RAC875/Kukri and Gladius/Drysdale) were used to fine map qYDH.3BL and identify candidate gene(s). A total of thirty-seven molecular markers were mapped on one or both genetic maps of chromosome 3B enabling development of a consensus genetic map of the qYDH.3BL region. The markers were selected based on comparisons with a published “neighbour map” of chromosome 3B or designed using either BAC-end, contig or gene sequences from the chromosome 3B sequencing project; 3BSEQ http://urgi.versailles.inra.fr/ (cv. Chinese Spring). A positional cloning approach was used to identify candidate genes for qYDH.3BL. Molecular markers from the targeted region were assigned to physical contigs by screening the chromosome 3B BAC library experimentally using PCR or in silico by sequence comparison. A total of eight physical contigs containing 85 genes, were anchored to the qYDH.3BL region. Public and in-house resources of wheat transcript sequences were used to restrict the gene list to 65 expressed genes. Based on comparison of the 65 gene sequences to gene probes in a drought transcriptomic database, three genes were found to be differentially expressed between RAC875 and Kukri under drought conditions. Short genomic sequence reads (10× coverage) from each of the five parental lines (RAC875, Kukri, Excalibur, Gladius and Drysdale) were mapped against the 65 genes for polymorphism discovery. One gene exhibited sequence polymorphism between the drought tolerant parents (RAC875, Excalibur and Drysdale) and the drought-sensitive parents (Gladius and Kukri). In addition, presence/absence polymorphisms were consistently detected throughout a region containing 12 genes, indicating that the drought tolerant parents may have a deletion (or alien introgression) in this region. Thus, in this work, we confirmed the genetic effect of qYDH.3BL in multiple environments and multiple populations, saturated the target region with new molecular markers and defined a preliminary list of genes located in the qYDH.3BL region and selected candidate genes for further investigations.

Depuis déjà plusieurs décennies, nous sommes en mesure d'identifier les mutations responsable de diverses maladies mendéliennes. La découverte des gènes responsables de ces maladies permet non seulement un meilleur diagnostic clinique pour ces familles, mais aussi de mieux comprendre les mécanismes physiopathologiques de ces maladies ainsi que mieux définir la fonction normale des gènes causales. Ultimement, ces découvertes mènent à l'identification de cibles thérapeutiques pour le traitement de ces maladies. Les progrès technologiques sont depuis toujours un facteur très important dans la découverte de ces gènes mutés. De l'approche traditionnelle de clonage positionnel en passant par la première séquence du génome humain et maintenant les technologies de séquençage à grande échelle, de plus en plus de maladies ont maintenant une entité génétique. Dans le cadre de ce projet de doctorat, nous avons utilisé tant les approches traditionnelles (leucodystrophies) que les nouvelles technologies de séquençage (polyneuropathie douloureuse) qui ont mené à l'identification du gène causal pour plusieurs de nos familles. L'efficacité de ces deux approches n'est plus à démontrer, chacune d'entre elles possèdent des avantages et des inconvénients. Dans le cadre de ces projets, nous avons utilisé la population canadienne-française connue pour ces effets fondateurs et la présence, encore aujourd'hui, de grandes familles. Les différents projets ont permis d'établir certains avantages et inconvénients quant à l'utilisation de ces techniques et de la population canadienne-française. Dans le cadre d'un phénotype assez homogène et bien défini comme celui du projet leucodystrophie, l'approche traditionnel par gène candidat nous a permis d'identifier le gène causal, POLR3B, sans trop de difficulté. Par contre, pour les autres projets où nous sommes en présence d'une hétérogénéité clinique et génétique une approche non-biaisée utilisant le séquençage exomique a obtenu un plus grand succès. La présence de grandes familles est un grand avantage dans les deux approches. Dans le projet polyneuropathie douloureuse, une grande famille originaire du Saguenay-Lac-St-Jean nous a permis d'identifier le gène NAGLU comme responsable suite à l'exclusion des autres variants candidats par analyse de ségrégation. Comme NAGLU était déjà associé à un phénotype qui diffère sur plusieurs points à celui de notre famille, une approche traditionnelle n'aurait pas été en mesure d'identifier NAGLU comme le gène causal. Dans l'analyse de nos données de séquençage exomique, nous avons observé que plusieurs variants rares, absents des bases de données, étaient partagés entre les différents individus Canadiens français. Ceci est probablement dû à la démographie génétique particulière observée chez les Canadiens français. En conclusion, les technologies de séquençage à grande échelle sont avantageuses dans l'étude de maladies hétérogènes au niveau clinique et génétique. Ces technologies sont en voie de modifier l'approche d'identification de gènes en permettant une analyse de génétique inversée, c'est-à-dire de la génétique vers la clinique. / Since many decades we are able to identify mutations responsible for Mendelian diseases. The identification of the causative gene not only allows a better diagnostic to these families, but also allows a better understanding of the pathophysiological mechanisms of these disorders and of the normal function of a gene. Ultimately, those discoveries lead to the identification of therapeutic targets that will enable clinicians to treat these diseases. Technological progress has forever driven gene identification. Starting with traditional approaches like positional cloning passing through the first sequence of the human genome and finally the recent high-throughput sequencing technologies, more and more diseases are now linked to a genetic cause. During my PhD, I had the opportunity to use traditional approaches (leukodystrophy) as well as new sequencing technologies (painful sensory polyneuropathy) which both led to gene identification for some of our families. The efficiency of these approaches is well known, each of them has advantages and disadvantages. In these projects, we used the french-canadian population well known for its founder effect and the presence, still today, of large families. Working on these projects allowed us to establish advantages and disadvantages concerning the use of those technologies and the french-canadian population. In the presence of a homogenous and well defined phenotype, like the leukodystrophy project, the traditional approach enables us to rapidly identify the causative gene (POLR3B). On the other hand, the unbiased exome sequencing approach has had more success for diseases characterized with clinical and genetic heterogeneity. Large families are a great advantage for both methods. In the painful sensory polyneuropathy project, a large family originated from the Saguenay-Lac-St-Jean region allowed us to identify the NAGLU gene as responsible for the disease after exclusion of the candidate variants by segregation analysis. NAGLU has already been associated with a phenotype that differs in many points with the clinical features observed in our family. In this case a traditional approach would have failed to identify NAGLU as the causative gene. In the analysis of our exome sequencing results, we observed many rare variants absent from databases but shared between french-canadian individuals. This enrichment in rare variants is probably due to the particular genetic demography of Quebec. In conclusion, high-throughput sequencing technologies are advantageous in the study of clinically and genetically heterogeneous diseases. These technologies are changing the gene identification approach towards reverse genetics, meaning genetics towards clinic.

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L'objectif scientifique de mon travail de recherche et d'encadrement d'étudiants a principalement concerné la détermination des bases génétiques de la résistance à la sécheresse du riz. Une partie de ces travaux ont été menés à l'Institut International de Recherche sur le Riz aux Philippines, dans le cadre d'un programme de sélection du riz pluvial pour l'Asie du Sud et du Sud-Est. Le riz pluvial ne dépend que la pluviométrie pour son alimentation hydrique et souffre donc de déficits hydriques fréquents. La nature des sécheresses rencontrées dans les environnements cibles m'ont conduite à travailler plus particulièrement sur la morphologie du système racinaire et sur l'ajustement osmotique. L'approche choisie a été celle de la génétique moléculaire. Les travaux conduits ont permis des progrès dans la compréhension du déterminisme génétique de ces caractères et la localisation de QTL d'intérêt dans des populations de cartographie classique, puis des populations de back-cross avancés, plus adaptées à un programme de sélection. Des lignées quasi isogéniques introgressées avec des QTLs de profondeur racinaire ont été produites par sélection assistée par marqueurs et utilisées pour valider l'existence et l'effet des QTLs. <br /> Mon projet de recherche actuel conduit à Montpellier dans l'UMR "Développement et Amélioration des Plantes" se situe dans la continuité des travaux précédents. Il consiste à relier les nombreux QTL de morphologie racinaire identifiés à ce jour chez le riz aux gènes sous jacents, puis à analyser la variabilité allélique de ces gènes dans différents fonds génétiques. Plusieurs approches complémentaires seront utilisées pour réaliser la cartographie fine des QTLs. La large gamme de données disponibles va d'abord être utilisée pour affiner la position des QTLs par une approche statistique de méta-analyse. L'approche d'étude d'association a également été retenue ce qui suppose, en préalable, de clarifier l'étendue du déséquilibre de liaison chez le riz. Des approches au niveau du génome entier seront suivies d'approches ciblées sur des gènes candidats, en ayant largement recours aux données de séquençage total du génome de 2 variétés de riz et de séquençage partiel de 20 autres. Enfin, en utilisant les lignées quasi-isogéniques produites à l'IRRI, le clonage d'un QTL de profondeur racinaire a été entrepris.<br /> L'intégration de ces approches de génétique directe avec les approches complémentaires de génétique inverse utilisées par d'autres personne de l'équipe "Développement et adaptation du riz" se fera autour des gènes dont la fonction aura été validée. La combinaison des allèles les plus adaptés aux environnements cibles dans des variétés d'élite constituera le but ultime de mon travail.