Most clonal plants exhibit a modular structure at multiple levels. At the level of the organs, they are characterized by functional modules, such as, internodes, leaves, branches. At the level of the genetic individual (clone or genet), they possess independent evolutionary and physiological units (ramets). These evolutionary units arise through the widespread phenomenon of clonal reproduction, achieved in a variety of ways including rhizomes, stolons, bulbils, or lateral roots. The focus of this study was Populus tremuloides, trembling aspen, a dioecious tree that reproduces sexually by seed and asexually through lateral roots. Local forest patches in western populations of Populus tremuloides consisted largely of multiple genotypes. Multi-clonal patches were dominated by a single genotype, and in one population (Riske Creek) we found several patches (five out of 17) consisting of a single genotype. A second consequence of modularity is that during the repeated cycle of ramet birth, development and death, somatic mutations have the opportunity to occur. Eventually, the clone becomes a mosaic of mutant and non-mutant cell lineages. We found that neutral somatic mutations accumulated across 14 microsatellite loci at a rate of between 10^-6 and 10^-5 per locus per year. We suggest that neutral genetic divergence, under a star phylogeny model of clonal growth, is an alternative way to estimate clone age. Previous estimates of clone age couple the mean growth rate per year of shoots with the area covered by the clone. This assumes a positive linear relationship between clone age and clone size. We found, however, no repeatable pattern across our populations in terms of the relationship of either shape or size to the number of somatic changes. A final consequence of modularity is that during clonal growth, natural selection is relaxed for traits involving sexual function. This means that mutations deleterious to sexual function can accumulate, reducing the overall sexual fitness of a clone. We coupled neutral genetic divergence within clones with pollen fitness data to infer the rate and effect of mildly deleterious mutations. Mutations reduced relative sexual fitness in clonal aspen populations by about 0.12x10^-3 to 1.01x10^-3 per year. Furthermore, the decline in sexual function with clone age is evidence that clonal organisms are vulnerable to the effects of senescence. / Medicine, Faculty of / Medical Genetics, Department of / Graduate

L’effectif génétique réduit des races bovines entraîne une augmentation de consanguinité de l’ordre de 1% par génération et une forte dérive génétique. Cette évolution favorise l’émergence régulière d’anomalies génétiques récessives dans les populations, qu’elles soient de races laitières ou allaitantes. En France, l’Observatoire National des Anomalies Bovines (ONAB) a été créé dans le but de détecter et contrôler ces anomalies émergentes. Cependant, la détection par les observatoires sous-entend d’une part une diffusion large de l’allèle défavorable dans la population et d’autre part que l’anomalie présente un phénotype avec un tableau clinique spécifique permettant une déclaration du phénotype à l’ONAB. L’impact des anomalies génétiques est donc encore largement sous-estimé. Toutefois, le développement des technologies de génotypage et de séquençage de génomes, associés à l’ensemble des informations disponibles permet une détection efficace des mutations causales. Ainsi, l’objectif de cette thèse a été d’utiliser l’ensemble des données disponibles (phénotypes, génotypes, séquences, annotations fonctionnelles…) pour identifier et valider des mutations délétères ségrégant dans races bovines laitières et allaitantes françaises. Nous avons exploré différentes stratégies classiques - cartographies par homozygotie, haplotypes en déficit en homozygotes - qui gagnent en efficacité grâce aux données de séquence de génome complet (WGS). Nous avons également mis en place des approches alternatives de génétique inverse, basées sur l’exploitation des données WGS française et du consortium 1000 bull genomes.Les travaux réalisé ont permis d’identifier les mutations causales associées à deux syndromes récessifs rapportés à l’ONAB : l’épidermolyse bulleuse jonctionnelle en race Charolaise (ITGB4, g.chr19: g.56488278_56493087del) et d’épilepsie idiopathique (MTCL1, g.chr24:41661691 G>A) récemment émergée dans la race Parthenaise. Nous avons également démontré la forte association entre l’haplotype MH1 et un polymorphisme affectant le gène PFAS (Chr19:g.28511199C>T ; p.R1205C). Par les stratégies de génétique inverse, nous avons également identifié une mutation probablement responsable de mortalité embryonnaire en race Normande affectant le gène CAD (Chr11:g72399397, p.Y452C) ainsi qu’une mutation affectant le gène RP1 (Chr14:g.23995411_23995412insA, p. R791KfsX13) responsable d’une dégénérescence progressive de la rétine et qui ségrége à forte fréquence en race Normande mais aussi dans d’autres races bovines européennes. Ces études encore en cours, fournissent également un inventaire des variants génétiques potentiellement délétères dont la caractérisation de l’effet sur le phénotype pourra être explorée. Enfin, l’identification de ces anomalies et des mutations délétères responsables ont abouti à la mise à disposition de tests de diagnostic efficaces pour permettre une contre-sélection raisonnée de ces variants délétères dans les populations bovines. / The reduced genetic size of cattle breeds leads to an increase in inbreeding of nearly 1% per generation and a strong genetic drift. This evolution favors regular emergence of recessive genetic abnormalities in dairy and beef cattle breeds. In France, the National Observatory of Bovine Anomalies (ONAB) was created with the aim to detect and control these new emergences. However, detection by the observatories implies a broad diffusion of the deleterious allele in the population and a phenotype with specific clinical features, allowing reporting to ONAB. Therefore the impact of genetic abnormalities is still largely underestimated. However, development of genotyping and genome sequencing technologies, coupled with all available information, makes possible effective detection of causal mutations. Thus, the aim of this thesis was to use all the available data (phenotypes, genotypes, sequences and functional annotations) to identify and validate deleterious mutations segregating in French dairy and beef cattle breeds. We used homozygosity mapping, and study of haplotypes with deficit in homozygous, two strategies boosted by using whole genome sequence (WGS) data. We also explored alternative reverse genetics strategies, based on data mining of French and 1000 bull genomes consortium WGS data.In these different studies, we identified the causal mutations associated with two described recessive syndromes: epidermolysis bullosa junctional in Charolais race (ITGB4, chr19: g.56488278_56493087del) and idiopathic epilepsy (MTCL1, chr24:g.41661691G>A) recently emerged in the Parthenaise breed. We also demonstrated a strong association between the embryonic lethal mutation MH1 and a polymorphism affecting the PFAS gene (chr19: g.28511199C> T ; p.R1205C) in Montbeliarde cattle. With reverse genetic strategies, we identified another mutation, which affects the CAD gene (chr11: g72399397, p.Y452C), likely responsible for embryonic mortality in Normande cattle, and a frameshift mutation in RP1 (chr14:g.23995411_23995412insA, p. R791KfsX13) responsible for progressive retinal degeneration segregating with a high frequency in the Normande breed but also in other European cattle breeds. These studies, still in progress, provide an inventory of potentially deleterious genetic variants, whose characterization could be explored in the future. At last, identification of mutations responsible for these genetic abnormalities provided or will provide diagnostic tests and allow efficient counter selection of these variants in French beef and dairy cattle populations.

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Chez les plantes à graine, l'albumen est un tissu nourricier surprenant, puisqu'il résulte de la double fécondation, qui est la fécondation concomitante de l'oosphère d'une part, et de la cellule mère de l'albumen, la cellule centrale, d'autre part. Dans cette thèse, nous étudions les pressions de sélection qui déterminent l'évolution de l'albumen et pourraient expliquer l'évolution (1) de la double fécondation, (2) d'un doublement des contributions maternelles dans la cellule centrale, (3) de la polysporie, qui consiste en la participation de plusieurs produits de méiose à la formation du gamétophyte, et (4) de l'empreinte parentale, l'expression différentielle des allèles maternels et paternels.Ces innovations modifient l'hétérozygotie dans le tissu nourricier et par conséquent, ont le potentiel de changer l'hétérosis de la graine. Dans cette thèse, nous commençons par étudier comment les changements génétiques qui découlent de la double fécondation, du doublement des contributions maternelles, de la polysporie et de l'empreinte parentale modifient l'hétérosis, ce qui peut jouer en faveur ou en défaveur de leurs évolutions. Puis, nous faisons une revue des données disponibles dans la littérature pour tester si ces traits sont le résultat d'un conflit mâle-femelle sur l'allocation des ressources. Enfin, nous étudions de manière expérimentale les patrons de l'allocation des ressources chez le maïs, pour tester si les embryons sont en compétition pour les ressources, ce qui est une des conditions nécessaires pour qu'un conflit sur l'allocation des ressources ait lieu.Nos modèles théoriques nous permettent de décrire un conflit mâle-femelle sur l'exposition des allèles délétères dans les tissus pour lesquels l'expression des gènes est asymétrique. Ce conflit n'avait jamais été décrit auparavant, et ouvre de nouvelles perspectives pour la compréhension de l'évolution de l'expression génétique. L'analyse des données indique que les théories alternatives à la théorie du conflit sur l'allocation des ressources ont parfois un bon pouvoir explicatif, et méritent par conséquent d'être d'avantage explorées. Enfin, notre étude expérimentale sur le maïs montre que la compétition entre embryons est prédominante lors de l'allocation des ressources chez cette espèce, ce qui est concordant avec les prédictions de la théorie du conflit sur l'allocation. / In seed plants, the endosperm is a surprising nutritive tissue, because it results from double fertilization, an eccentricity which results from the parallel fertilization of the egg cell on the one hand, and of the mother cell of the endosperm, the central cell, on the other hand. In this thesis, we study the selective pressures which drive the evolution of the endosperm and may explain the evolution of (1) double fertilization, (2) a doubling of maternal contributions in the central cell, (3) polyspory, the participation of several meiotic products to the gametophyte and (4) imprinting, the differential expression of maternal and paternal alleles. These innovations modify heterozygosity in the endosperm and as a consequence, have the potential to change heterosis in the seed. In this thesis, we first investigate how genetic changes that result from double fertilization, doubling of maternal contribution, polyspory and imprinting modify heterosis, which may play in favour or against the evolution of these traits. Second, we review the available data to test whether these traits are the result of a male-female conflict over resource allocation. Finally, we study experimentally patterns of resource allocation in maize to assess whether embryos compete for resources, which is a necessary condition for the conflict over resource allocation to occur. Our theoretical models allow us to describe a male-female conflict over the exposition of deleterious alleles in tissues with asymmetrical gene expression. This conflict had never been described before and opens perspectives for understanding the evolution of gene expression. We conclude from our analysis of data that theories which are alternative to the conflict theory over resource allocation may have a better explanatory power and therefore deserve to be further explored. Finally, our experimental study in maize shows that competition between embryos drives resource allocation in this species, which is consistent with predictions of the conflict over resource allocation theory.

Univerzita Karlova v Praze Přírodovědecká fakulta Studijní program: Molekulární biologie, genetika a virologie Bc. Jan Röslein Mutační a substituční tempo u sexuálních a klonáních forem: možný klíč k vysvětlení persistence sexu u modelové skupiny sekavců Mutation AND substitution rates in sexual and asexual forms: a clue to the persistence of sex in a model group of Cobitis? Typ závěrečné práce Diplomová Vedoucí závěrečné práce: Mgr. Karel Janko, Ph.D. Praha, 2015 Velký dík náleží mému školiteli Mgr. Karlu Jankovi, Ph.D. za velmi nápomocné, direktivní vedení práce. Též bych rád poděkoval panu Mgr. Janu Pačesovi, Ph.D. za více než vzdělávací rozměr v oblasti bioinformatické analýzy a Mgr. Ladislavu Pekárikovi, Ph.D., Mgr. Janu Kočímu za pomoc při analýze vybraných kapitol. Také bych rád poděkoval rodině za podporu. Všem participantům na této diplomové práci se hluboce omlouvám za způsobenou psychickou újmu. Prohlášení: Prohlašuji, že jsem závěrečnou práci zpracoval/a samostatně a že jsem uvedl/a všechny použité informační zdroje a literaturu. Tato práce ani její podstatná část nebyla předložena k získání jiného nebo stejného akademického titulu. V Praze dne 12. 8. 2015 Podpis: Abstrakt Klíčová slova: Abstract Key words: Obsah 1...

TITLE: Mutation and substitution rates in sexual and asexual forms: a clue to the persistence of sex in a model group of Cobitis? AUTOR: Jan Röslein DEPARTMENT: Ústav živočišné fyziologie a genetiky AVČR, v.v.i. SUPERVISOR: Mgr. Karel Janko, Ph.D. ABSTRACT: Subject of this thesis is to test several hypotheses about the evolution of asexual reproduction in model group of fish family Cobitis and its mutual competition among sexual and asexual forms, which touches one of the oldest unresolved issues of biology. Specifically, the work deals with the accumulation of non-synonymous mutations, which accelerated accumulation in the genome of clonal lineages theoretically leads to increased extinction compared with sexually reproducing populations (so-called. The theory of Muller's ratchet and Kondrashov's hatchet). This thesis is based on a normalized cDNA sequencing data from oocytes and liver tissue, which has served as a base matrix (generated based on non-normalized cDNA data) for transcriptome sequencing (RNAseq). Consequently, the RNAseq data have served as validation for acquired polymorphisms, detection of differential expression of allele- specific expression (ASE) hybrid biotypes. This diploma thesis balances among the edges of vast spectrum of hypotheses regarding the evolution of the genus hybrid...

本研究的主要目的是檢視倒傳導神經網路是否具有人類在分類學習上所呈現出來的學習效應 — 競爭學習、遮蔽效應與不相關線索的影響。在實驗中，我們採用兩種倒傳導神經網路，來測試激發函數是否會影響倒傳導神經網路的學習。此兩種倒傳導神經網路分別採用sigmoid激發函數與hyperbolic-tangent激發函數。實驗結果顯示，以sigmoid為激發函數與以hyperbolic-tangent為激發函數的倒傳導神經網路都具有這三個學習效應。還有，以sigmoid為激發函數的倒傳導神經網路所呈現出來的學習效應比以hyperbolic-tangent為激發函數的倒傳導神經網路來得顯著。本研究的次要目的在於瞭解有效性（使用性）與敏感度分析的數值是否有對應關係。實驗結果顯示，線索A與線索B的敏感度分析數值差異可以反映出線索A與線索B的有效性差異。然而，敏感度分析數值卻無法準確地顯示線索的有效性數值。 / The main objective of this research is to examine whether back propagation neural networks (BP) have the learning effects found in human category learning — competitive learning, overshadowing and the deleterious of an irrelevant cue. Two kinds of BP, BP with sigmoid activation function and BP with hyperbolic-tangent activation function, are investigated to see if the activation function will make BP behave differently. According to the results of our experiments, these three learning effects are demonstrated both in BP with sigmoid and BP with hyperbolic-tangent, but they seems more significant in BP with sigmoid than in BP with hyperbolic-tangent. The second objective of our research is to see if there is a correspondence between the validity (the utilization) and the value of sensitivity analysis, R. From the results of our experiments, we observe that the difference between values of sensitivity analysis with respect to Cue A and Cue B reflects the difference of the validities between Cue A and Cue B. However, the value of sensitivity analysis does not show exactly what validity a cue is.

Le nombre d'adultes porteurs de cardiopathies congénitales, de plus en plus sévères est constante progression. A moyen voire long terme certain d’entre eux posent des problèmes d’insuffisance cardiaque et de troubles du rythme parfois létaux. La physiologie de ces complications est multi factorielle et s’écarte souvent des schémas habituels. L’asynchronisme ventriculaire présentent chez un nombre important d’entre eux est connu pour favoriser un remodelage ventriculaire conduisant à l’insuffisance cardiaque sur cœur sain.Dans ce travail en couplant données expérimentales animales et études cliniques, nous avons étudié : 1) l’impact aigu puis chronique de la resynchronisation biventriculaire sur un modèle animal d’insuffisance cardiaque droite mimant la tétralogie de Fallot et sur une population de patients ; 2) le rôle et la conséquence d’une stimulation conventionnelle sur une physiologie de ventricule droit systémique ; 3) l’effet délétère de la stimulation VD prolongée sur un modèle de cœur animal en cours de développement.Nous avons appris que 1) la resynchronisation biventriculaire permet un bénéfice hémodynamique significatif chez l’animal mais aussi sur une population de Fallot implantées ; 2) que l’asynchronisme généré par la stimulation conventionnelle est délétère pour la fonction du ventricule systémique mais aussi pour le cœur de l’enfant en cours développement. La resynchronisation est un traitement prometteur pour traiter l’insuffisance cardiaque mais pourrait aussi l’être pour en prévenir sa survenue. De nouvelles techniques d’implantation nous permettent aujourd’hui d’implanter des patients qui présentent beaucoup d’obstacles anatomiques et d’éviter nombre de complications grave de la stimulation. / The number of adults with severe congenital heart disease is constantly growing. At medium to long-term follow up, these patients may present with heart failure or conduction disorders, which may lead to death. The pathophysiology and clinical course of these complications is multi-factorial and may be different from that in patients without congenital heart disease. In normal hearts, electromechanical dyssynchrony is known to induce ventricular remodeling and heart failure. Ventricular asynchrony is also present in a substantial number of adults with congenital heart disease. In this study, we combined animal experiments and clinical studies to investigate: 1) the acute and chronic effect of biventricular resynchronization therapy on cardiac function in an animal model mimicking right ventricular heart failure in Tetralogy of Fallot, as well as in patients with Tetralogy of Fallot; 2) the consequences of conventional ventricular pacing in patients with ‘systemic right ventricle physiology’; 3) the effects of chronic right ventricular pacing in an animal model of the developing heart.We found that: 1) biventricular resynchronization induces significant hemodynamic benefit in the animal model of Tetralogy of Fallot as well as in Fallot patients; 2) ventricular asynchrony induced by conventional ventricular pacing is deleterious to the function of the systemic right ventricle; 3) chronic right ventricular pacing is harmful to the developing (pediatric) heart with normal biventricular anatomy. Cardiac resynchronization therapy is promising as a treatment for heart failure, but may also prevent heart failure. Nowadays, new implantation techniques allow us to implant pacing devices in patients with limited anatomical access due to prior surgery and help to avoid numerous severe complications of conventional pacing therapy