Marburg, Univ., Diss., 2003. / Computerdatei im Fernzugriff.

Marburg, Universiẗat, Diss., 2003.

Universiẗat, Diss., 2003--Marburg.

Thesis (M.S.)--University of West Florida, 2008. / Title from title page of source document. Document formatted into pages; contains 82 pages. Includes bibliographical references.

L’algue brune Ectocarpus présente un cycle de vie haplo-diploïde avec l’alternance de deux générations multicellulaires : un gamétophyte haploïde et un sporophyte diploïde. Deux mutants présentent un changement homéotique entre les programmes de développement des générations sporophyte et gamétophyte. Les mutants réitèrent le programme de développement du gamétophyte à la place du sporophyte. Ces mutants, appelés ouroboros (oro) et samsara (sam), sont affectés dans deux gènes différents codant pour des facteurs de transcription à homéodomaine de classe TALE. Ma thèse porte sur la caractérisation des deux facteurs de transcription ORO et SAM ainsi que sur les dynamiques chromatiniennes sous-jacentes. Cette thèse présente les phénotypes des deux mutants oro et sam ainsi qu’une comparaison du transcriptome des mutants avec celui du gamétophyte et sporophyte. L’interaction entre ORO et SAM a été également testée et a lieu au niveau de chaque homéodomaine. Les préférences de liaison à l’ADN des deux facteurs de transcription ont été évaluées in vitro. Un criblage par double-hybride de levure a permis d’identifier deux sous-unités C de la famille de facteurs de transcription Nuclear Factor Y interagissant avec ORO. Cette thèse a également permis des avancées importantes dans l’étude de la régulation de la chromatine notamment en mettant au point un protocole d’immunoprécipitation de la chromatine. Ainsi, les profils de six modifications post-traductionnelles d’histones sur l’ensemble du génome ont été établis. Ce travail est pionnier dans la compréhension de la reprogrammation de la chromatine et la régulation de voies de développement majeures chez les algues brunes. / The brown alga Ectocarpus exhibits a haploid-diploid life cycle with an alternation between two multicellular generations : a haploid gametophyte and a diploid sporophyte. Two mutants exhibit homeotic switching between the sporophyte and gametophyte programs, reiterating the gametophyte program instead of switching to the sporophyte. These mutants, called ouroboros (oro) et samsara (sam), carry mutations into two different genes that code for TALE homeodomain transcription factors. This thesis aimed to characterize these two transcription factors and the chromatin dynamics associated with the alternation of generation in Ectocarpus. This thesis presents the characterisation of the oro and sam mutants and a transcriptomic comparison of the mutants with the sporophyte and gametophyte. DNA-binding preferences of the two transcription factors were evaluated using in vitro methods. ORO and SAM are able to heterodimerise via their respective homeodomains and a yeast two-hybrid screen showed that two C subunits of the Nuclear Factor Y family are able to interacting with ORO. This thesis also presents major advances in the study of chromatin regulation in the brown alga. A chromatin immunoprecipitation protocol was established and used to obtain genome-wide profiles for six histone modifications. Taken together, the data presented here suggests that ORO and SAM may be involved directly in chromatin reprogramming at generation-biased genes via an association with the NF-Y complex. The work presented represents a pioneer analysis of brown algal transcription factors and chromatin reprogramming events involved in the regulation of developmental pathways.

Les algues brunes sont des organismes photosynthétiques multicellulaires, appartenant à la lignée des straménopiles, et dont l'habitat principal est la zone intertidale. Une de leurs caractéristiques métaboliques est d'utiliser le mannitol (polyalcool à six atomes de carbone) comme forme de stockage du carbone issu de la photosynthèse. Le métabolisme du mannitol chez ces organismes fait intervenir quatre enzymes, deux pour la synthèse et deux pour le recyclage, regroupées dans le cycle du mannitol. Parmi les algues brunes, Ectocarpus siliculosus est l'organisme modèle pour étudier différents aspects de leur biologie. Au cours de la thèse, trois gènes de cette algue codant pour les enzymes responsables de la première étape du cycle du mannitol, la mannitol-1-phosphate déshydrogénase (M1PDH), ont été étudiés (EsM1PDH1, EsM1PDH2, et EsM1PDH3). Les M1PDHs catalysent une réaction réversible entre le fructose-6-phosphate et le mannitol-1-phosphate. Une version du gène EsM1PDH, codant pour une protéine tronquée en N-terminal afin d'éliminer un domaine de fonction inconnue, a été surexprimée chez la bactérie Escherichia coli. La protéine recombinante tronquée a été purifiée et caractérisée au niveau biochimique, notamment pour déterminer ses paramètres cinétiques dans les deux sens de la réaction catalysée par les M1PDHs. Ces résultats ont été complétés par l'analyse de l'expression des gènes codant pour les enzymes du cycle du mannitol chez E. siliculosus au cours du cycle diurnal. L'ensemble de ces observations contribue à mieux comprendre une voie métabolique clé dans la physiologie des algues brunes. / Brown algae are multicellular photosynthetic organisms belonging to the stramenopile lineage and which are mainly found in the intertidal zone. One of their metabolic characteristics is to store carbon fixed by photosynthesis through the production of mannitol, a 6-carbon non-cyclic polyol. Synthesis and recycling of mannitol in these organisms occur through the mannitol cycle, which includes two steps for synthesis and two for recycling. Among brown algae, Ectocarpus siliculosus represents the model organisms to study different aspects of their biology. During the PhD thesis, three genes coding for the enzymes involved in the first step of the mannitol cycle, the mannitol-1-phosphate dehydrogenase (M1PDH), were studied (EsM1PDH1, EsM1PDH2, and EsM1PDH3). M1PDHs catalyze a reversible reaction between fructose-6-phosphate and mannitol-1-phosphate. One modified version of the EsM1PDH1 gene, coding for a N-terminal truncated protein in order to deleted a domain of unknown function, was overexpressed in the bacteria Escherichia coli. The truncated recombinant protein was purified and biochemically characterized, notably to determine kinetic parameters in both directions of the reversible reaction catalyzed by M1PDH. These results were completed by analysis of changes in expression of genes encoding enzymes involved in the mannitol cycle during the diurnal cycle. These observations contribute to increasing the understanding of a key metabolic pathway in brown algal physiology.

Darmstadt, Techn. Universiẗat, Diss., 2007.

Durant cette thèse nous nous sommes attachés au développement d'une méthode globale de création de réseaux métaboliques chez des espèces biologiques non classiques pour lesquelles nous possédons peu d'informations. Classiquement cette reconstruction s'articule en trois points : la création d'une ébauche métabolique à partir d'un génome, la complétion du réseau et la vérification du résultat obtenu. Nous nous sommes particulièrement intéressés au problème d'optimisation combinatoire difficile que représente l'étape de complétion du réseau, en utilisant un paradigme de programmation par contraintes pour le résoudre : la programmation par ensemble réponse (ou ASP). Les modifications apportées à une méthode préexistante nous ont permis d'améliorer à la fois le temps de calcul pour résoudre ce problème combinatoire et la qualité de la modélisation. L'ensemble de ce processus de reconstruction de réseau métabolique a été appliqué au modèle des algues brunes, Ectocarpus siliculosus, nous permettant ainsi de reconstruire le premier réseau métabolique chez une macro-algue brune. La reconstruction de ce réseau nous a permis d'améliorer notre compréhension du métabolisme de cette espèce et d'améliorer l'annotation de son génome. / In this thesis we focused on the development of a comprehensive approach to reconstruct metabolic networks applied to unconventional biological species for which we have little information. Traditionally, this reconstruction is based on three points : the creation of a metabolic draft from a genome, the completion of this draft and the verification of the results. We have been particularly interested in the hard combinatorial optimization problem represented by the gap-filling step. We used Answer Set Programming (or ASP) to solve this combinatorial problem. Changes to an existing method allowed us to improve both the computational time and the quality of modeling. This entire process of metabolic network reconstruction was applied to the model of brown algae, Ectocarpus siliculosus, allowing us to reconstruct the first metabolic network of a brown macro-algae. The reconstruction of this network allowed us to improve our understanding of the metabolism of this species and to improve annotation of its genome.

Le déterminisme génétique du sexe nécessite souvent l’évolution d’une région non-recombinante (NR) formant ainsi paire de chromosomes sexuels. Bien que la reproduction sexuée ait une origine commune à tous les eucaryotes, l’évolution des chromosomes sexuels s’est quant à elle effectuée de manière répétée et indépendante. Les chromosomes du sexe ont été particulièrement étudiés dans les systèmes diploïdes (chromosomes sexuels XY et ZW) des plantes et animaux. Le récent séquençage du génome d’Ectocarpus, modèle d’étude des algues brunes, donne non seulement une chance unique d’analyser les chromosomes sexuels dans un groupe phylogénétiquement distant des opisthocontes et de la lignée verte ; mais il donne aussi l’opportunité d’examiner un système haploïde de chromosomes sexuels (système UV). Chez Ectocarpus l’expression du sexe a lieu pendant la phase haploïde du cycle de vie, avec les chromosomes U et V, respectivement spécifiques aux femelles et aux mâles. L’analyse des chromosomes sexuels chez Ectocarpus a montré que la taille de la région NR est restée modeste pour un système vieux de plus de 70 millions d’années. Une analyse des dimorphismes sexuels a été effectuée ainsi que l’étude comparative des transcriptomes mâle et femelle d’Ectocarpus. Le développement parthénogénétique est, dans certaines populations d’Ectocarpus, un dimorphisme sexuel. Le lien génétique entre parthénogenèse et sexe a été analysé et suggère qu’un locus contrôlant la parthénogenèse est localisé au niveau de la partie recombinante du chromosome sexuel d’Ectocarpus. De plus, une analyse de fitness indique que le locus de la parthénogenèse est soumis à une sélection antagoniste entre les deux sexes. / Genetic sex determination is usually controlled by sex chromosomes carrying a non-recombining sex-determining region (SDR). Despite the common origin of sex (meiosis) in Eukaryotes, the evolution of sex chromosomes has evolved repeatedly and independently. Our knowledge in sex chromosomes comes mainly from the analysis of diploid systems (XY and ZW sex chromosomes) in animals and land plants. However the recent genome sequencing of the brown alga Ectocarpus, not only opens up the possibility of studying sex chromosomes in a phylogenetic distant group but also of analysing a haploid sex chromosome system (UV sex chromosomes). Indeed in Ectocarpus sex is expressed during the haploid phase of the life cycle, where U and V sex chromosomes are restricted to female and male, respectively. The Ectocarpus sex chromosomes have some unusual evolutionary features such as the size of the non-recombining region, which is surprisingly small for a 70 million year old system. Also the evolutionary aspect of sexual dimorphism was studied by analyzing male and female transcriptomes and by identifying several subtle sexual dimorphic traits. Parthenogenetic capacity is a sexual dimorphic trait in some populations of Ectocarpus. The genetic link between parthenogenesis and sex was analysed and a locus that controls parthenogenetic was located to the Ectocarpus sex chromosome, in the recombining pseudoautosomal region. Fitness analysis strongly suggested that the parthenogenetic locus is a sexual antagonistic locus