Les éléments transposables (ET) sont des séquences d'ADN trouvées chez tous les organismes vivants, et capables de se déplacer d'un site chromosomique à un autre. Ils sont une source de mutations et doivent donc être finement contrôlés par leurs hôtes. Afin de parer à leur mobilisation, les génomes ont mis en place des mécanismes de régulation (RNAi) impliquant des petits ARNs dont les siRNAs en sont la composante la plus connue. Récemment il a été mis en évidence chez la drosophile deux nouvelles classes de petits ARNs appelés piRNAs et endo-siRNAs. Les piRNAs contrôlent spécifiquement les ET dans les tissus reproducteurs qui comprennent des cellules germinales et des cellules somatiques : les cellules folliculaires. Les endo-siRNAs quant à eux, contrôlent ces ET dans les tissus somatiques. Il a été montré au laboratoire qu'Idefix, un retrotransposon à LTR, était régulé par un mécanisme post-transcriptionnel (PTGS). Celui-ci implique la voie des piRNAs et sa composante majeure, la protéine PIWI, dans les tissus reproducteurs de drosophiles. En revanche dans le reste des tissus de drosophiles cette régulation ne dépend pas de la protéine PIWI. Durant ma thèse je me suis intéressé à savoir si en plus de ce contrôle de type PTGS, il existait une régulation de type transcriptionnelle (TGS) appliquée sur les ET de drosophile dans les différents tissus aussi bien somatiques que germinaux. En étudiant les régulations que subissent divers transgènes composés d'un gène rapporteur et de divers fragments d'ET, j'ai montré que seule une régulation de type post-transcriptionnelle permettait de réguler les éléments transposables dans la lignée germinale femelle de drosophile. Cette régulation ayant une faiblesse précoce dans le développement des ovaires pouvant entrainer une mobilisation des éléments transposables dans certaines conditions sensibilisées. En revanche dans les tissus somatiques j'ai montré qu'une régulation transcriptionnelle s'ajoutait à la répression de type PTGS pour réprimer les ET. Cependant cette régulation transcriptionnelle présente une spécificité tissulaire puisqu'elle est observée dans les tissus somatiques de larves de drosophiles et absente dans les cellules somatiques folliculaires de l'ovaire. En conclusion divers systèmes de régulation mettent sous silence les éléments transposables en fonctions de la balance bénéfice/problèmes qu'ils apportent pour un tissu donné. / Transposable elements (TEs) are DNA sequences found in all living organisms, and able to move from one chromosomal site to another. They are source of mutations and therefore must be finely controlled by their hosts. To counteract their mobilization, genomes have developed regulatory mechanisms (RNAi) involving small RNAs including the best-known siRNAs. Recently two novel classes of small RNAs called piRNAs and endo-siRNAs have been reported in Drosophila. The piRNAs specifically trigger TE repression in reproductive tissues, composed by germ cells and somatic follicular cells. The endo-siRNAs control those in somatic tissues. It has been shown by our group that Idefix, a LTR retrotransposon, is regulated by a posttranscriptional mechanism (PTGS). It implicates the piRNAs pathway and its major component, the PIWI protein, in reproductive tissues of Drosophila. By contrast, in the other Drosophila tissues, the regulation does not depend on the PIWI protein. During my PhD, I was interested to know if in addition to this PTGS, a transcriptional control (TGS) was necessary to control Drosophila TE in both the somatic and germinal tissues. By studying theregulations of sensor-transgenes carrying a reporter gene (GFP) and various fragments of ET acting as a target of the silencing pathways, I have shown that the post-transcriptional silencing is the only regulatory pathway targeting transposable elements in the Drosophila female germline. This regulation has a weakness early in the development of the ovaries that can lead to a mobilization of transposable elements under certain sensitized conditions. In somatic tissues I have shown that a transcriptional regulation is coupled to the PTGS. However, this transcriptional regulation has tissue specificity because it is only observed in somatic tissues of Drosophila outside of the ovaries, a PTGS with no TGS targeting TE in the somatic cells of the ovarian follicle.

La maturation des ARN implique un grand nombre d’évènements post-transcriptionnels, parmi lesquels la polyadénylation qui constitue une étape clé. Chez Arabidopsis, la présence de l’hétérochromatine au niveau des introns de certains gènes peut influencer considérablement la polyadénylation de leur transcrits. INCREASED IN BONSAI METHYLATION2 (IBM2) est une protéinequi contrôle cette catégorie de gènes en reconnaissant l’hétérochromatine au niveau des introns via son domaine BOMO-ADJACENT HOMOLOGY (BAH). IBM2 se lie à l’ARNm par son motif RNA RECOGNOTION (RRM), afin d’assurer la transcription complète de ces gènes cibles en favorisant l’utilisation d’un site distal de polyadénylation. Par conséquent, en mutant IBM2, des plus transcrits courts sont synthétisés suite à une polyadénylation précoce au niveau de la régionhétérochromatique. Durant ma thèse, j’ai cherché à comprendre les mécanismes moléculaires sous-jacents de cette régulation tout en étudiant le rôle du complexe protéique IBM2. Nous avons identifié des protéines partenaires d’IBM2 déjà étudiées telle que ENHANCED DOWNY MILDEW2 (EDM2) et ASI-IMMUNOPRECIPITATED PROTEIN1 (AIPP1), ainsi qu’une nouvelle protéine interagissant physiquement avec IBM2 et d’autres protéines. La mutation du gène correspondant à cette protéine conduit à une réduction de l’expression globale des cibles d’IBM2testées, accompagnée d’un niveau réduit de transcrits longs fonctionnels. Moyennant un crible génétique des suppresseurs de la mutation ibm2, nous avons identifié plusieurs facteurs agissant en amont de la voie IBM2, notamment la protéine FLOWERING TIME CONTROL (FPA). FPA est une protéine capable de s’associer à l’ARN pour favoriser l’utilisation de sites proximaux de polyadénylation de plusieurs gènes cibles, avec parmi eux des gènes contrôlés par IBM2, ce qui suggère que la transcription complète de ces gènes dépend étroitement des actions antagonistes entre IBM2 et FPA. Nos résultats ont montré que le choix du site de polyadénylation de gènes contenant de l’hétérochromatine dépend de plusieurs protéines agissant en différents complexes ainsi que l’interconnexion avec d’autres voies. / RNA maturation implies numerous post-transcriptional modifications in whichpolyadenylation is a key step. In Arabidopsis, the heterochromatin found within introns(intronic-HC) can impact transcripts polyadenylation of host genes. INCREASED IN BONSAI METHYLATION2 (IBM2), an RNA-binding protein containing a bromo-adjacent homology (BAH) domain, interacts with intronic-HC to produce functional full-length transcripts by promoting distal polyadenylation. Loss of IBM2 function triggers short transcripts production due to premature polyadenylation from the heterochromatic region. During my thesis, I investigated the role of proteins that may belong to different sub-complexes in the regulation of intronic-HC containing genes. We identified IBM2 partners, including ENHANCED DOWNY MILDEW 2 (EDM2) and ASI-IMMUNOPRECIPITATED PROTEIN1 (AIPP1), and a novel partner that interacts directly with IBM2 and other proteins. Mutating the corresponding gene of the novel partner results in decreased expression of tested IBM2-targets such as IBM1 encoding an H3K9demethylase and the disease resistance gene RECOGNITION OF PERONOSPORA PARASITICA 7 (RPP7), accompanied with compromised use of their distal polyadenylation sites. By conducting a genetic screen of ibm2 mutation suppressors, we identified factors belonging to different pathways that act upstream of IBM2, among them the FLOWERING TIME CONTROL PROTEIN (FPA). FPA is an RNA-binding protein that promotes the use of proximal polyadenylation sitesof several genes such as IBM1. Our data bring evidence that antagonistic actions of FPA and IBM2 regulates polyadenylation sites choice at intronic-HC containing genes. These results provide new insights to understand the interplay between heterochromatin and RNA processing.

Les éléments transposables (ET) sont des séquences d‟ADN capables de se déplacer dans les génomes qui les hébergent. Les ET de type mariner (mariner-like element : MLE) ont été caractérisés chez les animaux et chez les plantes à fleurs terrestres mais pas chez les microalgues marines. Dans le présent travail, les MLE ont été recherchés chez les diatomées marines (Bacillariophycées) qui sont des microalgues possédant une enveloppe externe siliceuse. Elles ont colonisé tous les milieux aquatiques et constituent une part majeure du phytoplancton; de ce fait, elles jouent un rôle écologique clé dans le milieu marin.La caractérisation des MLE des diatomées a été réalisée au moyen d‟approches moléculaire et bio-informatique. La présence de MLE dans le génome de 10 espèces de diatomées a été mise en évidence grâce à l‟amplification de fragments d‟environ 380 pb. Ces fragments correspondent à une partie de la séquence conservée codant l‟enzyme responsable de la transposition des MLE : la transposase. L‟analyse des séquences obtenues, par des méthodes phylogénétiques, ainsi que la classification des MLE de diatomées mettent en évidence leur appartenance au groupe des MLE végétaux de la superfamille Tc1-mariner. Néanmoins, les séquences MLE de diatomées divergent considérablement par rapport aux MLE des plantes terrestres. Afin de déterminer si les diatomées ont la capacité de produire la transposase, l‟expression des MLE a été recherchée chez des diatomées soumises à des stress thermiques de courte durée (5 h). Nos travaux montrent que les MLE sont exprimés chez les trois espèces testées incluant la diatomée modèle Phaeodactylum tricornutum dont le génome a été séquencé récemment. L‟expression des MLE des diatomées est variable selon les conditions thermiques et selon les espèces.L‟ensemble de nos résultats suggère que les MLE sont ubiquistes dans les génomes de diatomées et qu‟ils sont présents de manière ancestrale dans la lignée végétale. Les MLE des diatomées forment trois nouvelles sousfamilles de la superfamille Tc1-mariner, la plus répandue des superfamilles d‟ET. De plus, leur expression suggère qu‟il existe des MLE capables de se déplacer dans le génome des diatomées. Si la transposition était vérifiée, ils pourraient alors être développés comme outils de mutagenèse.

Les éléments transposables (ET) sont des séquences d‟ADN capables de se déplacer dans les génomes qui les hébergent. Les ET de type mariner (mariner-like element : MLE) ont été caractérisés chez les animaux et chez les plantes à fleurs terrestres mais pas chez les microalgues marines. Dans le présent travail, les MLE ont été recherchés chez les diatomées marines (Bacillariophycées) qui sont des microalgues possédant une enveloppe externe siliceuse. Elles ont colonisé tous les milieux aquatiques et constituent une part majeure du phytoplancton; de ce fait, elles jouent un rôle écologique clé dans le milieu marin.La caractérisation des MLE des diatomées a été réalisée au moyen d‟approches moléculaire et bio-informatique. La présence de MLE dans le génome de 10 espèces de diatomées a été mise en évidence grâce à l‟amplification de fragments d‟environ 380 pb. Ces fragments correspondent à une partie de la séquence conservée codant l‟enzyme responsable de la transposition des MLE : la transposase. L‟analyse des séquences obtenues, par des méthodes phylogénétiques, ainsi que la classification des MLE de diatomées mettent en évidence leur appartenance au groupe des MLE végétaux de la superfamille Tc1-mariner. Néanmoins, les séquences MLE de diatomées divergent considérablement par rapport aux MLE des plantes terrestres. Afin de déterminer si les diatomées ont la capacité de produire la transposase, l‟expression des MLE a été recherchée chez des diatomées soumises à des stress thermiques de courte durée (5 h). Nos travaux montrent que les MLE sont exprimés chez les trois espèces testées incluant la diatomée modèle Phaeodactylum tricornutum dont le génome a été séquencé récemment. L‟expression des MLE des diatomées est variable selon les conditions thermiques et selon les espèces.L‟ensemble de nos résultats suggère que les MLE sont ubiquistes dans les génomes de diatomées et qu‟ils sont présents de manière ancestrale dans la lignée végétale. Les MLE des diatomées forment trois nouvelles sousfamilles de la superfamille Tc1-mariner, la plus répandue des superfamilles d‟ET. De plus, leur expression suggère qu‟il existe des MLE capables de se déplacer dans le génome des diatomées. Si la transposition était vérifiée, ils pourraient alors être développés comme outils de mutagenèse. / Transposable elements (TE) are sequences able to move between two loci in the host genomes. Mariner-like element (MLE) are well characterized in animal and land plant genomes but not in marine microalgae. In this work, we have looked for MLE in marine diatoms (Bacillariophyceae) that are microalgae having a siliceous wall. They have colonized all aquatic environments and are a major component of the phytoplankton, so they play a major role in the ecology of marine environments.To characterize the diatom MLE, molecular and bio-informatics approaches were used. The presence of MLE was detected in ten diatom species which exhibited sequence fragments of about 380 pb. These fragments were identified as a section of the conserved sequence which encodes the enzyme responsible for MLE transposition, the transposase. Phylogeny and classification analysis of these fragments revealed that diatom MLE belong to the Tc1-mariner superfamily, and more precisely to the vegetal MLE group. Nevertheless, diatom MLE sequences diverged from the flowering plant MLE. In order to determine if MLE transposase is produced in diatoms, MLE expression was looked for in diatoms under thermal stresses. Our results showed that diatom MLE were expressed in the three species tested, including the model diatom Phaeodactylum tricornutum which was completely sequenced recently. Diatom MLE expression was dependent on the thermal conditions and on the species.Our results suggest that MLE are widespread in diatom genomes and that they have an ancestral presence in the green lineage. Diatom MLE cluster in three subfamilies in the huge ET Tc1-mariner superfamilly. Finally, the diatom MLE expression detected could reflect the existence of active MLE in diatom genomes. If this hypothesis were verified, it could lead to the development of mutagenesis tools.

Ces dernières années, de nombreuses études transcriptomiques à grande échelle ont clairement mis en évidence que la grande majorité du génome des eucaryotes est transcrite.Ce réseau complexe de transcrits inclus des petits ARN non codants qui interviennent généralement en tant que régulateurs transcriptionnels, post-transcriptionnels et/ou traductionnels de l’expression de certains ARNm cibles spécifiques. Ils sont classés selon leur origine biologique et leur mode d’action. Une catégorie de petits ARN non codants, les Piwi-interacting RNAs (piRNA), maintient l’intégrité du génome dans les tissus reproducteurs des métazoaires en réprimant les éléments transposables endogènes, des séquences ADN capables de se déplacer et de se dupliquer à l’intérieur du génome. Les piRNA sont produits par deux mécanismes : i) La biogenèse primaire à partir de longs ARN simple brin produits par certains loci spécifiques du génome, les clusters de piRNA, des loci énigmatiques, localisés dans les régions hétérochromatiques et composés de fragments d’éléments transposables actifs, ii) La boucle d’amplification appelée ping-pong. Durant ma thèse, j’ai étudié un cluster de piRNA majeurs dans les cellules somatiques des gonades femelles de Drosophila melanogaster, le locus flamenco. Tout d’abord, j’ai mis en évidence que la transcription de flamenco est initiée à partir d’un promoteur contenant une séquence INR et un élément DPE, reconnu par l’ARN polymerase II, et qu’elle nécessite la présence du facteur de transcription Cubitus Interruptus. Ensuite, j’ai montré que le transcrit de flamenco subit de l’épissage alternatif pour générer divers précurseurs ARN qui seront ensuite maturés en piRNA. De plus, j’ai montré que le promoteur de flamenco serait suffisant pour déclencher l’adressage du transcrit vers la voie de maturation des piRNA. Dans un autre axe, je me suis intéressée à l’organisation tridimensionnelle du locus flamenco au sein du noyau en recherchant ses partenaires d’interaction en utilisant la technique de 4C (capture de la conformation des chromosomes). J’ai pu voir que flamenco semble interagir physiquement avec des régions génomiques fortement transcrites en cis. En trans, le locus flamenco interagit majoritairement avec des régions génomiques péricentromériques et avec d’autres clusters de piRNA. Cette disposition tridimensionnelle particulière pourrait être le reflet d’une organisation fonctionnelle.Dans l’ensemble, ces travaux permettent de mieux comprendre l’expression et le fonctionnement du locus flamenco et ouvrent la voie vers de nouvelles recherches prometteuses. / The past few years it has become clear from many transcriptomic studies that most of the eukaryotic genome is pervasively transcribed. This complex network of transcripts include several types of small RNAs classified as non-coding RNAs. The vast majority of small RNA act as transcriptional, posttranscriptional and/or translational regulators, controlling specific target mRNAs involved in various cellular functions. They are classified based on their biogenesis and mode of action. A subclass of small non-coding RNAs, the Piwi-interacting RNAs (piRNA), ensures genomic stability by silencing endogenous transposable elements, endogenous sequence that are able to move and duplicate into the genome, in both germline and somatic gonadal tissues of metazoan. piRNA are produced through two mechanisms, i) The primary processing pathway from long single-stranded precursors produced by some specific loci in the genome, the piRNA clusters, ii) The secondary pathway by the amplification loop called the ping-pong. piRNA clusters are enigmatic loci localized in heterochromatic region and composed of transposable element fragments.During my PhD, I studied a major piRNA cluster in the somatic cells of Drosophila melanogaster female gonads, the flamenco locus. First, I demonstrated that flamenco transcription is initiated from an RNA Polymerase II promoter containing Inr and DPE elements, and requires the transcription factor, Cubitus interruptus. Then, I showed that the flamenco precursor transcript undergoes differential alternative splicing to generate diverse RNA precursors that are processed into piRNA. Moreover, I showed that the flamenco promoter could be sufficient to target transcripts into the piRNA processing pathway. In an other hand, I was interested to the tridimensional nuclear organization of the flamenco locus using the 4c technology. I saw that the flamenco locus interacts physically with strongly transcribed genomic region in cis. In trans, the flamenco interacts with other peri-centromeric genomic regions and with two other piRNA cluster. This particularly three-dimensional positioning could be the reflect of a functional organization.In the main, this work allows to better understand the expression and the mode ofaction of the flamenco locus and paves the way for new promising research.

La spermatogenèse est le processus par lequel les cellules germinales se différencient pour former les spermatozoides. Elle se déroule à l’intérieur des tubes séminifères. Pendant la période embryonnaire, les précurseurs des cellules germinales adultes constituent un pool de cellules appelées cellules germinales primordiales (Primordial Germ Cells, PGCs), qui vont migrer pour aller coloniser les gonades (Durcova-Hills and Capel, 2008; Surani et al., 2008). Au cours de leur migration, les PGCs vont subir une reprogrammation épigénétique de l’ensemble de leur génome, qui leur sera nécessaire pour passer de l’état somatique à l’état de totipotence (Ohinata et al., 2005). Durant cette reprogrammation, l’ADN est massivement démethylé, entrainant l’activation de plusieurs gènes qui sont importants pour le développement des PGCs, mais également l’activation des éléments transposables (ETs) (Hajkova et al., 2008; Sasaki and Matsui, 2008; Surani and Hajkova, 2010). Ces derniers constituent environ 50% du génome des mammifères. Ils sont subdivisés en deux classes et sont connus par leur capacité à être mobilisés dans le génome (Zamudio and Bourc'his, 2010). Cette mobilisation se fait au hasard et constitue ainsi un risque considérable de mutations, qui peuvent provoquer des tumeurs, des pathologies de développement et une infertilité (Zamudio and Bourc'his, 2010). Pour cela, leur expression doit être contrôlée pour maintenir l’intégrité du génome de la lignée germinale. Pour toutes ces raisons, les PGCs ainsi que les cellules germinales en cours de méiose ont développé des stratégies de défenses pour contrôler la mobilisation et l’expression des ETs basées entre autre sur la voie des piwi-interacting RNA (piRNA) (Chuma and Pillai, 2009; Pillai and Chuma, 2012b). Dans le laboratoire du Pr. Stéphane Viville, mes travaux de thèse se sont concentrés sur l’étude d’un gène nommé Tex19 pour Testis Expressed gene chez la souris. Nous avons démontré que ce gène est spécifique des mammifères et est dupliqué chez le rat et la souris en deux paralogues nommés Tex19.1 et Tex19.2. Deux domaines hautement conservés ont été identifiés par alignement multiple des protéines TEX19 et nommés MCP et VPTEL. Ces domaines ne présentent aucune homologie avec des domaines déjà caractérisés, prévenant ainsi toute prédiction de leurs fonctions (Kuntz et al., 2008). L’étude du profil d’expression de Tex19.1 et Tex19.2 a montré que ces deux gènes sont exprimés dans l’ectoderme et les PGCs. Ils sont aussi co-exprimés dans le testicule de l’âge embryonnaire à l’âge adulte. Néanmoins, seul Tex19.1 est exprimé dans les ovaires et le précurseur du placenta appelé cône ectoplacentaire (Celebi et al., 2012). Le knockout (KO) de Tex19.1 provoque une infertilité masculine chez la souris avec un arrêt de la spermatogenèse au stade pachytène, accompagnée d’une surexpression d’un rétrotransposon, MMERVK10C (Ollinger et al., 2008). Récemment, il a été démontré que Tex19.1 joue aussi un rôle dans le développement du placenta (Reichmann et al., 2013). Au cours de mes trois années de thèse, nous avons approfondie l’étude du KO de Tex19.1dans le testicule, les cellules embryonnaires souches (Embryonic Stem Cells, ESCs) et le placenta (Tarabay et al., 2013). Nous avons également étudié le phénotype observé suite au double KO de Tex19.1 et Tex19.2. [...] / We recently characterized two new mammalian specific genes, Tex19.1 and its paralog Tex19.2. Both genes are expressed in pachytene spermatocytes in adult testes. In addition, Tex19.1 is expressed in pluripotent cells (ES, EG, iPS and PGC cells), the inner cell mass of the blastocysts and the placenta. In order to decipher Tex19 functions, we generate three types of knockout (KO): i) KO of Tex19.1 ii) KO of Tex19.2 iii) double KO (DKO) of both genes. All Tex19.1-/- KO animals are growth-retarded and half of them die just after birth. This phenotype is probably linked to placenta defects. Surviving adults Tex19.1-/- KO males display a variable spermatogenesis phenotype, associated with an up-regulation of one endogenous retrovirus, MMERVK10C. Tex19.2 KO mice exhibit a subtle phenotype. Few seminiferous epitheliums are degenerated while the rest appear normal. DKO show a fully penetrant phenotype similar to the most severe Tex19.1-/- phenotype. DKO males exhibit small testes. Despite the presence of spermatogonia and spermatocytes, spermatogenesis is blocked at the pachytene stage. By RNA deep-sequencing on 10 days old DKO and WT testes, prior to histological phenotype, 114 genes are significantly up-regulated and 320 genes significantly down-regulated in the DKO compared to the WT. Gene ontology analyses show that among of these genes, two essential pathways are altered: meiosis and the piRNA pathway. Consistent with that, GST-pulldown and immunoprecipitation experiments demonstrate that MIWI, MILI, MAEL and MVH are partners of TEX19. Considering PIWI proteins function in the silencing of transposable elements through the piRNA pathway, we checked if TEX19 paralogs bind piRNA. By immunoprecipitation using WT and KO testes, we show that both TEX19.1 and TEX19.2 bind small RNA of 30 nucleotides through their VPTEL domain. This study highlights the pivot role of Tex19 paralogs in three essential functions of mammalian life cycle, i.e. pluripotency, placenta-supported in utero growth and fertility. The functional similarities of both paralogs, through the expression control of one endogenous retrovirus and the binding of piRNAs, lead us to propose that Tex19 paralogs are new members of the piRNA pathway.

Les TAS (Telomeric Associated Sequences) sont des régions sub-télomériques répétées non codantes formant un locus hétérochromatique chez Drosophila melanogaster. Il existe deux grandes familles de TAS, les TAS-R et les TAS-L possédant une structure et des propriétés différentes. Durant cette thèse, j'ai montré que les TAS dériveraient d'une séquence commune appelée TLL rapprochant ainsi les TAS-R et les TAS-L. Par ailleurs, une étude des populations de drosophiles récoltées récemment dans la nature a permis de montrer qu'il existe une pression de sélection pour la présence du TAS-X dans ces souches alors que celui peut être perdu quand les drosophiles sont maintenues dans les laboratoires pendant plusieurs générations. Le TAS-X pourrait avoir un rôle différent dans la nature. Par ailleurs, j'ai montré que les locus TAS permettent l'établissement de la répression des séquences qui s'y insèrent par la transmission de ses propriétés épigénétiques. Ce type de mécanisme pourrait être généralisé aux autres locus producteurs de piRNA du génome qui assurerait ainsi la répression d'un nouvel élément qui arriverait dans une " trappe génomique ". / TAS (Telomeric Associated Sequences) are heterochromatic subtelomeric region made of non coding repeated sequences in Drosophila melanogaster. There are two TAS families : TAS-R and TAS-L, with different structures and properties. In this study, we are showing that the TAS could have derived from a common sequence called TLL suggesting that TAS-R and TAS-L are more related than previously thought. Moreover, analysis of drosophila populations recently collected from the wild have shown that there is selection pressure for the presence of TAS-X in those lines, while this locus can be lost when flies are maintened in laboratory conditions for several generations. Thus TAS-X could have a special role in the wild. I have also shown that TAS loci transfer their epigenetic properties to the sequences that land in their loci, thereby establishing their repression. This kind of mechanism could be generalized to the other genomic piRNA producing loci that would ensure the repression of a novel element landing in a « genomic trap ».

Les éléments transposables (ET) sont des séquences d’ADN capables de catalyser son propre mouvement et d’entrer dans de nouvelles régions du génome. Dans la présente étude, nous avons étudié Helena, un élément LINE qui est à différents stades de son cycle évolutif et donc, il est un bon modèle pour l’étude de la dynamique évolutive des TE. À travers une analyse de bio-informatique dans les douze génomes séquencés de la drosophile nous avons étudié l’évolution de Helena, et nous proposons un scénario possible pour l’évolution de cet élément. Helena est à différents stades de son cycle de vie, allant d’un état complet (D. simulans et D. mojavensis) à très dégradé (D. yakuba, D.erecta, D. ananassae et D. virilis) ou absent (D. pseudoobscura, D. persimilis, D. grimshawi et d. willistoni). L’analyse phylogénétique a montré que Helena était présent chez l’ancêtre commun du genre Drosophila et a été transmis verticalement dans des lignées dérivées. De plus, nous avons détectées des copies intactes uniquement chez D. mojavensis et nous avons étudié plus en détail sa région 5’ (extrémité). Nous avons utilisé un gène rapporteur et confirmé la présence du promoteur interne pour Pol II qui est associé à des modifications épigénétiques de l’histone : hétérochromatine permissive (H3K4me2) et répressive (H3K27me3). Ces « marques bivalents » indiquent que Helena peuvent être exprimés en réponse à un stimulus spécifique. Une étude de l’élément BS, un TE étroitement liée à Helena, a montré que la dynamique évolutive des deux ETs sont très similaires. Les résultats montrent que CET élément, comme Helena, se trouve à différents stades de son cycle évolutif / The transposable elements (TEs) are DNA sequences capable of catalyze its own movement and to enter into new regions of the genome. In the present study we studied Helena, a LINE element that is at different stages of its evolutionary cycle and therefore, it is a good model for studies of TEs evolutionary dynamics. Through bioinformatics analysis of 12 Drosophila species which have their genomes sequenced, we found Helena in different stages of its evolutionary cycle, that varies of at least one full active copy (D. mojavensis) an putatively complete copy, but inactive (D. simulans) to highly degenerate (D. yakuba, D. erecta, D. ananassae and D. virilis) or absent (D. pseudoobscura, D. persimilis, D. willistoni and D. grimshawi) sequences. Phylogenetic analysis showed that Helena was present in the common ancestor of the Drosophila genus and has been vertically transmitted in derived lineages, but lost on some of them. Since a complete highly active copy was observed only in D. mojavensis, we studied in more detail its 5' end region. We used a reporter gene and verified the presence of internal promoter for Pol II that is associated with epigenetic histone modifications for permissive (H3K4me2) and repressive heterochromatin (H3K27me3). These “bivalent marks” indicate that Helena can be expressed in response to specific stimulus. A study of BS element, a TE closely related to Helena, showed that the evolutionary dynamics of both TEs are very similar. Bioinformatics analysis of the 12 Drosophila genomes revealed that BS is also widely variable in the species analyzed regarding to distribution, abundance, degree of degradation and also about their evolutionary cycle

Les éléments transposables (ET) sont des constituants majeurs des génomes eucaryotes. Leur mobilisation joue un rôle important dans l'évolution et l'adaptation des organismes. Cependant, la transposition des ET peut conduire à des dommages irréversibles du génome et elle doit donc être étroitement contrôlé. Chez Drosophila melanogaster, la transposition des ET est contrôlée par les siRNA (small interfering RNAs) et les piRNA (Piwi-interacting RNAs) qui agissent en réprimant des cibles ARN de séquences complémentaires. Les siRNA et piRNA ont des modes distincts de biogenèse, de reconnaissance de cibles et d'activité repressive. Les piRNAs sont seulement présents en abondance dans les gonades, et transmis maternellement aux embryons. Par une approche de séquençage à haut débit, j'ai pu montrer que bien qu'ils induisent une répression transcriptionnelle des ET à ce stade du développement, ils sont pratiquement absents des têtes de drosophiles adultes. Cet état est cependant hérité et il est suffisant pour limiter l'expression des ET dans l'adulte, même en l'absence de siRNA. A l'inverse, si la répression transcriptionnelle précoce n'est pas établie, les siRNA agissent comme un système de sauvegarde en limitant l'expression des ET. En cas de perte conjointe des piRNA et siRNA, l'expression des ET augmente significativement et la durée de vie des mouches adultes se trouve réduite. Les analyses de sequences à grande échelle m'ont par ailleurs conduit à développer des outils logiciels intégrés dans Galaxy et à m'impliquer significativement dans la communauté qui développe ce système au niveau international. / Transposable elements are major components of eukaryotic genomes and have been proposed as important drivers of gene network evolution, as they can move or “transpose” in their host genome, creating gene duplications, gene inactivations or altogether altering gene function. Nevertheless, uncontrolled high-rate transposition leads to DNA damage and genomic instabilities, and therefore needs to be kept at a low level. In the fruitfly Drosophila melanogaster, transposition is counteracted by multiple mechanisms, amongst which the generation of small interfering RNAs (siRNAs) and Piwi-interacting RNAs (piRNAs). siRNAs and piRNAs belong to the category of small RNAs, and these are involved in negative regulation of complementary target RNAs abundance, but siRNAs and piRNAs have distinct mechanisms of biogenesis, target recognition and mechanisms of target regulation. Notably, piRNAs are only abundant in gonads and are transmitted to the embryo. By sequencing small RNAs and normal transcripts in adult heads, I conclude that, while piRNAs are likely absent in adult heads, they induce a repressive state on TEs. If this repressive state is lost, the siRNA pathway can compensate and limit Transposable element levels. If siRNAs are lost, the repressive state induced by piRNAs suffices to limit Transposable element levels. If both piRNAs and siRNAs are lost, the expression level of Transposable elements increases, and flies have a shorter life span. The requirement to analyse large-scale sequencing data led to the development of multiple tools for the reproducible research platform Galaxy.

L’igname (Dioscorea spp) est un aliment de base de plus de 100 millions de personnes en Afrique. L’objectif de cette thèse était d'étudier la diversité génomique de l'igname, comprendre les bases génétiques de sa domestication, et d'étudier son adaptation à différentes zones climatiques. L’étude du processus de domestication de l’igname a été menée par une approche de génomique comparée entre l’espèce cultivée D. rotundata et deux espèces sauvages apparentées D. praehensilis et D. abyssinica, en utilisant des données de séquençage NGS génomique. Nous avons mis en évidence des sélections fortes de gènes de la voie de biosynthèse de l’amidon. Des gènes impliqués dans la morphologie des tubercules ou l’aptitude au phototropisme, ainsi que des gènes du complexe NADH deshydrogenase ont également été identifiés comme sélectionnés durant la domestication. Ce même complexe NADH-DH a également été identifié lors de la recherche de gènes associés à la distribution d’une collection d’ignames selon la variabilité climatique. Nous avons aussi créé la première banque de novo d’éléments transposables (ET) de l’igname. L’étude que nous avons menée sur les éléments répétés (ER) du génome de l’igname nous a permis d’identifier une forte corrélation entre la variabilité des abondances relatives d’un grand nombre d’ERs et la variabilité climatique. Enfin, nous avons pu proposer une hypothèse quant à l’origine de l’igname cultivée D. rotundata. La domestication de l'igname dériverait de l'espèce inféodée au milieu forestier, D. praehensilis. Ces résultats remettent en cause l’hypothèse d’une origine stricte en zone de savane pour les espèces cultivées et l’agriculture en Afrique de l'Ouest. / Yam (Dioscorea spp) is a major staple for more than 100 million people in Africa. The main objectives of the present PhD project were to study yam genomic diversity, its domestication, and to characterize the genomic determinism of its adaptation to different climatic zones. We investigated the genetic basis of yam domestication in a comparative genomic approach between the cultivated species D. rotundata and two wild close relatives D. praehensilis and D. abyssinica, by exploiting NGS sequencing data. We demonstrated that genes from the starch biosynthesis were selected during yam domestication. Genes related to tuber morphology or phototropism ability, as well as genes of the NADH dehydrogenase complex were also under selection. The same NADH-DH complex was also identified when assessing adaptation to climate variability. We also created the first de novo database of yam transposable elements (TEs). The study we performed on these repeat elements (REs) highlighted a strong correlation between the variability in relative abundances of numerous REs and climatic variability. Finally, we were able to propose an hypothesis on the origin of the cultivated yam D. rotundata. Our hypothesis identifies the origin of yam in the forest areas, with the species D. praehensilis as the putative progenitor. Our results question the generally admitted hypothesis of savannah origins for crops and agriculture in Africa.