GATA4 est un facteur de transcription essentiel pour le développement et la fonction de plusieurs tissus, incluant les gonades. GATA4 est exprimé sous forme de deux transcrits majeurs présentant des premiers exons distincts non codants, soient l’exon 1a et l’exon 1b. J’ai proposé que l’utilisation de différents promoteurs soit un mécanisme important dans la régulation spatiotemporelle de l’expression de GATA4. Des expériences d’hybridation in situ ont révélé que les transcrits Gata4 1a et 1b sont bien présents au niveau des cellules somatiques du testicule et de l’ovaire au cours du développement. Les résultats in vitro nous ont suggéré que le promoteur 1b est régulé positivement par GATA4. Toutefois, les résultats in vivo ont révélé que le promoteur Gata4 1b est assujetti à une autorégulation négative. Les expériences de co-transfection ont démontré que GATA4 régule sa propre expression en réprimant l’activité transcriptionnelle du promoteur Gata4 1b en interagissant avec FOG2.

L'objectif principal du projet de recherche dont fait l'objet ce mémoire était d'étudier les effets du polymorphisme P73T de la neuromédine-B sur les habitudes et comportements alimentaires. Des femmes pré-ménopausées (N=153) ont été recrutées afin de trouver des homozygotes pour ce variant (N=7) et de les pairer avec des homozygotes sauvages. Notre hypothèse principale était que les sujets T73T ajusteraient moins adéquatement leur apport calorique suivant différentes pré-charges caloriques que les sujets P73P. Nous n'avons pas observé d'effet du polymorphisme sur l'indice de masse corporelle ni les comportements alimentaires. De plus, la compensation calorique des deux groupes n' était pas différente, peut-être en raison du faible nombre de sujets sur lesquels l'étude est basée. D'un autre côté, les sujets T73T avaient des apports habituels en énergie et en glucides (g) plus faibles que les sujets P73P. L'association avec l'apport en glucides disparaissait lorsqu'exprimé en pourcentage de l'apport calorique. Ces résultats suggèrent que le polymorphisme P73T de la neuromédine-β module l'apport calorique sans induire de préférence pour les macronutriments

L’épidermolyse bulleuse simplex (EBS) fait partie d’un regroupement de maladies héréditaires dont le tissu cible est la peau. Cette maladie dermatologique est causée par une mutation dans les gènes KRT5 ou KRT14, laquelle entraîne un problème au niveau de la formation des filaments intermédiaires de la kératine qui composent la peau. Un mésappariement au niveau des kératines 5 et 14 est responsable de l’apparition des symptômes de la maladie incluant la formation de cloques suite au trauma mécanique que subit la peau. Ces cloques entraînent d’importantes douleurs chez le patient, et de l’inflammation et de l’irritation. Actuellement, aucun traitement curatif n’est disponible pour soulager les patients atteints de la maladie. Depuis quelques années, les chercheurs utilisent des technologies pour modifier directement l’ADN des patients afin de réparer la mutation responsable de l’apparition des symptômes. Des technologies d’édition du génome telles que CRISPR/Cas9 constituent donc une avenue prometteuse pour le traitement de maladies héréditaires monogéniques comme l’EBS. Cette technologie permet de cibler un endroit précis dans le génome par la combinaison d’un ARN guide simple brin et d’une protéine Cas9. La réparation de l’ADN se fait par l’induction d’une coupure double brin de l’ADN par la protéine Cas9 et sa réparation par un fragment d’ADN donneur double ou simple brin. Ce projet a pour objectif principal de corriger les mutations causant l’EBS chez deux patients possédant des mutations hétérozygotes. Plus spécifiquement, ce projet de maîtrise a pour objectif d’optimiser la méthode permettant l’utilisation de CRISPR/Cas9 dans un contexte d’EBS. La technologie CRISPR/Cas9 a été utilisée sur des cellules HEK293T, permettant de démontrer que la Cas9 est en mesure d’induire une coupure double brin de l’ADN au site ciblé dans l’ADN. Ensuite, il a été démontré que la coupure de la Cas9 jumelée à l’utilisation d’un ADN double ou simple brin permet de réparer la coupure en réalisant de la recombinaison homologue. Le séquençage a permis de confirmer ces résultats. À ce jour, les résultats dans les cellules HEK293T se sont montrés concluants et ont permis d’initier les travaux dans les fibroblastes de patients.

Une étude précédente visant à mieux comprendre le rôle et le contexte cellulaire dans lequel la ribonucléase Dicer (Dcrl) évolue nous a permis d'identifier des protéines pouvant être régulées par un mécanisme post-transcriptionnel impliquant Dcrl et la voie de l'interférence à l'ARN (iARN) chez Schizosaccharomyces pombe. Parmi ces protéines se trouvaient trois enzymes impliquées dans la voie de la glycolyse. Nous avons tenté de caractériser le mécanisme et l'implication fonctionnelle de leur régulation en effectuant des expériences de FACS combinées à l'utilisation d'un système de gène rapporteur basé sur la « Green fluorescent protein » et en effectuant des tests de croissance, respectivement. La régulation de la voie de la glycolyse ne semble pas nécessaire à la croissance des levures, ce qui suggère la présence de mécanismes compensatoires. L'étude précédente nous avait également permis d'identifier la protéine ribosomale L12 comme interacteur potentiel de Dcrl pouvant être impliqué dans sa régulation. Nous avons tenté de comprendre le rôle de L12 dans cette régulation en confirmant son interaction avec Dcrl et en caractérisant l'aspect fonctionnel de cette interaction en produisant des lignées délétionnelles de L12. La localisation intracellulaire de la protéine L12 nous permet de croire qu'elle pourrait amener Dcrl dans des structures spécifiques du cytosol, où elle pourrait jouer un rôle dans la régulation génique post-transcriptionnelle. Ce rôle demande toutefois à être confirmé.

Le cancer épithélial de l’ovaire (CEO) est la forme de cancer gynécologique la plus létale. Ainsi, la compréhension des changements moléculaires associés à ce cancer métastatique ovarien peut mener à l’identification de nouvelles cibles thérapeutiques essentielles. La glycosylation, une modification post-traductionnelle, joue un rôle important dans de nombreuses fonctions cellulaires. Cette glycosylation participe à des événements physiopathologiques majeurs durant la progression tumorale. De plus, il a été prouvé que l’expression aberrante des structures glycanes interfère avec des mécanismes cellulaires comme l’adhésion, la migration et la prolifération des cellules. Dans ce contexte, notre laboratoire a récemment montré que le gène codant pour la protéine N-acétylgalactosaminyltransférase 3 (GALNT3), membre de la famille des GalNAcTransférases (GalNAc-Ts), est hypométhylé et que la protéine GALNT3 est plus fortement exprimée dans les tumeurs CEO dont la sévérité est de grade élevé (“high-grade (HG) serous”), en comparaison avec des tumeurs à potentiel malin faible (“low malignant potential (LMP) ”) et des tissus ovariens normaux. Ces observations indiquent un fort potentiel oncogénique pour le gène GALNT3 dans les stades avancés du CEO. Ces premières constatations suggèrent également que la surexpression de GALNT3 peut jouer un rôle important dans la tumorigenèse du CEO en augmentant sa dissémination via une O-glycosylation de type mucine aberrante. Ces glycosylations anormales peuvent donc être impliquées dans la carcinogenèse ovarienne et nécessitent une étude approfondie. Dans ce projet de recherche, nous proposons d’approfondir les observations déjà obtenues in vitro en utilisant un modèle in vivo chez la souris, afin d’élucider le rôle fonctionnel de la GALNT3 et d’autres membres de cette famille dans la progression du CEO. A partir d’une étude de glycoprotéomique indépendante de la masse, qui a permis d’identifier des glycopeptides intacts ou métaboliquement marqués, ce projet de recherche a rendu possible la définition précise du rôle de GALNT3 dans la O-glycosylation des cibles de type mucine au sein des cellules CEO. Ainsi, via une recherche ciblée dans la base de données « SwissProt » du protéome humain, nous avons trouvé plusieurs centaines de glycoprotéines et glycopeptides uniques, différemment exprimés dans les clones cellulaires dépourvus en iv GALNT3 KD. Par la suite, nous avons identifié les gènes codant pour ces glycoprotéines et glycopeptides. Nous avons notamment trouvé, parmi la liste, un groupe de gènes impliqués dans le métabolisme cellulaire dont les modifications post-traductionnelles sont, de manière intéressante, principalement supprimées dans les clones GALNT3 KD. De plus, nous nous sommes intéressés aux autres membres de la famille des GalNAc-Ts dans le CEO et nous avons montré que de multiples membres et pas uniquement GALNT3 peuvent jouer un rôle important dans la dissémination et la progression du CEO. De plus, une découverte très intéressante fut la redondance possible des rôles joués par certains membres de la famille des GalNAc-Ts dans le CEO. Ainsi, nous avons identifié GALNT6 qui serait, à l’image de GALNT3, impliquée dans la dissémination et la progression du CEO. Cette implication du GALNT6 est supportée par le fait que cette protéine a les mêmes fonctions que GALNT3, suggérant un effet compensatoire de GALNT6 en absence de GALNT3. Pour tester cette hypothèse, nous avons abolie l’expression des deux protéines GALNT3 et GALNT6, in vivo, et nous avons observé une effet significatif sur la formation des tumeurs et la survie des animaux. Pour la suite de ce projet, nous proposons d’analyser la structure glycane des différentes glycoprotéines identifiées dans les cellules cancéreuses, afin de déterminer les altérations des modifications O-glycanes suite à la perte d’expression de GALNT3 et d’autres membres de la famille des GalNAc-Ts. En conclusion, notre étude contribue à comprendre la participation du glycoprotéome dans la tumorigenèse du CEO et à identifier d’autres cibles de type mucine ou des O-glycoprotéines dont l’expression aberrante serait modulée dans le CEO. Ainsi, pris dans son ensemble, ce projet de recherche montre la possibilité de discriminer entre des cellules cancéreuses et des cellules contrôles via les glycosylations de leurs protéines et permet d’entrevoir la glycobiologie comme une voie prometteuse pour l’identifier de nouveaux biomarqueurs pour le diagnostic du CEO. / Epithelial ovarian cancer (EOC) is the most lethal gynecologic malignancy, thus understanding the molecular changes associated with ovarian cancer metastasis could lead to the identification of essential therapeutic targets. Glycosylation is a post-translational modification (PTM) of proteins playing a major role in various cell properties. Glycosylation participates in major pathophysiology events during tumor progressions, and the aberrant expression of glycan structures was shown to interfere with cell properties such as cell adhesion, migration, and proliferation. The lab has previously identified the polypeptide N-acetylgalactosaminyltransferase 3 (GALNT3) gene, a member of the GalNAc-Transferases (GalNAc-Ts) gene family, as hypomethylated and overexpressed in high-grade (HG) serous EOC tumors, compared to low malignant potential (LMP) EOC tumors and normal ovarian tissues. Taken together, the data obtained were indicative of a strong oncogenic potential of the GALNT3 gene in advanced EOC and suggest that GALNT3 overexpression might contribute to EOC dissemination through aberrant mucin O-glycosylation, thus specifying some of the putative mechanisms of abnormal glycosylation implicated in ovarian carcinogenesis, which warrant further investigation. The current research project focused on expanding the in vitro observations obtained by using animal models to investigate in vivo the functional significance of GALNT3 and other close members of the GalNAc-Ts gene family in serous EOC progression. Moreover, by applying a mass-independent chemical glycoproteomics platform to characterize intact, metabolically labeled glycopeptides, this project more profoundly characterized the role of GALNT3 in aberrant O-glycosylation of mucin-like targets in EOC cells. Isotopically recorded ions were searched against the Swiss-Prot human proteome; and data obtained were indicative of hundreds of unique glycoproteins and glycopeptides that were differentially expressed upon GALNT3 KD. Related gene groups were identified, and interestingly, genes implicated in mechanisms of cellular metabolic functions, and PTMs were found to be predominantly suppressed in GALNT3 KD clones. In accordance, we also investigated the role of other members of the GalNAc-T family in EOC and we showed that multiple members and not only GALNT3 can play an important role in EOC cancer dissemination and progression. One very interesting finding was the redundant role some members of the GalNAc-T family members play in EOC. We investigated the compensatory functions of GALNT3 and GALNT6, and we were able to demonstrate these two genes can impose that synthetic backup. Furthermore, we found that and their ablation can affect animal survival and tumor formation as observed both in vivo and in vitro. In continuation of this work, this project will focus on analyzing the glycan structures of those differentially expressed glycoproteins, to further examine the specific O-glycans alterations associated with the GALNT3 and other members of the GalNAc-Ts upon gene knockout (KO). Fully elaborated glycopeptides can reveal structural details of the glycoproteome, thus our results could give important information on the glycome in EOC cells, and the identification of other O-glycoproteins/mucin-like targets whose aberrant expression may be modulated by these in EOC. Taken together, the ability to mark differences in the glycosylation of proteins between cancer cells and control cells can emphasize glycobiology as a promising field for potential biomarker identification.

Les maladies complexes sont des maladies multifactorielles dans lesquelles plusieurs gènes et facteurs environnementaux peuvent intervenir et interagir. De nombreuses études ont identifié des locus (gènes ou régions chromosomiques), avec ou sans effets marginaux, qui interagissent pour contribuer au risque de la maladie. Pour les études d'association par polymorphismes, plusieurs méthodes ont été développées récemment pour évaluer l'interaction gène-gène. Cependant, les études d'association par haplotypes donnent parfois une meilleure puissance pour détecter l'association. Mais, la majorité de ces dernières ne permet pas d'évaluer les interactions entre les haplotypes de deux gènes et celles qui le permettent présentent des restrictions, comme l'utilisation du phénotype de la maladie en dichotomique (présence ou absence de la maladie) ou encore n'ajustent pas pour les facteurs environnementaux. Cette thèse traite cette problématique en deux volets : méthodologique et appliqué. Au niveau méthodologique, cette thèse rapporte une nouvelle méthode statistique pour effectuer l'analyse simultanée et l'analyse conditionnelle de deux régions indépendantes (gènes ou régions chromosomiques) dans les études d'associations par haplotypes des maladies complexes. Une étude de simulation a été effectuée pour confirmer sa validité. En présence d'un effet d'interaction entre les haplotypes de deux gènes avec ou sans effets marginaux, les résultats de l'étude de simulation ont montré que notre modèle d'analyse conditionnelle a plus de puissance pour détecter l'association et donne une estimation plus précise des effets comparativement aux méthodes alternatives disponibles actuellement. Au niveau appliqué, l'approche de la cartographie fine dans un premier échantillon de Québec avec une réplication dans un échantillon indépendant de Toronto a été mise à profit pour raffiner l'étude de deux gènes candidats de l'ostéoporose : ESRRG (estrogen receptor-related gamma) et ESRRA (estrogen receptor-related alpha). Pour ESRRG, cette approche combinée aux deux méthodes d'analyse, par polymorphismes ou par haplotypes, confirma son implication dans l'étiologie de la maladie chez les femmes d'origine européenne, tandis que pour ESRRA, elle a constitué une investigation approfondie révélant une association dans un premier échantillon de femmes préménopausées de Québec, mais sans réplication dans un deuxième échantillon indépendant de femmes préménopausées de Toronto. Puisque les deux gènes étudiés appartiennent au même sentier métabolique, l'effet conditionnel de ESRRA sachant ESRRG a été évalué par notre méthode. Cette analyse a révélé une association dans un premier échantillon, mais, encore une fois, sans réplication dans le deuxième échantillon. Ces résultats suggèrent que le premier gène est un gène de susceptibilité de l'ostéoporose. Toutefois, notre étude n'était pas concluante en ce qui concerne l'effet du deuxième gène ainsi que son effet conditionnel sachant l'effet du premier. Ainsi, une réplication dans un échantillon indépendant, de même taille ou plus grande que celle de l'échantillon de Québec, s'avère nécessaire pour confirmer ou infirmer les résultats observés chez les femmes provenant de la région métropolitaine de Québec.

Titre de l'écran-titre (visionné le 26 mars 2024) / La biogenèse des ribosomes est un processus cellulaire important qui se produise dans le nucléole et qui nécessite la participation des trois ARN polymérases nucléaires. L'étape initiale et limitante de ce processus est la transcription de l'ARN ribosomal précurseur (pré-ARNr/47S) contenant les ARN 28S, 18S et 5,8S par l'ARN polymérase I (RPI, également connue sous le nom de Pol1 et POLR1). RPI dispose d'un ensemble dédié de facteurs basaux responsables pour son action : le facteur architectural UBF ou UBTF, le facteur SL1, le facteur d'initiation RRN3 et le facteur de terminaison TTF1. La synthèse de l'ARN ribosomal est étroitement régulée et représente 40 % de la transcription totale des gènes. Le déséquilibre de la synthèse de l'ARN ribosomal a été observé dans de nombreuses maladies comme le cancer. Par conséquent, ce processus est lié à la croissance, la transformation, la prolifération cellulaire et aux actions des suppresseurs de tumeurs et des oncogènes. Par conséquent, l'étude de la régulation transcriptionnelle des ARN ribosomiques revêt une importance cruciale dans la compréhension et le traitement ultérieur de ces maladies. Le génome haploïde humain et murin contient environ 200 copies des gènes de l'ARN ribosomal, l'ADN ribosomal (ADNr). Ces copies d'ADN ribosomique sont disposées en répétitions sur les bras courts des chromosomes acrocentriques. Il est intéressant de noter que seule une fraction des copies d'ADNr est active et qu'un nombre important est épigénétiquement silencieux et hétérochromatique. Cependant, les mécanismes à l'origine de la reconnaissance et de l'inactivation du promoteur de gène de l'ARN ribosomal ne sont pas encore bien compris. Cette thèse propose un modèle d'ajustement induit pour la reconnaissance du promoteur de l'ARN polymérase I et présente les rôles du facteur de terminaison de la transcription I dans la régulation du gène ribosomal. Nous montrons que la coopération entre SL1 et le variant d'épissage UBTF1 génère la spécificité requise pour la reconnaissance du promoteur de l'ADNr dans la cellule. Nous constatons que la suppression conditionnelle de la sous-unité Taf1b de SL1 provoque une déplétion de l'UBTF au niveau des deux promoteurs de l'ADNr, mais pas ailleurs dans l'ADNr. Nous constatons également que même si les variants UBTF1 et -2 se lient dans toute la région exempte de nucléosomes de l'ADNr, seul UBTF1 est présent avec SL1 au niveau des promoteurs. Ainsi, les données suggèrent fortement un modèle d'ajustement induit de reconnaissance du promoteur RPI dans lequel UBTF1 joue un rôle architectural. Parmi les promoteurs ribosomiques, on note la présence du promoteur spacer situé 2 kb en amont du promoteur principal du gène où se lie TTF1. Nous avons montré que cette liaison est importante pour empêcher l'ARN polymérase I de transcrire la région dites « enhancer repeats » interférant ainsi avec l'assemblage du complexe de pré-initiation au niveau du promoteur principal du gène ribosomique via un mécanisme d'occlusion du promoteur induit par un long ARN non codant, inhibant ainsi la transcription de l'ADN ribosomique et cela se produit en réponse à l'activité du suppresseur de tumeur ARF. Le même scénario est observé lors de la différenciation des cellules souches embryonnaires en cellules neuronales où nous avons montré que KLF4 régule la transcription de RPI via la régulation de ses facteurs associés TTF1 et RRN3. En prenant toutes les données ensemble, nous suggérons deux nouveaux mécanismes qui régulent le gène ribosomal : le modèle d'ajustement induit pour la reconnaissance du promoteur RPI et le mécanisme d'occlusion du promoteur induit par un long ARN non codant suite à l'activation du suppresseur de tumeur ARF dans la cellule. / Ribosome biogenesis is an important cellular process occurring in the nucleolus that requires the transcription by all three nuclear RNA polymerases. The initial and rate-limiting step of this process is the transcription of the precursor ribosomal RNA (pre-rRNA/47S) containing the catalytic RNAs 28S, 18S and 5.8S by RNA polymerase I (RPI, also known as Pol1 and POLR1). RPI has a dedicated set of basal factors responsible for its action: the architectural factor UBF or UBTF, the TBP containing factor SL1, the initiation factor RRN3, and the termination factor TTF1. Ribosomal RNA synthesis is tightly regulated and accounts for 40% of total gene transcription. The imbalance of ribosomal RNA synthesis has been observed in many diseases such as cancer. Therefore, this process is linked to cell growth, transformation, proliferation and the actions of tumor suppressors and oncogenes. Consequently, the study of transcriptional regulation of ribosomal RNAs is of crucial importance in the understanding and subsequent treatment of these diseases. The human and mouse haploid genome contain ~200 copies of the ribosomal RNA genes, the ribosomal DNA (rDNA). These ribosomal DNA copies are arranged in tandem repeats on the short arms of acrocentric chromosomes. Interestingly, only a fraction of the rDNA copies is active, and a significant number are epigenetically silenced and heterochromatic. However, the mechanisms behind ribosomal RNA gene promoter recognition and silencing are not yet fully understood. This thesis suggests an induced-fit model for RNA polymerase I promoter recognition and presents the roles played by the transcription termination factor I in regulating the ribosomal gene. We show that cooperation between SL1 and the UBTF1 splice variant generates the specificity required for rDNA promoter recognition. We find that conditional deletion of the Taf1b subunit of SL1 causes a striking depletion of UBTF at both rDNA promoters but not elsewhere across the rDNA. We also find that while both UBTF1 and -2 variants bind throughout the rDNA nucleosome-free region, only UBTF1 is present with SL1 at the promoters. Thus, the data strongly suggest an induced-fit model of RPI promoter recognition in which UBTF1 plays an architectural role. Of the ribosomal promoters, we note the presence of the spacer promoter located 2Kb upstream the main gene promoter where TTF1 binds. We showed that this binding is important to block the RNA polymerase I from transcribing the enhancer repeat region. We further demonstrated that the spacer promoter is the source of a lncRNA that interferes with the assembly of the pre-initiation complex at the main gene promoter via promoter interference or occlusion thereby inhibiting rDNA transcription. The mechanism is proposed to explain the action of the p19ARF tumor suppressor activity in limiting cell growth. The same scenario is observed during ESCs to NPCs differentiation where we showed that KLF4 determines RPI transcription by regulating the genes encoding TTF1 and RRN3. Our data suggest two novel mechanisms that regulate the ribosomal genes: the RPI promoter recognition induced-fit model and the lncRNA-induced promoter occlusion mechanism driven by ARF displacement of TTF1, and further suggests a role for rDNA regulation in differentiation and loss of pluripotency of embryonic stem cells.

Décrire les bases génétiques de la variation phénotypique est un but important en biologie; c’est aussi nécessaire pour comprendre l’évolution et développer des outils utilisables en amélioration et conservation. L’expression des gènes, mesurée par le niveau de transcrits produits, reflète l’activité des gènes et la variation de cette expression influence les phénotypes moléculaire et physiologiques en aval. Cette thèse présente deux expériences visant à développer une approche complémentaire aux méthodes traditionnelles souvent inapplicables chez les conifères afin d'étudier les bases génétiques de la variation d’expression génique chez l’épinette blanche (Picea glauca, Moench. Voss). Analyses des tissus haploïde et diploïde de semences à l’aide de biopuces d'expression et de RNA-seq ont permis de décrire la variation d’expression selon la complexité des bases génétiques, la fonction biologique des gènes impliqués, la liaison génétique entre les effets et les gènes influencés, la spécificité des effets génétiques aux allèles, et l’additivité des effets génétiques chez des individus hétérozygotes. Les effets ayant des bases génétiques relativement simples étaient majoritairement uniques à chaque individu et surreprésentés au sein des gènes impliqués dans la réponse au stress et les gènes dupliqués, suggérant un rôle adaptif. Les effets liés aux variations génétiques situées au sein du gène peuvent être particulièrement importants pour l’adaptation en raison de leur plus grande additivité et spécificité allélique. Une minorité des effets locaux étaient non-spécifiques aux allèles, en accord avec une action de facteurs de régulations indépendants mais étroitement liés au gène ou une auto-régulation de la transcription par le gène lui-même. Une grande partie de la variation d'expression locale montrait des signes de compensation entre des effets spécifiques et non-spécifiques aux allèles, possiblement en raison d'une sélection qui favoriserait un lien étroit entre les effets agissant sur le même gène. Les effets non-liés, non-spécifiques aux allèles, étaient transmis de façon cohérente avec la théorie physiologique de Wright sur la dominance, suggérant qu'ils modulent l'expression en interaction avec d'autres facteurs. L’approche développée dans cette thèse peut potentiellement être appliquée à la large gamme des conifères, avec le possibilité d’étudier le rôle de l'expression dans la divergence entre les populations et les espèces. / Dissecting the genetic bases of phenotypic variation is a major goal in biology and underlies basic understanding of evolution as well as development of practical applications in breeding and conservation. Gene expression (transcript accumulation) reflects gene activity and variation therein translates to variation in other molecular and physiological phenotypes. The goal of my thesis was to establish a novel system for the genetic dissection of expression variation in white spruce (Picea glauca, Moench. Voss) because conventional approaches are mostly unfeasible in conifers. The approach that was used in developing this system is based on analyzing gene expression in the haploid and diploid meiotic seed tissues. Expression analysis using both microarray and RNA-seq techniques revealed a complex and diverse genetic basis for expression variation, which was dissected according to the complexity of genetic bases, focal gene function, effect linkage, effect allele-specificity and additivity of expression variation in heterozygous individuals. Expression variation with simple genetic bases was largely unique to each of two studied individuals and was biased towards genes involved in stress-response and duplicated genes, indicating that it may have adaptive value. Genetic variation in linkage with the expressed gene may be particularly important in adaptive evolution because of their additive effects, associated with their allele-specificity. A minority of local effects was non-specific to alleles, consistent with the action of closely linked but independent regulatory factors or self-regulation of transcription. Much of local expression variation showed evidence of compensation by allele-specific and non-specific effects, suggesting that selection has favored close linkage between certain effets acting on the same gene. Unlinked effects, always non-specific to alleles, exhibited inheritance consistent with Wright’s physiological theory of dominance suggesting that they influence expression in interaction with other partners. Furthermore, widespread dominance/recessivity in expression variation may explain the observation of highly pleiotropic effects influencing key cellular processes and suggests that recessive expression variation may contribute to inbreeding depression. The approach developed in this thesis can potentially be applied to other conifers because of their shared reproductive biology, and can be used to address the role of expression variation in the divergence of populations and species.

Les variations de nombre de copies (VNCs) sont des variations génétiques de grande taille qui ont été détectées parmi les individus de tous les organismes multicellulaires examinés à ce jour. Ces variations ont un impact considérable sur la structure et la fonction des gènes et ont été impliquées dans le contrôle de différents traits phénotypiques. Chez les plantes, les caractéristiques génétiques des VNCs sont encore peu caractérisées et les connaissances concernant les VNCs sont encore plus limitées chez les espèces arborescentes. Les objectifs principaux de cette thèse consistaient i) au développement d’une approche pour la détection de VNCs dans l’espace génique de conifères arborescents appartenant à l’espèce P. glauca, ii) à l’estimation du taux de mutation des VNCs à l’échelle du génome et iii) à l’examen des profils de transmission des VNCs d’une génération à la suivante. Nous avons utilisé des données brutes de génotypage par puces de SNPs qui ont été générées pour 3663 individus appartenant à 55 familles biparentales, et avons examiné plus de 14 000 gènes pour identifier des VNCs. Nos résultats montrent que les VNCs affectent une petite proportion de l’espace génique. Les polymorphismes de nombre de copies observés chez les descendants étaient soit hérités soit générés par des mutations spontanées. Notre analyse montre aussi que les estimés du taux de mutation couvrent au moins trois ordres de grandeur, pouvant atteindre de hauts niveaux et variant pour différents gènes, allèles et classes de VNCs. Le taux de mutation du nombre de copies était aussi corrélé au niveau d’expression des gènes et la relation entre le taux de mutation et l’expression des gènes était mieux expliquée dans le cadre de l’hypothèse de barrière par la dérive génétique. Concernant l’hérédité des VNCs, nos résultats montrent que la plupart de ces derniers (70%) sont transmises en violation des lois mendéliennes de l’hérédité. La majorité des distorsions de transmission favorisaient la transmission d’une copie et contribuaient à la restauration rapide du génotype à deux-copies dans la génération suivante. Les niveaux de distorsion observés variaient considérablement et étaient influencés par des effets parentaux et des effets liés au contexte génétique. Nous avons aussi identifié des situations où la perte d’une copie de gène était favorisée et soumise à différentes formes de pressions sélectives. Cette étude montre que les mutations de novo et les distorsions de transmission de VNCs influencent la diversité génétique présente chez une espèce et jouent un rôle important dans l’adaptation et l’évolution. / Copy number variations (CNVs) are large genetic variations detected among the individuals of every multicellular organism examined so far. These variations have a considerable impact on gene structure and function and have been shown to be involved in the control of several phenotypic traits. In plants, the key genetic features of CNVs are still poorly understood and even less is known about CNVs in trees. The goals of this thesis were to i) develop an approach for the identification of CNVs in the gene space of the conifer tree Picea glauca, ii) estimate the rate of CNV generation genome-wide and iii) examine the transmission patterns of CNVs from one generation to the next. We used SNP-array raw intensity genotyping data for 3663 individuals belonging to 55 full-sib families to scan more than 14 000 genes for CNVs. Our findings show that CNVs affect a small proportion of the gene space and copy number variants detected in the progeny were either inherited or generated through de novo events. Our analyses show that copy number (CN) mutation rate estimates spanned at least three orders of magnitude, could reach high levels and varied for different genes, alleles and CNV classes. CN mutation rate was also correlated with gene expression levels and the relationship between mutation rate and gene expression was best explained within the frame of the drift-barrier hypothesis (DBH). With regard to CNV inheritance, our results show that most CNVs (70%) are transmitted from the parents in violation of Mendelian expectations. The majority of transmission distortions favored the one-copy allele and contributed to the rapid restoration of the two-copy genotype in the next generation. The observed distortion levels varied considerably and were influenced by parental, partner genotype and genetic background effects. We also identified instances where the loss of a gene copy was favored and subject to different types of selection pressures. This study shows that de novo mutations and transmission distortions of CNVs contribute both to the shaping of the standing genetic variation and play an important role in species adaptation and evolution.

Ce travail s’inscrit dans le cadre de la recherche d’allèles de sensibilité ou de résistance au cancer mammaire, un trait génétique complexe, en utilisant le rat comme animal modèle. La première partie a consisté en l’étude génétique d’un nouveau croisement entre une souche de rat sensible au cancer mammaire (SPRD-Cu3) et une souche résistante (WKY), le but étant d’identifier de nouveaux loci associés à la sensibilité au cancer mammaire, différents de ceux déjà détectés par d’autres études. Pour cela nous avons testé trois phénotypes tumoraux distincts (agressivité, multiplicité et latence tumorale). De cette façon, nous avons identifié sept QTL liés génétiquement à l’un ou l’autre de ces phénotypes. Une deuxième partie a consisté en la création et l’étude phénotypique de lignées congéniques SPRD-Cu3.WKY- pour chacun des loci identifiés dans l’analyse génétique. Ceci dans le dessein de confirmer « physiquement » l’existence des QTL prédits par l’analyse statistique et de quantifier l’effet d’un allèle WKY dans chacune de ces régions sur le phénotype de la lignée parentale SPRD. L’existence de trois QTL a ainsi pu être confirmé in vivo. Deux QTL situés sur les chromosomes 5 et 18 sont associés à la multiplicité tumorale et un QTL situé sur le chromosome 9 est associé à la latence tumorale. Dans la partie trois nous avons recherché des candidats dans les régions des QTL identifiés au préalable. Pour cela nous avons étudié les différences d’expression génique entre les deux souches parentales et nous nous sommes intéressés à la localisation chromosomique des gènes exprimés de façon divergente entre SPRD et WKY. Les gènes à la fois différentiellement exprimés et localisés dans l’un des QTL constituent des candidats de choix. Nous avons également évalué la candidature de quelques-uns de ces gènes candidats dont Jun et Pla2g2a. Dans la dernière partie, nous avons porté notre intérêt sur la recherche d’un mécanisme de résistance ou de sensibilité qui serait commun à plusieurs souches de rat. Pour cela nous avons analysé l’expression génique de deux souches résistantes (COP et WKY) et de deux souches sensibles (SPRD et WF), le but étant de déterminer s’il existe un profil d’expression typique des souches résistantes ou sensibles et d’essayer de le relier à un mécanisme biologique spécifique. Aucune signature commune robuste n’a pu être mis en évidence ce qui implique que le phénotype de sensibilité au cancer mammaire est sans doute régi par des mécanismes différents dans des souches différentes. Nous avons par ailleurs pu établir que la souche WKY présente le phénotype BCO et est morphologiquement et fonctionnellement plus différenciée que les trois autres souches.