Le domaine Dlk1-Dio3 est l’un des rares domaines imprimés contrôlés par une région de contrôle d'impression méthylée sur le chromosome paternel, nommée IG-DMR. Dans l’embryon, au niveau du domaine Dlk1, Rtl1 et Dio3 les gènes codant pour des protéines sont exprimés à partir du chromosome paternel, tandis que les ARNs non-codants dont Meg3, les snoRNAs à boite C/D et les micro-ARNs sont exprimés à partir du chromosome maternel.Il a été montré que la copie maternelle de l'IG-DMR est nécessaire pour l'expression des gènes imprimés de ce domaine et que les ARNs de types enhancer (de la même région) activent la transcription des ARNs non-codants. Cependant, les mécanismes qui régulent l'expression imprimée de gènes codant pour des protéines restent indéterminés. Dans ce projet, nous avons cherché à élucider les mécanismes qui contrôlent l'expression spécifiquement paternelle des gènes codant pour des protéines ainsi que le rôle possible des ARNs non-codants dans ce processus.Pour nos études alléliques, nous avons utilisé des cellules ES hybrides qui ont été obtenues en croisant des lignées de M. musculus domesticus et M. musculus molossinus. Ces cellules ont été différenciées in vitro dans des lignées neurales. Dans les cellules ES, l'expression Dlk1 est détectée à partir des deux chromosomes parentaux à des niveaux très bas. Lors de la différenciation, l'allèle paternel de Dlk1 devient actif tandis que le niveau d'expression de l'allèle maternel reste faible. Nos études de la chromatine ont montré que cette surexpression est due à l’activation de la chromatine sur l'allèle paternel de Dlk1.L'un de nos objectifs était d'explorer le rôle de Meg3 (un long ARN non-codant) dans la régulation de l’empreinte de Dlk1. A cet effet, nous avons généré des cellules souches embryonnaires déficientes en Meg3. Dans toutes les lignées déficientes, de suppressions maternelles ou bi-alléliques, nous avons constaté une perte d’expression de tous les ANRs non-codants. De plus, l’expression de Dlk1 devient bi-allélique dans ces cellules. Pour élucider le mécanisme de l'empreinte de ce gène, nous avons décidé d'étudier les caractéristiques de la chromatine au niveau du promoteur Dlk1 dans les cellules déficientes en Meg3. Nous avons examiné les modifications activatrices et répressives des histones ainsi que l'occupation de l'ARN Pol II. Nous avons observé l'acquisition des marques d’une chromatine active sur les deux chromosomes ainsi que le recrutement bi-allélique de l'ARN Pol II.Bien que nous n’ayons pas pu détecter une perte de la marque répressive H3K27me3 suite à la surexpression de Dlk1, nous avons observé un gain d'acétylation sur ce résidu lysine. Afin de comprendre davantage le rôle de la marque H3K27me3 sur l’empreinte de Dlk1, nous avons généré des cellules ES dépourvues de EZH2, la méthyltransférase de H3K27. L’expression de Dlk1 dans les cellules différenciées dépourvues de H3K27me3 est bi-allélique.Enfin, ces données suggèrent que l'expression des ARNs non-codant empêche l'activation de Dlk1 sur le chromosome maternel via l’activité de EZH2 au cours du développement. / The Dlk1-Dio3 imprinted domain is one of the few imprinted domains that are controlled by a paternally methylated imprinting control region, IG-DMR. Protein-coding genes of the domain, Dlk1, Rtl1 and Dio3 are expressed from the paternal chromosome, and non-coding RNAs (ncRNAs) including Meg3, C/D box snoRNAs and microRNAs are expressed from the maternal chromosome exclusively in the embryo. Maternal copy of the IG-DMR is required for the imprinted gene expression at this domain. Enhancer RNAs transcribed from this region are involved in activation of ncRNA expression on the maternal chromosome. However, the regulation of imprinted expression of protein-coding genes remains unknown. In this project, we aimed to elucidate the mechanisms controlling the paternal specific expression of protein-coding genes and a possible role of ncRNAs in this process.For our allelic studies, we made use of hybrid ES cells that were obtained by crossing M. musculus domesticus and M. musculus molossinus strains. These cells were differentiated in vitro into neural lineages. In ES cells, Dlk1 expression is detected from both parental chromosomes at very low levels. Upon differentiation, paternal allele of Dlk1 gets activated while low level of expression is detected from maternal allele. Our chromatin studies showed that this upregulation is through the acquisition of active chromatin on the paternal allele of Dlk1.One of our aims was to explore the role of Meg3 long non-coding RNA (lncRNA) in the regulation of Dlk1 imprinting. For this purpose, we generated ES cells deficient in Meg3. In all maternal or biallelic deletion lines, we observed complete loss of all ncRNA expression. Interestingly, in these cells Dlk1 expression becomes biallelic. To elucidate the mechanism of imprinting of this gene, we set out to study the chromatin features at the Dlk1 promoter in Meg3 deficient cells. We looked into active and repressive histone modifications and RNA Pol II occupancy. We observed acquisition of active chromatin marks on both chromosomes as well as biallelic recruitment of RNA Pol II.Although we could not detect a loss of repressive mark H3K27me3 upon Dlk1 upregulation on the paternal allele, we observed gain of acetylation on this lysine residue. To further investigate the role of H3K27me3 mark on Dlk1 imprinting, we generated ES cells that lack functional EZH2, the H3K27 methyltransferase. Dlk1 is biallelically expressed in the differentiated cells that are devoid of H3K27me3.Combined, these data suggest a model in which non-coding RNA expression prevents the developmental activation of Dlk1 on the maternal chromosome by a process that also requires the activity of EZH2.

Les picocyanobactéries marines des genres Prochlorococcus et Synechococcus sont les organismes photosynthétiques les plus abondants de la planète et ils contribuent de façon substantielle à la production primaire mondiale. Alors que le genre Prochlorococcus se caractérise par sa forte abondance dans les régions oligotrophes et son génome réduit, le genre Synechococcus se distingue par sa grande diversité génétique et pigmentaire ainsi qu'une aire de distribution plus étendue.Le principal objectif de ce travail a été de mettre en relation la diversité génétique de ces organismes avec leur niche écologique par des approches de génomique comparative et de métagénomique. Tout d'abord, le développement d'une méthode de scaffolding (WiseScaffolder) a permis de clore 32 nouveaux génomes de Synechococcus, lesquels ont été intégrés au système d'information Cyanorak, dédié à l'annotation de gènes orthologues. Ces nouveaux génomes, complétant les 65 génomes disponibles pour ces deux genres, ont fait l'objet d'analyses comparatives afin de mieux comprendre la diversité et l'évolution de ce phylum et de définir les gènes spécifiques de différents groupes phylogénétiques, potentiellement liés à leur adaptation à des niches écologiques distinctes.Ces génomes ont ensuite été utilisés comme référence, en conjonction avec le gène marqueur petB, pour analyser les données de métagénomique issues de l'expédition TARA-Océans. Ces analyses ont notamment mis en lumière la diversité génétique, la distribution et l'importance écologique de certains clades phylogénétiques. Ce travail soulève de nouvelles hypothèses quant au rôle des picocyanobactéries dans le fonctionnement global des océans. / Marine picocyanobacteria Prochlorococcus and Synechococcus genera are the most abundant photosynthetic organisms and contribute substantially to global primary production. While the genus Prochlorococcus is characterized by its high abundance in oligotrophic regions and its reduced genome, Synechococcus is characterized by a larger genetic and pigment diversity and a wider area of distribution.The main objective of this PhD thesis was to link the genetic diversity of these organisms to the environmental conditions of their ecological niche by comparative genomics and metagenomics approaches. Firstly, the development of a scaffolding method (WiseScaffolder) has allowed us to close 32 new genomes of Synechococcus which were integrated into the Cyanorak information system dedicated to the annotation of orthologous genes. These new genomes, supplementing the 65 genomes previously available for these two genera, allowed us to perform comparative analyses which led to a better understanding of the diversity and evolution of this phylum and to the definition of genes sets specific to different phylogenetic groups and thus potentially related to their adaptation to different ecological niches.These genomes were then used as reference, in conjunction with the marker gene petB gene, to analyze metagenomic data produced in the frame of the Tara-Oceans Expedition. In particular, these analyzes highlighted the genetic diversity, distribution and ecological importance of some phylogenetic clades. This work raises new hypotheses about the role of picocyanobacteria in the overall functioning of the oceans.

Streptococcus agalactiae (streptocoque du groupe B, SGB) est un commensal fréquent des voies intestinale et génito-urinaire dans la population humaine mais constitue une des causes principales d'infections néonatales. Dans le même temps, SGB est connu comme pathogène vétérinaire, responsable de mastites bovines à l'origine de pertes économiques importantes dans plusieurs pays comme le Portugal. L'objectif de ma thèse était d'analyser au niveau génomique les bases de l'adaptation spécifique de SGB à ses hôtes humains et bovins et de l'établissement des lignées plus pathogènes. La comparaison des profils génomiques des souches isolées de nouveau-nés infectés et de leurs mères nous a permis de montrer que la transmission de SGB de mère à enfant est accompagnée dans certains cas par l'acquisition de mutations pathoadaptives. Par ailleurs, l'analyse des séquences génomiques de plus de 600 souches appartenant au complexe clonal (CC) 17, hypervirulent et spécifique à l'hôté humain, nous a permis de caractériser les forces évolutives agissant sur ce complexe. Finalement, l'étude de la colonisation des fermes laitières portugaises par un seul clone CC61 depuis plus de 20 ans a mis en évidence que la régulation spécifique de l'import du fer/manganèse est une stratégie d'adaptation récurrente dans l’environnement bovin. En conclusion, les résultats que nous présentons améliorent notre compréhension de l'adaptation chez les espèces hôte-généralistes, en apportant des idées utiles qui pourront spécifiquement aider à améliorer le contrôle et le traitement des infections de SGB mondialement. / Streptococcus agalactiae (group B Streptococcus, GBS) is a commensal of the intestinal and genitourinary tracts in the human population, while also a leading cause of neonatal infections. Likewise, GBS remains a serious concern in many countries as frequently responsible for bovine mastitis. Therefore, the purpose of my PhD project was to use state-of-the-art whole-genome approaches to decipher the host-specific adaptation and pathogenesis of GBS in both humans and bovines. By comparing the genomic profile of strains from infected newborns and their mothers we showed that the transmission of GBS from mother to child is accompanied in particular instances by the acquisition of specific pathoadaptive mutations. Moreover, from the study of the evolutionary forces acting on the human-specific and hypervirulent clonal complex (CC) 17, we reveal that various systems can evolve to improve the ability of GBS to survive in the human host. Functions related to metabolism, cell adhesion, regulation and immune evasion were among the most preferentially affected in GBS strains from human origin. Conversely, colonization of Portuguese dairy farms by one single CC61 clone for over 20 years highlighted that the specific regulation of iron/manganese uptake is a recurrent adaptive strategy in the bovine environment.

Cette thèse porte sur l'histoire évolutive des gènes de vertébrés. Deux types de phénomènes évolutifs peuvent perturber l’organisation des gènes dans les génomes eucaryotes : les modifications du contenu en gènes des génomes par duplications ou délétions de gènes, et les changements dans l’ordre des gènes par réarrangements. L’impact fonctionnel et sélectif de ces processus sur les génomes est encore mal connu.Ce travail de thèse s’articule autour de trois projets portant sur les événements de duplication et de délétion qui modifient le nombre de copies d'un gène. Nous nous sommes intéressés à ces événements à partir d’arbres phylogénétiques reconstruits à l’échelle de génomes entiers. Dans une première partie nous avons examiné le cas où ces événements seraient sous sélection négative, en étudiant les arbres de gènes ou aucune duplication ou délétion ne s'est fixée. Nous avons observé que ces gènes avaient des propriétés particulières et nous proposons des hypothèses pour les expliquer. Dans une deuxième partie nous nous sommes intéressés aux duplications de gènes et aux corrélations que l'on observe avec l'évolution des fonctions biologiques. Enfin en dernière partie nous avons étudié en détail la famille de gènes ROBO dont une des copies aurait acquis une fonction différente dans le développement du système nerveux des mammifères sous l’influence de la sélection positive. Dans leur ensemble ces résultats apportent de nouveaux éléments pour mesurer et comprendre l’impact global des contraintes ou des avantages que les duplications de gènes en particulier, et le changement du nombre de copies des gènes en général, peuvent exercer sur un génome de vertébré. / This thesis is about the evolutionary history of vertebrates genes. Two categories of evolutionary processes can disrupt the gene organization in eukaryotic genomes: changes in the content of genomes by gene duplications or gene deletions, and changes in the order of the genes by rearrangements. Functional and selective impacts of these processes on genomes are poorly understood.This thesis covers three different projects about duplication and deletion events that change the number of gene copies. We were interested in these events from phylogenetic trees reconstructed at the scale of whole genomes. In the first part we examined the case where these events would be under negative selection, by studying phylogenetic gene trees where no duplication or deletion was fixed. We found that these genes have special properties and propose hypotheses to explain them. In the second part we looked at gene duplications and correlated these events with the evolution of biological functions. Finally in the last part we have studied in detail the ROBO genes family in which one copy has acquired a different function in the developing nervous system of mammals under the influence of positive selection.Taken together these results provide new elements to measure and understand the global impact of constraints or advantages that gene duplications in particular, and the change of genes copy number in general, can have on a vertebrate genome.

L'évolution des génomes peut être observée à plusieurs échelles, chaque échelle révélant des processus évolutifs différents. A l'échelle de séquences ADN, il s'agit d'insertions, délétions et substitutions de nucléotides. Si l'on s'intéresse aux gènes composant les génomes, il s'agit de duplications, pertes et transferts horizontaux de gènes. Et à plus large échelle, on observe des réarrangements chromosomiques modifiant l'agencement des gènes sur les chromosomes. Reconstruire l'histoire évolutive des génomes implique donc de comprendre et de modéliser tous les processus à l'œuvre, ce qui reste hors de notre portée. A la place, les efforts de modélisation ont exploré deux directions principales. D'un côté, les méthodes de reconstruction phylogénétique se sont concentrées sur l'évolution des séquences, certaines intégrant l'évolution des familles de gènes. D'un autre côté, les réarrangements chromosomiques ont été très largement étudiés, donnant naissance à de nombreux modèles d'évolution de l'architecture des génomes. Ces deux voies de modélisation se sont rarement rencontrées jusqu'à récemment. Au cours de ma thèse, j'ai développé un modèle d'évolution de l'architecture des génomes prenant en compte l'évolution des gènes et des séquences. Ce modèle rend possible une reconstruction probabiliste de l'histoire évolutive d'adjacences et de l'ordre des gènes de génomes ancestraux en tenant compte à la fois d'évènements modifiant le contenu en gènes des génomes (duplications et pertes de gènes), et d'évènements modifiant l'architecture des génomes (les réarrangements chromosomiques). Intégrer l'information phylogénétique à la reconstruction d'ordres des gènes permet de reconstruire des histoires évolutives plus complètes. Inversement, la reconstruction d'ordres des gènes ancestraux peut aussi apporter une information complémentaire à la phylogénie et peut être utilisée comme un critère pour évaluer la qualité d'arbres de gènes, ouvrant la voie à un modèle et une reconstruction intégrative / Genomes evolve through processes that modify their content and organization at different scales, ranging from the substitution, insertion or deletion of a single nucleotide to the duplication, loss or transfer of a gene and to large scale chromosomal rearrangements. Extant genomes are the result of a combination of many such processes, which makes it difficult to reconstruct the overall picture of genome evolution. As a result, most models and methods focus on one scale and use only one kind of data, such as gene orders or sequence alignments. Most phylogenetic reconstruction methods focus on the evolution of sequences. Recently, some of these methods have been extended to integrate gene family evolution. Chromosomal rearrangements have also been extensively studied, leading to the development of many models for the evolution of the architecture of genomes. These two ways to model genome evolution have not exchanged much so far, mainly because of computational issues. In this thesis, I present a new model of evolution for the architecture of genomes that accounts for the evolution of gene families. With this model, one can reconstruct the evolutionary history of gene adjacencies and gene order accounting for events that modify the gene content of genomes (duplications and losses of genes) and for events that modify the architecture of genomes (chromosomal rearrangements). Integrating these two types of information in a single model yields more accurate evolutionary histories. Moreover, we show that reconstructing ancestral gene orders can provide feedback on the quality of gene trees thus paving the way for an integrative model and reconstruction method

Le lymphome folliculaire (LF) représente le 2ème lymphome par ordre de fréquence et reste considéré à l’heure actuelle comme incurable. De nombreuses questions sur le processus de lymphomagénèse sont encore non résolues et il n’existe aucun marqueur génomique ou moléculaire unanimement reconnu permettant de prédire l’évolution des patients. Nos travaux de recherche s’inscrivent dans l’objectif de mieux comprendre l’impact des altérations moléculaires identifiées dans ces tumeurs, grâce à une approche intégrative visant à combiner des données génomiques, transcriptomiques et mutationnelles. Ce travail a permis de construire un score, basé sur l’expression d’un panel de gènes, prédictif du risque de progression de la maladie. Ce score a été confirmé sur une seconde cohorte de patients, validant son utilité potentielle en pratique clinique. Par ailleurs, nos résultats suggèrent que les cellules tumorales peuvent acquérir des propriétés évocatrices d’un profil de cellules souches et associées à un pronostic particulièrement défavorable. Une 2ème partie de notre travail a porté sur les altérations touchant le gène EZH2, muté chez 25% des patients. Nous avons démontré qu’un gain génomique au niveau du locus EZH2 pouvait également avoir des conséquences sur le profil transcriptomique et un impact pronostique, soulignant l’importance de prendre en compte l’ensemble des anomalies touchant ce gène. Enfin, nous rapportons qu’un polymorphisme constitutionnel situé dans ce gène est associé au risque de progression des patients traités par un anticorps anti-CD20. L’ensemble de ces résultats apporte un éclairage nouveau sur la biologie du LF et peut contribuer à améliorer la prise en charge des patients / Follicular Lymphoma (FL) is the 2nd most frequent lymphoma subtype and is usually considered incurable with current strategies. Several questions regarding the lymphomagenesis process are still pending, and no molecular or genomic marker has been unanimously recognized yet to predict outcome. We performed an integrative analysis combining genomic, transcriptomic and mutational data in the view to bringing new highlights in the molecular alterations acting in FL. Based on gene-expression profiling data we developed a model able to predict progression-free survival in FL patients. We confirmed its predictive value in another cohort of patients, thereby allowing its potential use in clinical practice. Furthermore, our results highlight that some tumors show a stem-cell-like gene-expression profile that was associated with highly unfavorable outcome. In the second part of our work, we focused on alterations of the gene EZH2. Although mutations have been reported in 25% of FL patients, we questioned whether genomic gains at EZH2 locus could also contribute to lymphomagenesis. We showed that such gain may impact the transcriptional profile and have a prognostic significance, thus highlighting the crucial interest of determining both kinds of alterations. Finally, we report that a germ-line polyporphism in the EZH2 gene was significantly associated with progression-free survival in patients treated by anti-CD20 therapy. Taken together, these results bring new highlights on FL biology and may help to improve the clinical management of FL patients

La qualité des carcasses et des viandes bovines dépend de l’équilibre entre les masses musculaires et adipeuses qui conditionnent le poids de carcasse et son rendement (composition en muscle et en gras), mais aussi la qualité sensorielle de la viande (tendreté, jutosité et flaveur). Comprendre comment contrôler le rapport des masses de muscle relativement à celles des tissus adipeux (TA) représente donc un enjeu majeur pour les filières de viande bovine. Ce rapport dépend du nombre et du volume des cellules musculaires et adipeuses. Ces propriétés sont sous le contrôle d’événements cellulaires se mettant en place précocement chez le bovin puisque le nombre de cellules musculaires est fixé dès l’âge 180 jours post-conception (jpc) chez le fœtus. Des analyses de l’évolution des protéomes de ces deux tissus, au cours de la vie fœtale ont produit des données originales mais insuffisantes. En outre, il n’est pas toujours aisé d’extraire ou de générer une information biologique pertinente à partir d’expérimentations de génomique. Ceci est particulièrement vrai chez les ruminants, car ils sont peu annotés dans les bases de données et peu de ressources bioinformatiques leur sont dédiées. Dans ce contexte, notre objectif était de concevoir un serveur web « tout en un » permettant une fouille des données de génomique chez le bovin afin d’améliorer les connaissances sur les mécanismes associés à la croissance par hyperplasie et par hypertrophie des tissus musculaire et adipeux. Aussi, nous avons organisé notre travail de thèse en deux axes. Un outil d’analyse de données de génomique, dédié aux ruminants (bovin, ovin et caprin) nommé ProteINSIDE (www.proteinside.org) a été développé. En une seule requête, il synthétise l'information biologique stockée dans les bases de données publiques ou fournie par les annotations fonctionnelles issues de l’ontologie des gènes. Il prédit aussi les protéines qui sont sécrétées (sécrétome des tissus) et qui interviennent dans la signalisation entre les cellules ou tissus. Il lie les protéines selon leurs interactions moléculaires afin d’identifier et de visualiser celles qui contribuent à un même processus biologique et celles qui sont centrales à un processus biologique. ProteINSIDE a été testé avec des jeux de données de 1000 protéines par espèce et a été comparé avec succès à DAVID, BioMyn et AgBase, conçus pour la recherche d'information et l'annotation, ainsi qu'à PrediSi et Phobius qui prédisent les protéines sécrétées. ProteINSIDE a été appliqué à l’analyse des protéomes des tissus musculaires et adipeux. Une première analyse des données relatives à l’ontogenèse des tissus, a révélé des liens entre des protéines présentes dans les deux tissus fœtaux et des protéines impliquées dans les processus d’autophagie. Dans une seconde étude, nous avons décrit les protéomes des deux tissus à 140 jpc. Nous avons identifié 514 protéines musculaires et 752 protéines adipeuses, dont 346 communes. Ces protéines interviennent par exemple dans la régulation négative de l’apoptose, dans les processus d’autophagie, dans la régulation de la prolifération cellulaire et dans la voie de signalisation Wnt. Nous avons identifié 47 et 93 protéines potentiellement sécrétées par le muscle et le TA, dont 24 communes. L’intégration des connaissances sur les protéines sécrétées avec celles disponibles pour le « surfaceome » a suggéré des protéines qui participeraient au dialogue muscle-TA. Nous avons donc produit un serveur web pour la fouille de données de génomique non seulement chez le bovin, l’ovin, le caprin, mais aussi chez l’homme, le rat et la souris. Ce type de serveur devrait être particulièrement utile à la communauté scientifique. Son application a conduit à la production de connaissances nouvelles et d’hypothèses de travail pour la compréhension des mécanismes de régulation de la croissance fœtale du muscle squelettique et du tissu adipeux. / The quality of carcasses and meats depends on the balance between muscle and adipose tissue (AT) masses that determine carcass weight and performance (muscle and fat composition), but also the sensory quality of the meat (tenderness, juiciness and flavor). Understanding how to control the ratio of muscle mass relative to AT mass represents a major challenge for beef producers. The balance between these masses depends on the number and volume of muscle and AT cells. These cellular events are taking place at the early steps of fetal period in cattle, as the total number of muscle cells is fixed at 180 days post-conception (dpc) in the fetus. The analysis of the evolution of these two proteome tissues during fetal life produced original but insufficient data. In addition, it is not always easy to extract or generate relevant biological information from genomic experiments. This is particularly true in ruminant species because they are not annotated in databases and few bioinformatic resources are dedicated to them. In this context, our objective was to design an “all in one” web service to analyze genomic data in cattle in order to improve knowledge of the mechanisms involved in fetal muscle and AT growth. Thus, we have organized our thesis in two axes. We developed a genomic data analysis tool, dedicated to ruminant species (cattle, sheep and goat) and named ProteINSIDE (www.proteinside.org). In a single query, this tool synthesizes the biological information stored in public databases or provided by functional annotations from gene ontology. It also predicts proteins that are secreted (tissue secretome) and which are involved in signaling between cells or tissues. It links proteins according to their molecular interactions to identify and visualize those that contribute to the same biological processes and those that are central to a biological process. ProteINSIDE was tested with data sets of 1000 proteins by species and has been successfully compared with DAVID, BioMyn, and AgBase (designed for information retrieval and annotation), as well as PrediSi and Phobius (that predict proteins secreted). We applied ProteINSIDE to the proteome analysis of muscle and AT. A first analysis of data on the ontogenesis of the tissue revealed links between proteins of both fetal tissues and proteins involved in autophagy processes. In a second study, we constructed and described the bovine proteomes of both tissues at 140 dpc. We identified 514 muscle protein and 752 AT proteins, including 346 commons proteins. As an example, these proteins are involved in the negative regulation of apoptosis, in autophagy processes, in the regulation of cell proliferation, and in the Wnt signaling pathway. We identified 47 and 93 potentially secreted proteins by muscle and TA, including 24 commons proteins. The integration of knowledges about the secreted proteins with those available for the “surfaceome” suggested proteins which could participate in the cross-talk between muscle and AT. Thus, we produced a web server to mine genomic data from bovine, sheep, and goat species, but also from human, rat and mice species. This type of server should be particularly useful to the scientific community. Its implementation has led to the production of new knowledge and working hypotheses for the understanding of the mechanisms which regulate fetal growth of muscle and AT.

Melampsora larici-populina est un champignon pathogène responsable de la rouille foliaire sur les peupliers, causant de graves dommages dans les plantations du monde entier. Presque toutes les résistances des peupliers déployées en France ont été contournées et l'événement majeur est survenu en 1994 avec le contournement de la résistance R7 largement déployée en populiculture. Dans le but d'identifier des gènes candidats liés à la pathogénicité, j'ai mené une étude de génomique comparative basée sur le séquençage de 15 isolats. Cette analyse a mis à jour des patrons de polymorphisme corrélés à la distribution des virulences au sein des isolats tout en révélant la nécessité d'une étude populationnelle. Pour se faire, une étude de génétique des population basée sur le génotypage de 600 isolats de M. larici-populina échantillonnés de 1992 à 2012 a été conduite. Cette analyse m'a permis de décrire l'histoire démographique des populations de M. larici-populina et de documenter l'impact majeur du contournement de la R7 sur la structure des populations. Enfin, j'ai mené une analyse de génomique des populations afin d'obtenir un scenario démographique décrivant les liens historiques entre les populations et d'identifier les régions sous sélection. Cette analyse est basée sur le séquençage en Illumina de 86 isolats répartis en quatre populations clés mises en évidence par l'analyse de la structure génétique des populations. Plus de 1 000 000 positions polymorphes ont été identifiées. Un scenario fiable a été identifié par ABC à partir duquel les enveloppes de confiance des indices de génétique des populations ont été mesurées. L'analyse du génome scan qui a été réalisée sur les 86 génomes en utilisant ces mêmes indices a révélée 20 régions génomiques contenant 14 gènes candidats potentiellement impliquées dans le contournement de la R7. / Melampsora larici-populina is a pathogenic fungus responsible of poplar leaf rust, causing severe damages in plantations worldwide. Almost all poplar resistances deployed so far in France have been overcome and a major event that occurred in 1994 with the breakdown of resistance R7 mostly used in poplar cultivation. In order to identify candidate genes linked to pathogenicity, I conducted a comparative genomics study based on the sequencing of 15 isolates. This analysis revealed polymorphism patterns correlated to the distribution of virulences among isolates while the necessity of a population genetics study. I then analyzed the genetic structure of a comprehensive collection of 600 isolates of M. larici-populina sampled from 1992 to 2012. This analysis demonstrated the major impact of the R7 breakdown on populations. Finally, I conducted a population genomics analysis to obtain a demographic scenario describing the historical links between populations and to identify genomic regions under selection. This analysis is based on the Illumina sequencing of 86 isolates in four key populations identified by the population genetic analysis. Over 1,000,000 polymorphic positions were identified. The best demographic scenario was assessed using Approximate Bayesian Computation algorithms based on coalescent simulations. Using this demographic scenario, I computed the confidence interval of several population genetic indices. This genome scan analysis was performed on the 86 genomes using this same indices and revealed 20 genomic regions containing 14 genes potentially involving in the resistance 7 breakdown

Les activités humaines sont à l’origine de profondes modifications de la distribution naturelle des espèces. Les introductions d’espèces sont en particulier à l’origine de contacts secondaires entre espèces non isolées reproductivement et ayant divergé en allopatrie. Cette situation est un cas d’étude particulièrement intéressant pour étudier des processus éco-évolutifs, tels que la coexistence d’espèces occupant de même niches écologiques ou les flux de gènes contemporains (i.e. hybridation et introgression) entre espèces indigènes et non-indigènes. Cette thèse s’est ainsi intéressée aux interactions écologiques et génomiques entre deux ascidies congénériques et interfertiles, Ciona robusta et Ciona intestinalis. Ces deux ascidies, abondantes dans les habitats portuaires, sont en sympatrie en Manche Occidentale suite à l’introduction récente de C. robusta (supposée originaire du Pacifique Nord-Ouest) dans l’aire de distribution naturelle de C. intestinalis. Par une étude de la distribution spatiale et temporelle (inter-saisonnière et inter- annuelle) des adultes des deux espèces et de la sédentarisation de leurs juvéniles, nous avons montré que les deux espèces coexistent de façon durable, au sein de communautés similaires, à l’échelle régionale. Elles vivent en syntopie dans la majorité des habitats portuaires étudiés, bien qu’il existe une importante dynamique saisonnière de leur abondance relative : C. robusta est surtout présente en fin d’été et en automne, et toujours en moindre abondance par rapport à sa congénère indigène. Cette syntopie, l’interfertilité des deux espèces et le synchronisme de leur maturité sexuelle indiquent un potentiel d’hybridation important entre les deux espèces. L’hybridation réalisée est pourtant faible, comme montré avec quatre marqueurs moléculaires diagnostiques des deux espèces, analysés sur plus de 3000 individus : seulement 4% des individus présentent des génotypes compatibles avec de l’hybridation ou de l’introgression. Ces résultats ont été complétés par une étude de génomique des populations (310 marqueurs SNPs et 450 individus collectés dans différents océans) : ils confirment que les flux de gènes interspécifiques sont très rares. Par ailleurs, les rares locus présentant du polymorphisme partagé montrent un taux d’introgression hétérogène, et l’introgression est également observée dans des localités où seule l’une des espèces existe (ex. côtes américaines et chiliennes). L’ensemble des résultats génétiques et génomiques indiquent que le flux de gènes interspécifique observé résulte d’introgressions anciennes (probablement au Pléistocène) et non contemporaines. Une dernière étude menée à l’échelle mondiale avec des marqueurs mitochondriaux a par ailleurs permis de montrer que les processus d’introduction de C. robusta diffèrent selon les régions d’introduction et pose la question du statut réellement non-indigène des deux espèces dans certaines régions. Ainsi, cette thèse a montré la (quasi)-absence d’hybridation actuelle entre C. robusta et C. intestinalis, en situation de syntopie. Elle ouvre des perspectives quant à l’étude des mécanismes d’isolement reproductif entre ces deux espèces. La question du devenir à long terme des deux espèces, qui par leur coexistence étroite sont en compétition, est posée. Cette compétition pourrait être modulée par leurs préférences environnementales et les changements climatiques en cours dans l’Atlantique Nord. Enfin, cette thèse illustre comment des processus contemporains et anciens interagissent pour façonner la distribution et l’évolution des espèces, la structure génétique de leurs populations et l’architecture de leur génome. / Human activities severely alter species ranges that have been built on evolutionary time scales, and biological introductions promote secondary contacts between non-reproductively isolated species that were in allopatry. Such a situation is a very interesting case-study to examine eco-evolutionary processes, for instance coexistence between species sharing the same ecological niche or inter-specific gene flow (i.e. hybridization and introgression) between native and non-native species. This PhD thesis studied ecological and genomic interactions between two biologically similar, interfertile and congeneric tunicates, namely Ciona robusta and Ciona intestinalis. They are both abundant in harbours and marinas. They are sympatric in the Western English Channel because of the recent introduction of C. robusta (putatively native to Asia) in the natural range of C. intestinalis. Based on spatial and temporal (seasons and years) adult abundance data and examination of recruitment patterns of the two species, we showed that the two species are sustainably coexisting at a regional scale in Brittany, within similar communities. They live in syntopy in most of the study marinas. However, there are significant changes in their relative abundance through time: C. robusta is mostly present at the end of the summer and in the autumn, although always being less abundant than its native congener. Syntopy, interfertility between the two species and synchronous sexual maturity all indicated a high likelihood of hybridization between the two species. The realized hybridization is however very low, as shown by 4 species-diagnostic molecular markers genotyped over more than 3000 individuals: only 4% of the individuals displayed a genotype compatible with hybridization or introgression. This result has been confirmed with a population genomics study (310 SNPs; 450 individuals collected worldwide): inter-specific gene flow is very low. In addition, the few loci showing shared polymorphism displayed variable introgression rates and introgression was observed even in allopatric localities (where only one of the two species exists nowadays). Overall, the genetic and genomic results indicate that interspecific gene flow is most likely due to past introgression events (that may have occurred during the Pleistocene). Finally, a study carried out at a worldwide scale with two mitochondrial loci, showed that the introduction processes of C. robusta are different among the introduced regions. This study also questions the non-native status of the two Ciona species in some regions. This work showed the near absence of contemporary hybridization between C. robusta and C. intestinalis, even in syntopy, opening new research perspectives about the mechanisms preventing their reproduction in the wild. It also questions the fate of these two competing species; this competition may depend on the interaction between their specific environmental preferences and on on-going climatic changes in the North Atlantic. Altogether, this work illustrates the interplay between contemporary and past processes on species distribution and evolution, population genetic structure and genomic architecture.

L'augmentation de la production d'huile de colza (Brassica napus L.) pour répondre à la demande alimentaire et industrielle exige d'optimiser le rendement dans un contexte de réduction des intrants, notamment azotés. Les approches de génétique offrent une voie pour répondre à ces enjeux. En effet, la connaissance des régions génomiques (QTLs) et des mécanismes qui contrôlent l'élaboration des composantes du rendement sous contrainte azotée est un prérequis à la création variétale. Dans ce contexte, les questions de recherche posées dans cette thèse sont les suivantes: i) quelle est l'architecture génétique du rendement en huile chez le colza cultivé en bas intrants azotés?, ii) quelles sont les interactions des QTLs avec l'environnement et plus particulièrement avec l'intensité du stress azoté?, et iii) comment la combinaison de données agronomiques, génétiques et génomiques peut-elle contribuer à l'amélioration de caractères d'intérêt chez le colza? Une stratégie de détection de QTLs par analyse de liaison et analyse d'association a été mise en place sur deux populations biparentales et un panel de colzas d'hiver. Ces populations ont été expérimentées sur sept lieux et six années de culture (2009-2014) en condition de nutrition azotée limitante ou suffisante. Pour chaque essai, sept caractères phénotypiques relatifs à l'élaboration du rendement ont été mesurés. Peu d'interactions génotype × azote ont été détectées sur les caractères étudiés et un nombre important de QTLs a été retrouvé dans les deux conditions azotées. A l'inverse, de fortes interactions génotype × environnement ont été mises en évidence pour la majorité des caractères et les QTLs étaient pour la plupart spécifiques d'un lieu de culture. Dix régions génomiques d'importance, stables entre environnement et populations ont ainsi été identifiés et leur organisation structurale dans le génome du colza a été analysée. Le contrôle génétique de la teneur en huile des graines de colza a ensuite été étudié en combinant à la fois les informations de dix études indépendantes, les informations procurées par la récente publication du génome de B. napus et la recherche de variabilité haplotypique dans une région d'intérêt identifiée sur le chromosome A1 dans une population de colzas d'hiver. / The increase of rapeseed (Brassica napus L.) oil production to answer the demand for human consumption and industrial applications requires the optimisation of seed yield in a context of reduction of inputs, including the nitrogen fertilization. Genetic approaches are a way to respond to this challenge. Indeed, determining the genomic regions (QTLs) and mechanisms controlling seed yield components under nitrogen limitation is a prerequisite for plant breeding programs. In this context, the scientific questions raised in this thesis are: i) what is the genetic architecture of seed yield components in rapeseed grown under limiting nitrogen condition? ii) how do the QTLs interact with the environment, and especially with the nitrogen stress?, and iii) how the combination of agronomic, genetic and genomic information can lead to the improvement of traits of interest in rapeseed? A strategy of QTL detection by linkage and linkage disequilibrium analyses was set up on two biparental populations and a winter oilseed rape diversity set. Those populations were trialled in seven location and six growing seasons (2009-2014) under low and sufficient nitrogen conditions. For each trial, seven seed yield-related traits were acquired. Few genotype × nitrogen condition interactions were detected and an important number of QTLs were common to the two nitrogen regimes. On the contrary, strong genotype × environment interactions were evidenced for most of the traits under study and the majority of the QTLs were location-specific. Ten critical genomic regions for yield associated traits stable through the environments and populations were identified and their structural organization in the rapeseed genome was investigated. The genetic control of oil content was then studied by combining the information from ten independent reports, the genomic information provided by the recent release of the B. napus genome and the haplotype variations among a winter oilseed rape population within one particular region identified on the A1 chromosome.