Les fourmis, comme tous les Hyménoptères, sont caractérisées par un mode de détermination du sexe de type haplodiploïde. Les femelles sont issues d’œufs fertilisés et sont diploïdes alors que les mâles se développent à partir d’œufs non fertilisés par parthénogenèse arrhénotoque, et sont haploïdes. A quelques rares exceptions près, le déterminisme de la caste au sein du sexe femelle est réalisé de manière épigénétique : seules les larves diploïdes les mieux nourries et/ou celles produites après le repos hivernal se développent en femelles sexuées (reines), les autres en femelles non reproductrices (ouvrières). Récemment, plusieurs travaux ont montré que les reines de quelques espèces de fourmis sont capables de maximiser leur succès reproductif en exploitant de manière conditionnelle la reproduction sexuée et asexuée. Alors que les ouvrières sont produites à partir d’œufs fertilisés par reproduction sexuée classique, les jeunes femelles reproductrices sont issues d’œufs diploïdes produits par parthénogenèse thélytoque et sont, par conséquent, génétiquement très similaires à leur mère. L’espèce Cataglyphis cursor est le premier modèle chez lequel cette stratégie reproductrice a été mise en évidence (Pearcy et al., 2004b). Les sociétés de C. cursor sont strictement monogynes, les reines sont hautement polyandres et utilisent la reproduction sexuée et asexuée pour la production d’ouvrières et de femelles reproductrices, respectivement. La combinaison de la polyandrie et de la reproduction thélytoque permet aux reines de C. cursor d’optimiser le taux de transmission de leurs gènes via des filles reproductrices, tout en assurant une diversité génétique maximale au sein de la force ouvrière. Par ailleurs, les ouvrières de C. cursor ont conservé leurs ovaires et se reproduisent en l’absence de reine. Elles produisent alors des mâles (par parthénogenèse arrhénotoque), des femelles sexuées et des ouvrières (par parthénogenèse thélytoque) (Cagniant, 1973) Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse de doctorat visent à déterminer si les stratégies reproductrices remarquables exploitées par C. cursor sont propres à l’espèce ou si elles ont évolué au sein de plusieurs espèces du genre. A cette fin, nos recherches s'articulent autour de 2 axes complémentaires. Premièrement, nous avons approfondi l'étude des stratégies reproductrices chez C. cursor en nous concentrant sur deux aspects. (i) Plusieurs hypothèses ont été proposées pour justifier l’évolution de la polyandrie chez les fourmis. Nos travaux ont testé et éliminé trois d’entre elles pour C. cursor : l’hypothèse de la limitation spermatique, celle des coûts des mâles diploïdes et celle selon laquelle une plus grande variabilité génétique des ouvrières améliorerait la division du travail. (ii) Nous avons mis en évidence l’existence d’un contrôle des reines dans le déterminisme de la caste chez cette espèce. Les reines ne produisent des œufs thélytoques qu’au début du printemps, lorsque les ouvrières élèvent les œufs en sexués. Plus tard dans la saison, les reines ne produisent plus que des œufs fertilisés qui se développeront en ouvrières. Deuxièmement, à titre comparatif, nous avons analysé la structure socio-génétique de deux autres espèces de Cataglyphis : C. sabulosa et C. livida. Ces deux espèces sont monogynes et polyandres. Leurs ouvrières sont capables de pondre des œufs haploïdes mais seules les ouvrières de C. sabulosa ont produits des œufs diploïdes thélytoques. Aucune des reines des deux espèces n’utilisent la parthénogenèse thélytoque pour produire des femelles sexuées. L’ensemble des résultats obtenus dans notre étude ont été replacés dans une perspective évolutive afin de préciser quand la polygynie, la polyandrie et la thélytoquie seraient apparues dans la phylogénie des Cataglyphis.

Lobjectif général de cette thèse était de comprendre lhistoire évolutive du campagnol roussâtre (Myodes glareolus) en Eurasie à laide de la génétique moléculaire et des méthodes développées en phylogéographie et en génétique des populations mais aussi, par une approche multidisciplinaire impliquant des données morphologiques, paléontologiques, géologiques, paléoenvironnementales, écologiques et éthologiques. Un patron phylogéographique complexe et unique a été mis en évidence par la découverte de cinq lignées méditerranéennes et quatre lignées continentales pour cette espèce. Chacune de ces lignées présente une histoire évolutive particulière et permet de jeter un éclairage nouveau sur certains concepts et processus phylogéographiques. Le patron phylogéographique dune espèce peut être perçu comme un système en perpétuelle évolution, les réponses des organismes face aux changements environnementaux pouvant être très variables en termes de contraction, expansion, différenciation et extinction. La découverte de plusieurs lignées de campagnols roussâtres en péninsule ibérique, italienne et en Europe centrale révèle la complexité phylogéographique rencontrée au niveau de certaines régions refuges. La fragmentation du milieu durant les glaciations aurait conduit à structurer lespace géographique en îles dhabitat ou îles continentales (les refuges glaciaires) qui ont joué et jouent encore un rôle majeur dans lémergence et lévolution de la diversité génétique intraspécifique. Dans cette optique, cette thèse de doctorat révèle que les populations méditerranéennes savèrent être les garantes des plus hautes valeurs de diversité et de richesse intraspécifique malgré le fait quelles occupent une petite partie de laire de distribution de lespèce. Les régions méditerranéennes ont vu la contraction et lexpansion de nombreuses populations despèces tempérées au fil des refroidissements et réchauffements du Pleistocène. A côté de cette stratégie de survie des populations face aux changements climatiques, notre étude montre que certaines populations situées dans des refuges glaciaires nordiques ont été capables de survivre in situ aux glaciations, en recherchant localement les conditions environnementales les plus favorables ou en sadaptant à un nouvel environnement. En Russie, les populations de campagnols roussâtres ont subi une diminution drastique de leur diversité génétique et une extinction de plusieurs populations, suite aux changements brutaux des ceintures de végétation dans cette région durant les changements climatiques. Néanmoins, il existe un signal dexpansion post-glaciaire large et rapide pour ces populations ce qui montre leur capacité dexpansion sur de très longues distances dès que lhabitat leur redevient plus favorable. Finalement, létude dune lignée de campagnol roussâtre introgressée par lADN mitochondrial dune autre espèce, nous a permis daborder la question de lhybridation interspécifique chez les mammifères. La découverte de cette lignée largement étendue géographiquement et, dans certaines régions, très probablement soumise à la sélection naturelle, démontre que lhybridation interspécifique peut aussi être source de diversité et dadaptation chez les mammifères.

La plupart des caractères ayant un intérêt médical ou agronomique sont dits complexes. Ce qui signifie qu'ils sont influencés par plusieurs gènes, des facteurs environnementaux et des interactions gènes-environnement. L'identification de gènes affectant de tels caractères est un des sujets les plus importants de la génétique moderne: d'un point vu médical, cela offrirait de nouvelles perspectives, tant d'ordre diagnostic quethérapeutique, tandis que sur un plan agronomique, cela ouvrirait de nouvelles voies dans la sélection et la manipulation des animaux domestiques. L'approche la plus efficace pour identifier des gènes impliqués dans des caractères complexes est le clonage positionnel. Cette approche comporte trois étapes: (i) identifier les régions génomiques contenant les facteurs génétiques impliqués dans les caractères étudiés, (ii) identifier les mutations causales (iii) et enfin étudier le fonctionnement cellulaire et moléculaire des gènes responsables. La première étape du clonage positionnel, appelé cartographie génétique consiste à regarder au sein d'un groupe d'individus, sil existe une corrélation entre l'histoire des différents chromosomes et celle du caractère étudié. Les outils génétiques permettant de suivre l'état d'un chromosome chez un individu, ont connu ces dernières années des progrès remarquables, notamment grâce à l'apparition des plates-formes de génotypage à haut débit et au développement de nouveaux marqueurs génétiques. Actuellement, la principale difficulté en cartographie génétique réside dans le choix de la meilleure stratégie pour détecter des variations génétiques affectant des caractères complexes, qui le plus souvent sont associés à des effets relativement modestes. Le choix d'une approche dépendra: (i) du caractère étudié caractère discret ou continu (ii) du dataset les individus sont apparentés ou non et (iii) des outils génétiques disponibles. Les travaux réalisés au cours de cette thèse s'inscrivent précisément dans cette problématique, c'est à dire développer des approches statistiques afin d'identifier des gènes affectant des caractères complexes ayant un intérêt médical ou agronomique. La plupart des études de cartographie QTL (Quantitative Trait Loci, loci influençant un caractère continu), dans des populations de bovins laitiers, exploitent la structure en GDD (Grand Daughter Design) des pedigrees et procèdent en regardant au sein de familles de demi-frères paternelles, sil existe des différences phénotypiques entre les taureaux en fonction de l'homologue reçu. Étant donné que ce type d'approche exploite la transmission de chromosome de taureau à taureau et que le chromosome X est d'origine maternelle chez les mâles, la cartographie de QTL sur le chromosome X dans ce type d'espèce a longtemps été exclue. Pour cartographier des QTL sur le X, nous avons proposé une approche retraçant l'histoire des différents segments chromosomiques dans notre échantillon, sur base de son mode de transmission et de la structure de la population. Cette approche suppose que sil existe un QTL au niveau d'une région donnée, deux individus ayant reçu le même segment chromosomique se ressembleront davantage que deux individus ayant reçu deux segments chromosomiques différents. Cette approche suppose également qu'il existe une corrélation, appelée déséquilibre de liaison (DL) entre les allèles QTL et allèles marqueurs. Afin d'évaluer l'intérêt d'une telle approche, nous avons caractérisé les niveaux de DL sur le X. Nous avons montré que le X exhibait dans ce type de population des niveaux de DL particulièrement élevé et inattendu. Parmi les 48 caractères laitiers étudiés, nous avons trouvé en utilisant une méthode de type maximum de vraisemblance restreint (REML, Residual maximum likelihood estimation) 5 QTL significatifs sur le X. Au cours de ces dernières années, le nombre de publications chez les espèces de productions mettant en évidence de l'empreinte parentale (y compris chez les oiseaux) comme étant associé aux QTL découverts (imprinted QTL,l'effet d'un allèle QTL dépendra de son origine parentale) n'a cessé de croitre. Ces résultats contredisent ceux de la biologie moléculaire, qui montrent que l'empreinte parentale est un phénomène rare et uniquement observé chez les mammifères placentaires. Une précédente étude, pointe le problème d'ordre statistique soulevé par toutes ces études détectant de l'empreinte parentale de façon quasi systématique. Ces études emploient un design de type line-cross qui suppose, pour cartographier des QTL et tester une hypothèse d'empreinte parentale, d'un coté que les lignées parentales sont fixées pour les allèles QTL et de l'autre qu'elles peuvent ségréger pour différents allèles marqueurs. Si cette hypothèse est fausse et que les lignées parentales ne sont pas fixées pour les allèles QTL, tous les individus en F1 ne sont pas hétérozygotes ou pas hétérozygotes pour les mêmes allèles QTL. Si le nombre de parents en F1 est restreint (cas typique du coté paternel), il sera possible d'avoir un effet de substitution allélique qui dépendra de l'origine parentale en F2 et de conclure erronément à de l'empreinte parentale. Dans notre étude, nous avons montré que ce problème pouvait être exacerbé de 40 à 80% en cas de DL. Pour tester une hypothèse d'empreinte parentale, il faut que les parents en F1 soient hétérozygotes pour des allèles marqueurs différents. En cas de DL la probabilité que des allèles marqueurs différents soient associés à des allèles QTL augmente et la détection de fausse empreinte parentale également. Depuis 2007, le nombre de loci à risque associés à des maladies complexes humaines et découverts dans des études d'association génome-entier (GWAS = Genome Wide Association Study n'a cessé de croire. Beaucoup de ces loci tombent dans des régions non-codantes et une hypothèse avancée pour expliquer leur rôle biologique est qu'ils moduleraient le niveau d'expression de certains gènes à travers des éléments cis. Des investigations combinant des études d'expression sur un grand nombre de gènes avec des études GWA ont été mises en uvre afin de répertorier dans des bases de données les effets trans et cis de polymorphismes (appelés eQTL pour Expression Quantitative Trait Locus) sur le niveau d'expression de ces gènes. En utilisant ces bases de données d'eQTL, nous avons pu découvrir: (i) des SNP à risque pour la maladie de Crohn et présent dans une région dépourvue de gène, régulaient probablement le niveau d'expression du gène PTGER4 (protaglandin E receptor 4), codant pour un récepteur à une prostaglandine et candidat sérieux à ce type désordre. (ii) Parmi les 39 SNPs à risque dans la maladie, on observe 5 effets de type cis eQTL, non dus au hasard. Ces effets eQTL ouvrent de nouvelles perspectives dans l'architecture génétique d'une maladie complexe: la maladie de Crohn. L'intensité des recombinaisons ainsi que leur position dans le génome sont dictées par le rôle fondamental que joue la recombinaison dans la ségrégation correcte des chromosomes lors de la première division méiotique. Néanmoins, on observe, des différences entre individus de même sexe et de même âge aussi bien dans l'intensité que dans la position des recombinaisons. Une idée pour explorer les causes génétiques sous-tendant ces variations est d'appliquer des méthodes de cartographie QTL classique à la recombinaison elle-même, qui sera traitée comme un phénotype quantitatif. Nous avons réalisé ce type d'étude à différente échelle, sur une population de taureaux laitiers génotypés pour des milliers de marqueurs de type SNP, en exploitant le fait: (i) qu'un grand nombre d'entre eux disposent d'un nombre suffisant de descendants pour estimer précisément leur taux de recombinaison, (ii) qu'ils appartiennent à des familles de demi-frères paternelles, pour employer des méthodes de cartographie QTL exploitant le DL et la liaison génétique. Dans cette étude, nous caractérisons préalablement les niveaux de recombinaison sur différentes échelles: (i) distribution du phénotype, (ii) répétabilité du caractère (iii) suivi d'une étude d'héritabilité. Nous montrons que plusieurs QTL affectent de manière significative les taux de recombinaisons et cela à différentes échelles. Plusieurs conclusions peuvent être tirées de ces études de cartographie génétiques tentant d'identifier des gènes influençant des caractères complexes d'intérêt agronomique ou médical. D'un point vu statistique, on montre que dans la plupart des cas les loci identifiés représentent une faible part de la variation génétique totale (10-15%). Plusieurs hypothèses sont avancées pour expliquer la variation génétique restante. (i) La première est que les études actuelles ne sont pas suffisamment puissantes pour détecter des loci même associés à des effets moyens. Cette faiblesse est illustrée par le fait qu'en réalisant une GWAS, dans laquelle on regroupe les données de GWAS individuelles, on augmente considérablement la puissance de détection de loci associés au caractère étudié. (ii) Une autre hypothèse est que les études de cartographie actuelles utilisent des outils génétiques qui ciblent un seul type de polymorphismes: des variations génétiques fréquentes dans la population. Or un caractère complexe peut très bien être influencé par des variations génétiques peu fréquentes dans la population, voire des mutations rares ou encore des polymorphismes structuraux (p.e: CNV: Copy Number Variant). (iii) La plupart des études actuelles ne recherchent que des effets de type additif. Il est fort probable qu'il existe des effets de type gène-gène, appelés épistasie, qui affectent des caractères complexes. Cependant, détecter de tels effets nécessite de mettre en uvre des études beaucoup plus puissantes que celles existantes actuellement. D'un point vu biologique, si certains loci détectés se trouvent dans des gènes dont on connait le rôle dans le caractère étudié, beaucoup d'entre eux se trouvent dans des régions non-codantes. Ce résultat n'a rien de surprenant quand on sait que seulement 5 % du génome est conservé et donc fonctionnel et que parmi ces 5%, un tiers correspond à des gènes. Toutefois, comprendre le rôle biologique de ces loci dans des caractères complexes est un challenge. Une hypothèse avancée est que le niveau d'expression de certains gènes est peut-être régulé par ces polymorphismes influençant des caractères complexes. Pour améliorer nos connaissances sur les caractères complexes, il sera nécessaire, au cours des prochaines années: (i) d'étendre le design des études génétiques afin d'en augmenter leur puissance de détection. Ceci passera notamment par: (1) une augmentation de la taille des échantillons, (2) étudier le même phénotype dans des populations ayant une origine différente (un polymorphisme, ayant le même effet dans deux populations différentes peut être plus facilement détecté dans la population où il est le plus fréquent), (3) améliorer la précision de l'estimation des phénotypes (4) étudier des phénotypes apparentés ou des sous-phénotypes (p.e. Crohn et les colites ulcéro-hémorragiques) (5) s'intéresser davantage aux facteurs environnementaux. (ii) Il faudra également étendre la palette des outils génétiques disponibles, pour rechercher des polymorphismes peu fréquents ou des polymorphismes structuraux pouvant affecter des caractères complexes. Ceci devrait être prochainement réalisable grâce à l'essor des technologies de séquençage à haut débit qui devrait permettre de cataloguer des polymorphismes avec une fréquence > 1% dans une population (1000 Genome Project).On peut penser également qu'il sera possible dans quelques années de séquencer complètement tous les individus d'une étude de cartographie et d'identifier ainsi des mutations génétiques rares. Néanmoins, ces nouveaux outils génétiques bouleverseront les méthodes de cartographie génétique actuelles. Les approches futures devront exploiter toute l'information disponible simultanément, c'est-à-dire combiner l'information concernant toutes les variations génétiques possibles ainsi que les phénotypes et d'éventuels effets environnementaux. En génétique animale, le problème des loci influençant un caractère complexe et écartés par manque de puissance statistique a été contourné par une approche dite de sélection génomique. Celle-ci a pour but de prendre en compte les signaux dassociation sur lentièreté du génome, indépendamment des seuils de signification associés, et de les intégrer en une prédiction la plus précise possible de la valeur délevage dun individu. Lobjectif passe donc de lidentification la plus précise possible de loci individuels à la prédiction la plus précise possible dune valeur délevage individuelle globale, sans nécessairement savoir exactement quels sont les loci qui y contribuent, mais en intégrant plutôt de façon pondérée sur lensemble des possibilités. Or il serait tout à fait imaginable d'adapter ce type d'approche à des maladies complexes humaines et de déterminer à partir d'une GWAS un « risque relatif génome entier » (GWRR) pour chaque individu.

La génétique inverse est la manipulation génétique des virus à ARN pour créer un virus de type sauvage ou modifié. Les techniques de génétique inverse conduit à bien comprendre les fonctions des gènes viraux et leur pathogénicité dans les cellules d’hôte ou de vecteur. Les virus à ARN comme les arbovirus ceux qui ont comme vecteurs les arthropodes représente une vraie menace pour la santé humaine mondiale. Les techniques de génétique inverse sont un moyen adéquat pour protéger l’homme contre les virus par la création des vaccins at par bloquer leur transmission par les vecteurs comme les moustiques. De nos jours, la plupart des systèmes de génétique inverse se concentraient exclusivement sur l’étude d’interaction entre les virus et les cellules de mammifères. Cependant, la transmission de l'arbovirus se situe entre un hôte mammifère et un vecteur d'invertébré.Nous présentons ici ISA (Infectious-Subgenomic-Amplicons) comme une méthode universelle de génétique inverse qui a prouvé son applicabilité sur les cellules de mammifères et de moustiques pour générer des virus infections ARN simple brin de polarité positive.Ainsi, ISA est une méthode adéquate pour étudier le cycle de vie de l'arbovirus chez le moustique vecteur et l'hôte mammifère at ainsi avoir une idée générale de la circulation de l’arbovirus pour créer d’autre outils de blocage. / Reverse genetics, the genetic manipulation of RNA viruses to create a wild-type or modified virus, has led to important advances in our understanding of viral gene function and interaction with host cells. Since arboviruses the most threatening viruses to human and animal are RNA viruses, thus reverse genetics is an extremely powerful technique with important application for the protection from these viruses and to control their spread.Hitherto, most reverse genetics systems focused exclusively on mammalian cells. However, arbovirus transmission is between a mammalian host and invertebrate vector.Herein, we present ISA (Infectious-Subgenomic-Amplicons) as a universal reverse genetic method that proved it applicability to rescue infectious single stranded positive RNA viruses on mammalian and mosquito cells.Thereby, ISA is an adequate method to study the arbovirus life cycle in mosquito vector and mammalian host. Thus, providing information about the global arbovirus circulation to provide further technique that protect mammalian from their infection and inhibit vector to transmit the virus.

Contexte : L’incidence des cancers différenciés de la thyroïde (CDT) est caractérisée par de fortes variations géographiques et ethniques. L’un des plus forts taux d’incidence a été rapporté en Nouvelle-Calédonie et particulièrement dans la population mélanésienne. En dehors de l’exposition aux radiations ionisantes dans l’enfance et l’obésité, les facteurs de risque de CDT restent très mal connus. Bien qu’il ait été rapporté que ce cancer constitue une des localisations cancéreuses ayant la composante héréditaire la plus élevée, le rôle des facteurs génétiques a été jusqu’à présent peu étudié. Des études de cas familiaux et des études gène-candidat ont identifié des polymorphismes dans plusieurs gènes mais très peu de ces associations ont été répliquées. Des études d’association génomes entier (GWAS) ont également mis en évidence des régions de susceptibilité génétiques de CDT, les associations les plus robustes ont été rapportés sur les loci 9q22 et 14q13. Au final, l’ensemble des variants identifiés jusqu’à présent ne permettent d’expliquer qu’une faible part de l’héritabilité génétique dans l’étiologie des CDT, suggérant que d’autres facteurs de risque génétiques restent à découvrir.Objectifs : L’objectif général de ce travail était d’étudier les facteurs de risque génétique et leurs interactions avec les facteurs environnementaux. Plus spécifiquement, il s’agissait 1) d’étudier le rôle de gènes candidats ou de loci identifiés dans des études GWAS dans deux études cas-témoins menées en Nouvelle-Calédonie et en France métropolitaine 2) d’explorer plus en détail dans ces populations, les loci GWAS 9q22 et 14q13 pour l’identification des variants causaux ou d’autres variants candidats ; 3) d’identifier de nouveaux facteurs de risque génétiques dans les CDT chez les femmes en utilisant une approche dite par « pathway candidat » en combinant les données de deux études françaises et américaines.Matériels et méthodes : Les analyses portant sur les gènes candidats et les loci GWAS reposent sur deux populations d’études : une population européenne de 508 cas et 621 témoins issus des études cas-témoins conduites en France métropolitaine (étude CATHY) et en Nouvelle-Calédonie (NC) et une population mélanésienne de 156 cas et 114 témoins de l’étude de NC. Les approches pathway candidat ont porté dans un premier temps sur les femmes d’origine européenne de l’étude CATHY (365 cas/376 témoins) et d’une partie de l’étude cas-témoins Young-Thyr (83 cas/93 témoins) conduites en France métropolitaine. Dans un second temps, nous avons combiné ces sujets avec les femmes de l’étude cas-témoins USRT/UTMDACC (332 cas/443 témoins) conduite aux Etats-Unis.Résultats : Nous n’avons pas observé d’association entre les CDT et les polymorphismes des gènes identifiés précédemment par les études gène-candidat dans les populations européennes et mélanésiennes étudiées. Toutefois, nous avons montré que la délétion des gènes GSTM1 et GSTT1 pouvait moduler les associations rapportées entre l’obésité ou la consommation d’alcool et le risque de CDT. Nous avons répliqué chez les européens et chez les mélanésiens les associations avec des variants des loci GWAS 9q22, 14q13 et 2q35. Nous avons également mis en évidence, dans les régions GWAS 9q22 et 14q13 de nouveaux variants candidats à risque de CDT et rapporté des interactions entre ces variants et la parité ou la consommation de tabac. Les analyses par pathway portant sur une population de femmes d’origine européenne suggèrent des interactions entre la consommation d’alcool ou la consommation de tabac et les gènes impliqués dans le métabolisme de ces substances et des interactions entre l’âge aux premières règles, la prise de contraceptifs oraux et les gènes impliqués dans la biosynthèse et le métabolisme des hormones stéroïdiennes. / Context : Differentiated thyroid cancer (DTC) incidence is characterized by considerable geographic and ethnic variations. Particularly high incidence rates were observed in Melanesian women of New Caledonia. Except for the exposure to ionizing radiation in childhood and obesity, the role of other DTC risk factors is not clearly established. Genetic factors have been suggested to play an important role in DTC risk since epidemiological studies have shown that DTC has a higher familial relative risk than any other cancers. Linkage studies in multiple-case DTC families and candidate gene studies have identified polymorphisms in several genes but very few have been replicated so far. Genome-wide association studies (GWAS) also identified several DTC susceptibility loci with the most robust associations reported on the loci 9q22 and 14q13. Only few susceptibility loci were highlighted by GWAS and the identified variants were shown to account less than 10% of the DTC familial risk, emphasizing that much remains to be discoveredObjectives: The main objective of this work was to study the role of genetic risk factors and their interaction with environmental factors in DTC risk. More specifically, we aimed to: 1) replicate the association between DTC risk and polymorphisms reported in candidate gene and GWAS studies in 2 case-control studies conducted in Metropolitan France and New Caledonia; 2) identify potential causal variants of DTC risk in GWAS loci 9q22 and 14q13 using fine-mapping approach; 3) identify new genetic risk factors for DTC in women using pathway approach by pooling data from 2 case-control studies conducted in France and USA..Materials and methods: The analysis of the candidate genes and of the GWAS loci were based on a European population of 508 cases and 621 controls from 2 case-control studies conducted in metropolitan France (CATHY study) and in New Caledonia (NC study) and, a Melanesian population of 156 cases and 114 controls from the NC study. The pathway analysis was conducted in a first step on European women from the CATHY study (365 cases/376 controls) and from the Young-Thyr study (83 cases /93 controls) both conducted in metropolitan France. In a second step, we pooled the data from CATHY/Young-Thyr study and USRT/UTMDACC study (332 cases/443 controls) conducted in the United States.Results: In Europeans and Melanesians, we found no association with polymorphisms reported previously by candidate genes studies. However, we observed that among these genes, GSTM1 and GSTT1 may modulate the associations between DTC risk and obesity or alcohol consumption. Some polymorphisms identified in GWAS studies at loci 9q22, 14q13 and 2q35 were replicated in Europeans and in Melanesians. In the GWAS loci 9q22 and 14q13, we identify new variants that can be functionally related to DTC pathogenesis in Europeans and Melanesians. We also reported interactions between some of these variants and parity or tobacco smoking. The analysis of candidate pathways in European women showed interactions between alcohol consumption or tobacco smoking and genes involved in the metabolism of these compounds and, between age at first menarche or oral contraception and genes involved in biosynthesis and metabolism of sex steroid hormones.

La protéine E4F1 a été identifiée comme une cible cellulaire de l'onco-protéine virale E1A au cours de l'infection par l'adénovirus de type V. Bien que très peu étudiée jusqu'à présent, les travaux du laboratoire d'accueil indiquent cependant qu'E4F1 est une protéine multifonctionnelle ayant à la fois un rôle de facteur de transcription mais fonctionnant également comme une E3 ligase vis-à-vis d'autres régulateurs transcriptionnels tels que les membres de la famille p53. E4F1 se situe au carrefour de plusieurs voies de signalisation fréquemment altérées au cours de la progression tumorale, notamment les voies impliquant les suppresseurs de tumeurs Rb et p53. In vivo, E4F1 est impliqué dans l'homéostasie des cellules souches à travers différents mécanismes encore non élucidés. L'objectif de mon projet de thèse est d'identifier et de caractériser les voies de signalisation impliquant E4F1 dans l'homéostasie des cellules souches. Pour répondre à cette question, j'utilise diverses techniques : Histologie, IHC,FACS, QPCR et des tests clonogénique sur des cellules issues des épidermes de souris E4F1 WT et KO. / E4F1 protein has been first identified in the 80's as a cellular target of the adenoviral oncoprotein E1A. E4F1 is an atypical multifunctional protein with two different activities. In fact, it can acts as a transcriptional factor thanks to its DNA binding domain and exhibits either positive or negative transcriptional activities depending on the promoter context. In addition to its transcriptional activities, E4F1 is also an atypical E3-ligase for other transcription factors, including the p53 tumor suppressor. A growing body of evidence suggests that the multifunctional protein E4F1 is involved in signaling pathways that play essential roles during normal development and tumorigenesis. Moreover, we have shown that skin defect is one of the most striking phenotype of E4F1 conditional knockout mice. E4F1 inactivation in the entire skin or in the basal compartment of the epidermis (K5 specific knockout mice) induces skin homeostasis defects, as evidenced by transient hyperplasia in the interfollicular epithelium and alteration of keratinocyte differentiation, followed by loss of cellularity in the epidermis and severe skin ulcerations. E4F1 depletion alters clonogenic activity of epidermal stem cells (ESCs) ex vivo and ends in exhaustion of the ESC pool in vivo, indicating that the lesions observed in the E4F1 mutant skin result, at least in part, from cell-autonomous alterations in ESC maintenance. The clonogenic potential of E4F1 KO ESCs is partially rescued by Bmi1 overexpression, or by Ink4a/Arf overexpression or p53 depletion. In additions, in vivo, skin phenotype of E4F1 KO mice is also delayed in animals with Ink4a/Arf and E4F1 compound gene deficiencies. Taking together, our data show the essential role of E4F1 protein into Bmi1-Arf-p53 pathway to regulate ESC-dependent skin homeostasis.

Cette thèse porte sur l'anatomie et la morphologie du complexe crânien chez les murinés. Ses objectifs sont de démontrer et de décrire le lien morpho-fonctionnel entre le crâne et la force de morsure, représentant la performance, d'identifier les sources génétiques de la variation de la performance et de la morphologie, et de comprendre comment la variation morpho-fonctionnelle dépend du mode de vie d'une espèce.La première partie décrit l'anatomie de l'appareil masticateur dans le genre Mus. Des différences fonctionnelles et liées au régime alimentaire sont montrées. Puis, on s'intéresse au lien entre morphologie et fonction, et aux proxies morpho-anatomiques permettant d'estimer la force de morsure. Un modèle biomécanique des muscles masticateurs est d'abord utilisé. Les estimations obtenues sontproches des mesures in vivo au niveau interspécifique, mais moins précises au niveau intraspécifique.L'avantage mécanique et la forme de la mandibule sont ensuite utilisés comme proxies. La force de morsure estimée et réelle sont corrélées au niveau interspécifique, mais moins au niveau intraspécifique, avec des différences selon les espèces. Pour expliquer ces imprécisions, la variation ontogénétique de la force de morsure et de la forme de la mandibule sont décrites. Lorsque l'âge est contrôlé, le développement osseux ralentit plus tôt que celui de la force de morsure, ce qui peut expliquer les biais trouvés dans les estimations de la force de morsure.La deuxième partie se concentre sur les sources génétiques des variations morpho-fonctionnelles. Chez Mus minutoides, des changements sur les chromosomes sexuels produisent des différences de taille et de force de morsure. Les mâles féminisés de cette espèces sont plus agressifs que les autres individus, et montrent une force de morsure plus puissante, principalement grâce à unplus gros crâne. Le(s) gène(s) féminisant produis(ent) donc des changements à l'échelle de l'organisme tout entier. La section suivante s'intéresse aux liens entre consanguinité, asymétrie et performance chez la souris domestique. Les souris les plus consanguines ne montrent pas d'augmentation de l'asymétrie de leurs mandibules, et la performance des souris les plus consanguines ou les plus asymétriques n'est pas affectée. Enfin, l'héritabilité de la force de morsure et de la morphologie est estimée. La force de morsure in vivo n'est pas héritable, bien que la morphologie le soit. Etant donné le lien entre morpho-anatomie et force de morsure, ces résultats suggèrent que les changements morphologiques sont des voies de moindre résistance évolutive, et qu'ils peuvent être à l'origine de changements de performance.La dernière partie utilise la morphologie et la performance en tant que caractères liés à l'écologie des espèces. La première section s'intéresse aux différences de performance entre Apodemus sylvaticus et Mus spretus, qui partagent leur habitat et leurs ressources alimentaires, malgré une différence de taille marquée. Nos résultats montrent un recouvrement des distributions des forces de morsures, soutenant l'hypothèse d'un régime alimentaire commun. Cette coexistence pourrait être due à une abondance de ressources là où ces espèces sont syntopiques. Enfin, la variation morphologique est quantifiée chez plusieurs murinés d'Asie du Sud-Est. Les espèces de rats commensaux et généralistes sont moins variables que les autres espèces. Les espèces synanthropiques montrent des réponses morpho-fonctionnelles convergentes entre localités qui suggèrent qu'elles partagent des patrons communs de réponse et donc qu’elles peuvent s'adapter aux variations environnementales régionales induites par l’homme. L'approche utilisée dans cette thèse nous a permis de montrer le lien entre variation génétique,phénotypique et écologique. Ce lien parfois difficile à décrire, est cependant à la base de l'apparition de nouvelles formes et espèces, et constitue un aspect crucial de la biologie de l'évolution. / The theme of this thesis is the anatomy and morphology of the cranio-mandibular complexin various species of murine rodents. The main objectives are to describe the morpho-functional link between the skull and bite force as a measure of performance, to identify the genetic sources of morphological and performance variation, and finally to understand how morpho-functional variation depends on a species diet and lifestyle. The first part describes the anatomy of the masticatory apparatus in the genus Mus. Differences were found, which could be interpreted functionally and linked to variation in diets. The first part also investigates the links between morpho-anatomy and function, and various morphological proxies used for estimating bite force. This is done by building a biomechanical model of masticatory muscles. The bite force estimates obtained match the in vivo measurements at the inter-specific level, but are less precise at the intra-specific level. Then, two osseous mandibular proxies of bite force are compared (lever arms and their mechanical advantage, and its shape data). In vivo and estimated bite force werewell related at the inter-specific level, but less at the intra-specific level, depending on the species. To explain these imprecisions, the ontogenetic variation of bite force and mandibular morphology isdescribed. Under controlled age, the bony development is slowing down earlier than bite force, whichcan partly explain the inconsistencies of estimated bite force.The second part focuses on the genetics of morphological and functional variation. In Musminutoides, changes in the sexual chromosomes entail size and performance changes. The feminized males found in this species are known to be more aggressive than other individuals, and they produce ahigher bite force, mainly due to an increase in skull size. The feminizing gene(s) therefore drive whole-organism-scale changes. Then, the links between inbreeding, asymmetry and performance areinvestigated in the house mouse. The most inbred mice do not experience an increase in the asymmetry of their mandibles. Contrary to expectations, the performance of the most inbred or most asymmetric mice do not decrease and differences in asymmetry levels have no influence on biting performance.The last section estimates the heritabilities of bite force and morphology. In vivo bite force is notheritable, but some morphological characters are. Given the functional link between morpho-anatomyand bite force shown in the first part, these results suggest that morphological changes represente volutionary pathways of least resistance, and drive changes in performance rather than behavioral or related traits.The last part took morphology and performance as linked to a species' niche. The first sectionexplores the differences between Apodemus sylvaticus and Mus spretus. Both share their habitat and food resources, in spite of a marked size difference. Results show great overlap between their bite force distributions supporting the hypothesis of a shared diet. The absence of shift in a trait related toresource use may be due to a large abundance of the food resources where both species are found insyntopy. In the final section the morphological variation in several rodents from Southeast Asia wasquantified. Less morphological variability is found in generalist and commensal rats by comparison toother species. At the community level, synanthropic species show frequent convergent responsesbetween localities in terms of bite force and morphology. These common patterns in response suggestthat synanthropic species tend to be very adaptable to regional environmental differences.The approaches used in this thesis enable us to show the link between genetic, phenotypic andecological variation. This link, sometimes difficult to describe, is nevertheless at the root of theappearance of new forms and species, and constitutes a crucial aspect of evolutionary biology.

Changes in milk fat composition influence its nutritional quality as well as the technological properties of butter. The impact of feed on fat composition is well known; however, limited information is available on the genetic variability of fatty acids in bovine milk. The overall aim of this PhD thesis was to study the genetic variability of fatty acid profile in bovine milk and fat. This type of research needs a large amount of data. Expensive reference analysis is used to measure the fatty acid contents in fat. The first objective of this thesis was to develop an alternative method that could be faster and cheaper than traditional methods. Calibration equations predicting the contents of fatty acid from mid-infrared spectrum were established. The contents of saturated and monounsaturated fatty acids, omega-9, fatty acids with short, medium and long chain were the best predicted. Thanks to the implementation of this method in the Walloon routine milk recording, more than 20,000 milk samples were analyzed. This database permitted to model the variation of fatty acid contents in milk and fat. From these models, the genetic variability of fatty acid profile was shown. The complexity of models increased throughout this project due to the increase of new available data. Differences across 7 dairy breeds were estimated using single and multi-trait mixed models. Milk fat and delta-9 desaturase activity of Jersey and dual purpose Belgian Blue differed significantly from Holsteins. Therefore, the choice of a given breed could modify the fat composition. Heritability values obtained for studied fatty acids with multi-trait mixed model ranged from 0.05 to 0.42. Higher values were observed for saturated compared to unsaturated fatty acids. Moderate heritability estimates were observed for the activity of delta-9 desaturase (0.20) and the hardness of butter (0.27). These two traits were estimated by specific fatty acid ratios. The heritability observed using a multi-trait random regressions test day model for the content of saturated fatty acids (0.42) was similar to the one observed for the percentage of fat (0.37). Considering the impact of selection on fat content, the selection could have a great impact on fat composition. High genetic correlations were observed between some fatty acids having similarities in their synthesis. Heritability and correlations varied through the duration of the lactation. Due to the large number of fatty acids, the estimation of an index, which includes the proper fatty acid profile, could be interesting for a future selection program. This PhD thesis provides the background required by future studies to estimate the impact of animal selection on milk fat composition.

L'infertilité masculine concerne plus de 20 millions d'homme à travers le monde et représente un véritable enjeu de santé public. Bien que multifactorielle, l'infertilité masculine a une composante génétique importante qui jusqu'à présent n'a été que peu étudiée. L'objectif de mon travail a été d'initier et de poursuivre les investigations génétiques sur trois phénotypes de tératozoospermie: les spermatozoïdes macrocéphales, la globozoospermie et les anomalies morphologiques multiples des flagelles (AMMF).Pour le premier phénotype, nous avons étudié 87 patients, dont 83 cas-index, présentant un phénotype de macrozoospermie. Nous avons trouvé la mutation c.144delC dans le gène AURKC chez 82% des patients (68/83) confirmant qu'il s'agit de l'évènement génétique prépondérant pour ce phénotype. Une nouvelle mutation récurrente, p.Y248*, entrainant la dégradation totale du transcrit anormal par nonsense-mediated mRNA decay, a été retrouvée chez 10 patients non‐apparentés. L'identification de deux mutations ancestrales dans AURKC maintenues au cours de l'évolution malgré leur effet délétère sur la reproduction chez l'homme homozygote, ouvre la question d'un potentiel avantage sélectif procuré par l'haplo-insuffisance d'AURKC.Pour le second phénotype, nous avons analysé une cohorte de 34 patients globozoospermiques par séquençage et MLPA (multiplex ligation-dependent probe amplification). Au total, la délétion homozygote de DPY19L2 a été retrouvée chez 22 patients sur 30 cas non apparentés (73.3%) et 3 nouvelles mutations ponctuelles ont été identifiées. Ces résultats indiquent que l'analyse moléculaire de DPY19L2 des patients globozoospermiques ne devrait pas être limitée à la recherche de la délétion homozygote de DPY19L2. Dans un second temps, nous avons démontré que la délétion récurrente de DPY19L2 était médiée par le mécanisme de recombinaison homologue non allélique (NAHR) entre deux séquences répétées homologues (LCR) de 28kb situées de chaque côté du gène. La très grande majorité des points de cassure surviennent dans une région de 1,2 kb située dans la partie centrale des LCRs. Cette région minimale de recombinaison est elle‐même centrée sur une séquence consensus de 13 nucléotides reconnue par PRDM9, une protéine à doigts de zinc qui favorise la survenue des cassures doubles brins initiant les processus de recombinaisons. Les modèles théoriques prédisent que, lors de la méiose, le mécanisme NAHR génère de novo plus d'allèles recombinés délétés que dupliqués. Étonnamment, dans la population générale les allèles DPY19L2 dupliqués sont trois fois plus fréquents que les allèles délétés. Nous avons développé une PCR digitale sur le sperme afin de mesurer le taux de délétions et de duplications de novo à ce locus chez des témoins. Tel qu'il était prédit par le modèle de NAHR, nous avons identifié un taux de délétions supérieur à celui des duplications. Ce paradoxe peut s'expliquer par la sélection qui s'opère à l'encontre des hommes infertiles porteurs de la délétion homozygote et potentiellement des hommes porteurs d'une délétion hétérozygote.Enfin pour le troisième phénotype, nous avons réalisé l'analyse par cartographie par homozygotie de 20 patients infertiles, dont 18 cas-index, présentant des anomalies morphologiques du flagelle. Cinq mutations homozygotes ont été identifiées dans le gène DNAH1 parmi les 18 patients non-apparentés (28%). Ce gène code pour une chaine lourde des bras internes de dynéine exprimée dans le testicule. Des analyses d'immunofluorescence et de RT-PCR ont confirmé le caractère pathogène d'une de ces mutations situées sur un site donneur d'épissage. Les analyses par microscopie électronique ont révélé une désorganisation générale de l'axonème incluant une disparition des doublets centraux et des bras internes de dynéine suggérant que DNAH1 est une protéine clé dans la biogenèse du flagelle du spermatozoïde. / Male infertility affects more than 20 million men worldwide and represents a major health concern. Although multifactorial, male infertility has a strong genetic basis which has so far not been extensively studied. The objectives of my thesis were to initiate and conduct some genetic investigations on three specific phenotypes of teratozoospermia: macrozoospermia, globozoospermia and multiple morphological abnormalities of the flagella (MMAF).For the first phenotype, we studied 87 patients with macrozoospermia, including 83 index cases, and identified c.144delC, a pathogenic mutation in the AURKC gene in 82% of patients (68/83) confirming that this variant is the main cause of macrozoospermia. A new recurrent mutation, p.Y248*, leading to degradation of the mutant transcripts by non-sense mediated mRNA decay was identified in 10 unrelated patients. Patients with no identified AURKC mutation have a decreased rate of spermatozoa with a large head and multiple flagella. Identification of two ancestral mutations in AURKC maintained during evolution despite their negative effect on reproduction in homozygous men, raises the question of a potential selective advantage provided by the AURKC haploinsufficiency.For the second phenotype, we first analyzed 34 patients presenting with globozoospermia using MLPA (multiplex ligation-dependent probe amplification) and Sanger sequencing. In total, 22 of the 30 unrelated patients where homozygous for the DPY19L2 deletion (73.3%) and 3 novel point mutations were identified. These results suggest that the molecular investigation of the DPY19L2 gene in globozoospermic patients should not be limited to the detection of the DPY19L2 genomic deletion and open interesting perspectives for the identification of DPY19L2 partners during acrosome biogenesis. Subsequently, we demonstrated that the genomic deletion was mediated by Non-Allelic Homologous Recombination (NAHR) between two homologous 28-Kb Low Copy Repeats (LCRs) located on each side of the gene. The vast majority of genomic breakpoints fell within a 1.2-Kb region central to the 28-Kb LCR. A 13-mer consensus sequence is located in the centre of that 1.2-Kb region recognized by PRDM9, a multi-unit zinc finger binding protein that promotes the formation of double-strand breaks (DSBs) initiating the homologous recombination process. The accepted theoretical NAHR model predicts that during meiosis, NAHR produces more deleted than duplicated alleles. Surprisingly, array-CGH data show that, in the general population, DPY19L2 duplicated alleles are approximately three times as frequent as deleted alleles. In order to shed light on this paradox, we developed a sperm-based digital PCR to measure the de novo rates of deletions and duplications at this locus. As predicted by the NAHR model, we identified an excess of de novo deletions over duplications. These discording results may be explained by the purifying selection against sterile, homozygous deleted men. Heterozygous deleted men might also suffer a small fitness penalty.Lastly, for the third phenotype, homozygosity mapping was carried out on a cohort of 20 North African individuals, presenting with primary infertility resulting from impaired sperm motility caused by a mosaic of multiple morphological abnormalities of the flagella (MMAF). Five unrelated subjects out of 18 (28%) carried a homozygous variant in DNAH1, which encodes an inner dynein heavy chain and is expressed in testis. RT-PCR and immunostaining studies confirmed the pathogenic effect of one of these mutations located on a donor splice site. Electronic microscopy revealed a general axonemal disorganization including mislocalization of the microtubule doublets and loss of the inner dynein arms suggesting that DNAH1 plays a critical role in sperm flagellum biogenesis and assembly.

L'évolution est-elle prédictible? Alors que la réponse habituelle est un non presque unanime, un corpus croissant de connaissances suggère qu'il est temps de revoir cette réponse. Même si les mutations sont toujours considérées comme aléatoires, la détection de patterns génétiques sous-jacents aux événements évolutifs ouvre la porte sur des stratégies potentielles permettant de prévoir les trajectoires évolutives suivies par les organismes lorsqu'ils s'adaptent à des contraintes changeantes. Quand les organismes subissent une spécialisation fonctionnelle (à travers la perte de gènes et de fonctions) pour s'adapter à des signaux environnementaux donnés, les trajectoires évolutives possibles qu'ils peuvent emprunter sont restreintes et devraient donc être plus facilement prévisibles. Dans ce contexte d'évolution réductive par spécialisation, les objectifs de cette thèse sont de mieux comprendre l'interaction entre contraintes environnementales, métabolisme, évolution génétique et adaptations fonctionnelles, et dans un deuxième temps de prédire, pour des contraintes données, les trajectoires évolutives qui seront suivies par les organismes pour s'adapter à ces contraintes. Une première approche met l'accent sur l'importance des interactions biotiques en tant que déterminants des trajectoires évolutives, et comment, en modélisant une hausse bénéfique de dépendance envers un bien commun, il est possible de prédire la dynamique d'une population subissant de tels évènements évolutifs. Une deuxième approche étudie comment les changements observés au niveau métabolique et fonctionnel et engendrés par des modifications de contraintes environnementales pourraient être prévus et testés. Sur la base d'une vision centrée sur le métabolisme, des travaux de modélisation et des travaux d’expérimentions ont été combinés pour étudier l'évolution de la spécialisation aux niveaux génétiques, métaboliques et fonctionnels. Nous montrons que les trajectoires évolutives suivies peuvent-être partiellement prédites en fonction de conditions environnementales spécifiques, mais que ces prédictions sont limitées en raison de la complexité du réseau de l'expression génétique. Ce travail exploratoire et interdisciplinaire augmente les connaissances sur les déterminants évolutifs et les trajectoires suivies par l'organisme au cours d’un phénomène de spécialisation. Il démontre également un grand potentiel de prédiction, notamment grâce à une perception métabolique des systèmes. / Is evolution predictable? While the usual response is an almost unanimous No, a growing corpus of knowledge suggests it is time to seriously revisit this answer. Even though mutations are still assumed to be random, the detection of genetic patterns underlying evolutionary events opens the door on potential strategies to forecast the evolutionary trajectories followed by organisms when they adapt to changing constraints. When organisms undergo functional specialization (through genes and function loss) to adapt to given environmental cues, the possible evolutionary paths they can take are restrained and should thus be more easily predictable. In this context of reductive evolution through specialization, the objectives of this thesis are to understand better the interaction between environmental constraints, metabolism, genetic evolution and functional adaptations, and in a second time to predict, for given environmental constraints, the evolutionary trajectories which will be followed by organisms to adapt to these constraints. A first approach focuses on the importance of biotic interactions as being determinants of evolutionary trajectories, and how by modelling a beneficial rise of dependency on a common good, we could predict the dynamic of a population undergoing such evolutionary events . A second approach investigates how changes entailed in metabolisms and functions by a change in environmental constraints could be forecast and tested. Based on a metabolic-centered view, we combined modelling and experimental work to encompass the evolution of specialization at the genetic, metabolic and functional levels. We show that evolution trajectories can partially be predicted according to specific environmental conditions, but that these predictions are limited due to the intricacy of the genetic expression network. This exploratory and interdisciplinary work increases the knowledge on evolutionary determinants and trajectories followed by organism during specialization. It also demonstrate a great potential for predictions, notably through a metabolic perception of the systems.