La bactérie Deinococcus radiodurans est connue pour sa capacité à résister à un grand nombre de traitements génotoxiques parmi lesquels on peut citer l’exposition aux rayons ionisants, aux ultra-violets, à la mitomycine C, à la dessication et au stress oxydant. Elle est capable lors d’une exposition à des doses extrêmes de rayons γ générant des centaines de cassures de l’ADN de reconstituer un génome intact en seulement 2 à 3 heures via un mécanisme original, l’ESDSA, impliquant une synthèse massive d’ADN pendant la phase de réparation des cassures de l’ADN. En plus de mécanismes efficaces de réparation de l’ADN, elle possède un kit de survie comprenant une compaction importante du nucléoïde, des mécanismes de protection des protéines contre l’oxydation, une réponse originale aux lésions de l’ADN et des protéines spécifiques induites après irradiation. Tous ces facteurs contribuent au maintien de l’intégrité du génome et à la survie de la cellule lors de l’exposition à différents agents génotoxiques. Souvent considéré comme un organisme ayant une stabilité génomique exceptionnelle, cette bactérie possède dans son génome un grand nombre de séquences répétées et des éléments mobiles et est par ailleurs naturellement compétente. Ce sont autant de facteurs pouvant participer à la variabilité génétique de cette espèce. Je me suis donc intéressée lors de ma thèse à deux processus pouvant participer à l’instabilité génétique chez D. radiodurans : la recombinaison entre séquences répétées et la transformation naturelle.L’introduction dans le génome de D. radiodurans de séquences répétées directes de 438 pb séparées par des régions d’ADN d’une longueur allant de 1479 pb à 10 500 pb m’a permis de mettre en évidence le rôle majeur joué par l’appariement simple brin (Single Strand Annealing ou SSA) impliquant la protéine DdrB, spécifique des Deinococcaceae, joue un rôle majeur dans la recombinaison « spontanée » entre les séquences répétées en absence de la recombinase RecA. L’absence de DdrB dans des souches déficientes pour la recombinaison augmente davantage la perte de viabilité observée dans ces souches ce qui suggère que le SSA participe à la prise en charge de fourches de réplication bloquées, source majeure d’instabilité génétique en absence de stress extérieur, si ces fourches ne peuvent être prise en charge par des voies impliquant des protéines de recombinaison. Je me suis également intéressée à la transformation naturelle et aux protéines impliquées dans ce processus chez D. radiodurans. J’ai pu démontrer que la protéine DprA impliquée dans la protection de l’ADN simple brin et le chargement de RecA sur l’ADN simple brin internalisé lors de la transformation de nombreuses espèces comme Streptococcus pneumoniae, Bacillus subtilis ou Helicobacter pylori, est également impliquée dans la transformation chez D. radiodurans. J’ai pu montrer également qu’en plus de jouer un rôle majeur dans la transformation par de l’ADN plasmidique, DdrB est impliquée dans la transformation par de l’ADN génomique si la protéine DprA est absente. / The bacterium Deinococcus radiodurans is known for its ability to withstand a large number of genotoxic treatments, including exposure to ionizing or ultraviolet radiation, mitomycin C, desiccation, and oxidative stress. It is able, upon exposure to extreme doses of γ-radiation generating hundreds of DNA breaks, to reconstitute an intact genome in only 2 to 3 hours via an ESDSA mechanism, involving massive DNA synthesis during DNA double strand break repair. Together with efficient DNA repair mechanisms, D. radiodurans possesses a survival kit comprising significant compaction of its nucleoid, protection mechanisms against protein oxidation, an original response to DNA damage and specific proteins induced after irradiation. All of these contribute to the maintenance of genomic integrity and cell survival upon exposure to various genotoxic agents. In spite of the idea that D. radiodurans is an organism with outstanding genomic stability, this bacterium has in its genome a large number of repeat sequences and mobile elements and is also naturally competent. All these factors contribute to the genetic variability of species. I was interested in two processes that can play a role in genetic variability in D. radiodurans: recombination between repeated sequences and natural transformation.The introduction, into the genome of D. radiodurans, of 438 bp direct repeated sequences separated by DNA regions ranging from 1,479 bp to 10,500 bp in length allowed me to demonstrate the major role of Single Strand Annealing (SSA) involving the DdrB protein specific for Deinococcaceae, in the "spontaneous" recombination between the repeated sequences in the absence of the RecA recombinase. The absence of DdrB in strains deficient for recombination further increased the loss of viability observed in these strains, suggesting that SSA is required for the management of blocked replication forks, a major source of genetic instability in the absence of external stress when these forks cannot be rescued by pathways involving recombination proteins.I was also interested in the natural transformation and proteins involved in this process in D. radiodurans. I demonstrated that DprA protein involved in DNA single strand protection and loading of RecA on single-stranded DNA internalized during transformation of many species such as Streptococcus pneumoniae, Helicobacter pylori, or Bacillus subtilis, is also involved in this process in D. radiodurans. I also showed that, in addition to playing a major role in transformation by plasmid DNA, DdrB is also involved in transformation by genomic DNA of cells devoid of the DprA protein.

La bactérie Agrobacterium tumefaciens est bien connue pour son utilisation en génie génétique végétale où elle sert comme vecteur de gènes. A l’origine, cette bactérie ainsi que l’espèce voisine Agrobacterium rhizogenes sont des bactéries phytopathogènes qui induisent respectivement des tumeurs et des racines anormales sur des plantes sensibles telles que la vigne ou des arbres fruitiers. L’action pathogène résulte d’un transfert horizontal de gènes de la bactérie vers l’hôte végétal, à partir d’un plasmide, le pTi (plasmide inducteur de tumeurs) ou pRi (plasmide inducteur de racines). Mon travail de thèse concerne deux aspects particuliers de cette bactérie.1. Sa capacité à transformer durablement des espèces végétales dans la nature, donnant ainsi naissance à des plantes naturellement transformées, notamment dans le genre Nicotiana. Nous avons pu montrer par séquençage à haut débit du génome de N. tomentosiformis et par l’analyse d’autres séquences complètes de Nicotianées publiées récemment l’existence inattendue de 5 séquences venant d’Agrobacterium (cT-DNAs) avec une taille total de 65 kb, dont certaines portent des gènes intacts. Nous avons montré que deux de ces gènes (TB-mas2’ de N. tabacum et TE-6b de N. otophora) ont une activité biologique. Une étude comparative approfondie a permis de mieux comprendre l’évolution de ces cT-DNAs (Chen et al., 2014). Le gène mas2’ est bien connu, il code pour une enzyme qui catalyse la synthèse du désoxyfructosyl-glutamine (DFG) dans des tumeurs ou racines induites par Agrobacterium. Des résultats récents dans notre groupe portant sur le gène TB-mas2’ montrent que ce gène est exprimé de façon très active dans plusieurs cultivars de N. tabacum, et y donne naissance à l’apparition de quantités mesurables de DFG. Ce travail est présenté sous forme d’un manuscrit à soumettre.2. Une deuxième partie de la Thèse concerne les propriétés du gène T-6b, qui fait partie de l’ADN transféré par A. vitis souche Tm4 et provoque une croissance anormale caractérisée par l’apparition d’énations, sans que l’on connaisse son mode d’action. Le gène 6b fait partie de la famille des gènes plast (pour plasticité phénotypique), avec des effets différents et souvent remarquables sur la croissance des plantes. Le gène T-6b a été mis sous contrôle d’un promoteur inductible par le dexaméthasone, et des plantes de tabac transformées par cette construction ont été étudiées en détail, à différents moments après son induction. Un grand nombre de changements a été décrit incluant des analyses anatomiques montrant des modifications encore jamais décrites chez les plantes, comme par exemple l’apparition de méristèmes foliaires ectopiques à la base de trichomes, ou l’apparition de systèmes vasculaires ectopiques parallèles au système vasculaire normal avec un développement régulier menant à des structures complexes ordonnées (Chen and Otten, 2015). Le gène TE-6b de N. otophora a été mis sous contrôle d’un promoteur fort constitutif et introduit dans des plantes de tabac, où il provoque des changements de croissance différents de ce qui a été observé pour le gène T-6b. Ces derniers résultats préliminaires sont présentés en complément des observations sur le gène T-6b. Ils indiquent que le transfert horizontal du gène TE-6b vers l’ancêtre de N. otophora aurait pu contribuer à une modification de la croissance et ainsi à la création d’une nouvelle espèce. / The bacterium Agrobacterium tumefaciens is well-known for its utilisation in plant genetic engineering where it serves as a gene vector. This bacterium and the related species Agrobacterium rhizogenes are phytopathogens that induce tumors and hairy roots respectively on susceptible plants like grapevine or fruit trees. Their phytopathogenicity is due to horizontal transfer of bacterial genes to the plant host, from a plasmid called the Ti (tumor-inducing) or Ri (root-inducing) plasmid. The subject of my Thesis concerns two particular aspects of this bacterium.1. Their capacity to stably transform several plant species in nature, thereby yielding naturally transformed plants, especially in the genus Nicotiana. We have shown by deep sequencing of the Nicotiana tomentosiformis genome and by analysis of other recently published Nicotiana sequences the presence of five different Agrobacterium-derived sequences (cT-DNAs), totalling 65 kb, some of which carry intact genes. We have shown that two of them (TB-mas2’ from N. tabacum and TE-6b from N. otophora) have biological activity. A detailed comparative study has allowed us to better understand the evolution of these cT-DNAs (Chen et al., 2014). The mas2’ gene is well-known, it codes for the synthesis of desoxyfructosyl-glutamine (DFG) in tumors or roots induced by Agrobacterium. Recent work in our group has shown that the TB-mas2’ gene is highly expressed in some N. tabacum cultivars and leads to the accumulation of detectable amounts of DFG. This work is presented as a manuscript to be submitted.2. A second part of the Thesis describes new properties of the T-6b gene, which is part of the DNA transferred by A. vitis strain Tm4 and leads to abnormal growth caracterized by the appearance of enations, so far the mode of action of this gene is unknown. The 6b gene is part of the so called plast family (for phenotypic plasticity), with different and often remarkable growth effects on plants. The T-6b gene wasearlier placed under control of a dexamethasone-inducible promoter, and tobacco plants transformed with this construct have now been studied in detail, at different times after the start of induction. A large number of changes was analyzed, both at the morphological and anatomical level, these include various unprecedented morphological changes, like for example the appearance of shoot primordia at the base of trichomes, or the appearance of ectopic vascular strands parallel to the normal strands with a regular development leading to complex but predictable structures (Chen and Otten, 2015). The TE-6b gene from N. otophora was placed under strong and constitutive promoter control and introduced into tobacco, where it was found to cause new types of morphological change, different from those observed for T-6b. The latter results are preliminary and will be presented as a complement to the work on T-6b. They indicate that the introduction of the TE-6b gene in the N. otophora ancestor could have caused a change in growth pattern, and might have favored the appearance of a new species.

La transformation génétique naturelle contribue au maintien et à l'évolution des génomes bactériens, elle constitue pour les bactéries un mécanisme clé pour s'adapter à l'environnement. Elle permet l'intégration d'ADN exogène au sein du chromosome bactérien par recombinaison homologue lors d'un état physiologique particulier de la bactérie appelé compétence. Mon travail de thèse a porté sur la régulation de la compétence chez S. pneumoniae (ComD, ComE) et sur les interactions entre les protéines impliquées dans la prise en charge, le traitement et la recombinaison de l'ADN transformant (DprA, RecA). Chez cette bactérie, l'entrée en compétence est sous le contrôle du système à deux composantes ComD-ComE qui induit la transcription des gènes cibles. DprA est l'une des protéines surexprimée lors de la compétence, elle est très conservée dans le monde bactérien, et participe à la fermeture de la compétence via une interaction directe avec ComE. DprA est également une protéine centrale de la transformation impliquée dans la protection de l'ADN entrant contre les nucléases, et dans le recrutement de la recombinase RecA. L'analyse par SAXS du complexe ComD-ComE, la résolution de la structure cristallographique des domaines REC de ComE, et l'étude des interaction entre ComE et ses régions promotrices ont permis de mieux comprendre la chorégraphie de l'entrée en compétence de S. pneumoniae. En parallèle, nous avons étudié les interactions de SpDprA avec l'ADN et avec RecA. Ces données nous ont permis de proposer un modèle d'interaction entre DprA et RecA chez S. pneumoniae et de proposer un mécanisme de chargement de RecA sur l'ADNsb par DprA. Je me suis également intéressée à DprA de H. pylori en participant à la résolution de la structure 3D de son domaine C-terminal par RMN et en étudiant son interaction avec l'ADNdb. / The natural genetic transformation contributes to the maintenance and the evolution of the genomes in bacteria; it is a key mechanism to adapt to their environment. It allows the integration of exogenous DNA into the bacterial chromosome by homologous recombination during a particular state called competence.My thesis focused on the regulation of the competence state in S. pneumoniae (ComD, ComE), and on the interactions between the proteins involved in the uptake, the processing and recombination of exogenous DNA (DprA, RecA). In this bacterium, the opening of the competence is under the control of the two-component system ComD-ComE, who induces the transcription of target genes. DprA is one of the protein induced during the competence state, it is very conserved into the bacterial kingdom, and is involved in the closure of competence via direct interaction with ComE. DprA is also a key transformation protein involved in processing the incoming DNA, protection against nucleases, and recruitment of the RecA recombinase. SAXS analysis of the ComD-ComE, resolution of the crystallographic structure of ComE REC domain study of the interactions between ComE and its promoter regions allowed us to understand the choreography of competence opening in S. pneumoniae. Meanwhile, we studied spDprA interactions with DNA and with RecA. These data allowed us to propose an interaction model between DprA and RecA in S. pneumoniae and to propose a mechanism for RecA's loading on the ssDNA by DprA. I focused too on H. pylori DprA participating on the resolution of the 3D structure of the C-terminal domain by NMR and studying its interaction with the dsDNA.