Les protéines kinases de type NIMA (NIMA related kinases - Neks) forment une famille relativement bien conservée chez les eucaryotes. Plusieurs d’entre elles, comme la protéine kinase NIMA d’Aspergillus nidulans et la protein Nek2 de mammifères ont fait l’objet d’études suffisamment approfondies pour les impliquer dans la régulation du cycle cellulaire. L’objectif du présent travail était de caractériser la famille des Neks chez les plantes, et plus particulièrement de déterminer le rôle de PNek1, une Nek de peuplier. J’ai identifié neuf PtNeks chez Populus trichocarpa, sept AtNeks chez Arabidopsis thaliana et six OsNeks chez Oryza sativa. L’analyse phylogénétique et leur distribution chromosomique suggèrent une descendance unique chez les plantes, probablement à partir de Nek1. L’analyse du profil d’expression transcriptionnelle indique que la régulation de l’expression des Neks est liée aux patrons de développement basipétal de la feuille et vasculaire de la plante. Plus particulièrement, l’analyse de l’expression du gène PNek1 révèle une concordance exacte avec les sites de production de l’auxine, du développement basipétal de la feuille et de l’initiation du système vasculaire. PNek1 n’est toutefois pas induite par la signalisation de l’auxine. La surexpression de PNek1 chez Arabidopsis induit des anomalies importantes au niveau de l’inflorescence, empêchant même la fertilisation de la fleur. Au plan cellulaire, PNek1 est localisé dans le nucléole et s’accumule lors de la phase G2 précédant la mitose. L’accumulation de PNek1 est aussi induite lors d’un stress génotoxique au point de contrôle en G1/S. Des résultats récents de double hybride indiquent que PNek1 pourrait être impliquée dans la maturation de l’ARNm puisqu’elle interagit avec DBR1, une protéine directement impliquée dans l’épissage. Le présent travail offre une perspective inédite de la littérature des Neks comme régulateurs du cycle cellulaire. Le contexte biologique particulier du peuplier m’a aussi conduit à associer les Neks au développement d’organes complexes. Cette approche et ces observations représentent donc en soit une contribution originale, se distinguant des nombreuses études antérieures faites chez les mammifères, où seule leur relation au cycle cellulaire a été étudiée. / The NIMA-related kinases family (Neks) is well conserved among eukaryotes. Several studies, especially on Aspergillus nidulans NIMA and mammalian Nek2, have tagged them as cell cycle regulators. The objective pursued in this work was to characterise the plant Nek family and, more specifically, to identify a possible role for PNek1, a Nek from poplar tree. Here, I describe nine PtNeks in Populus trichocarpa, seven AtNeks in Arabidopsis thaliana and six OsNeks in Oryza sativa. Phylogenetic analysis in addition to their chromosomal distribution suggest a unique origin for all plant Neks. Exhaustive transcript expression analysis indicates that plant Neks regulation is related to the basipetal and vascular plant development patterns. Moreover, PNek1 promoter expression analysis reveals a striking similarity with sites of auxin production, basipetal leaf development and vascular initiation. However, PNek1 is not induced by auxin signalling. PNek1 overexpression in Arabidopsis induces severe inflorescence anomalies, which can lead to flower sterility. At the cell level, PNek1 is localised in the nucleoli and accumulates during the G2 phase before the onset for mitosis. PNek1 transcript accumulation could also be induced by a genotoxic stress at the G1/S checkpoint. Yeast two-hybrid experiments indicate that PNek1 could be involved in mRNA maturation since it interacts with DBR1, a protein directly involved in RNA splicing. This work offers a unique perspective to the actual Neks literature as cell cycle regulators. The particular biological context of poplar trees also brought me to associate Neks with complex organ development. This approach and these observations represent an original contribution, distinguishing itself from the numerous mammalians studies which only looked at their relation to the cell cycle regulation.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2009-2010 / Les poissons de la famille Salmonidae ont posé de nombreuses difficultés aux systématiciens qui ont tenté d'élucider leurs relations évolutives. Plusieurs ambiguïtés persistent à tous les niveaux de la phylogénie de cette famille et un portrait phylogénétique exhaustif comprenant de nombreux représentants de Salmonidae n'a toujours pas été obtenu. Différentes causes ont été suggérées pour expliquer les difficultés à obtenir un consensus phylogénétique, mais la portion relativement restreinte des taxons échantillonnée jusqu'ici pour effectuer les inferences milite en faveur de cette nouvelle stratégie. Dans le cadre de ce projet de maîtrise, des séquences mitochondriales (gènes cytochrome b et cytochrome c oxydase I; 2403 pb) et des AFLP (3304 loci) ont été produits afin de conduire des analyses phylogénétiques sur 107 taxons représentant une portion importante de la biodiversité spécifique de la famille. Afin de vérifier la congruence et la robustesse des différents signaux, de diminuer l'influence d'erreurs stochastiques et d'évaluer l'apport de l'échantillonnage des taxons sur la phylogénie, une supermatrice comprenant l'ensemble des séquences mitochondriales et nucléaires disponibles sur GenBank a été élaborée à partir de ce vecteur de taxons, constituant ainsi le plus grand nombre d'évidences (taxons et caractères) ayant été amenées dans un cadre phylogénétique jusqu'à ce jour. Cette stratégie a permis d'améliorer la résolution phylogénétique par l'augmentation du signal historique et la détection de biais systématiques, mettant en évidence certaines des difficultés biologiques (par ex.: hybridation, radiations) et méthodologiques ayant mené aux nombreuses contradictions entre les hypothèses phylogénétiques précédentes. En plus d'offrir un portrait qui fait plus que doubler le nombre d'espèces incluses dans la phylogénie et d'avoir inféré avec robustesse la séquence évolutive des genres de Salmoninae, la reconstruction temporelle de l'évolution et des taux de diversification obtenue par l'enracinement de l'arbre phylogénétique avec le groupe Esociformes et l'inclusion de cinq points de calibration fossile témoigne de l'ampleur temporelle de l'évolution dans Salmonidae et demande de considérer une nouvelle hypothèse pour l'enracinement de la famille et la séquence évolutive de ses sous-familles.

Parmi les paramètres influençant l'inférence d'arbres phylogénétiques, nous nous sommes penchés d'une part sur (i) l'utilisation et l'efficacité de différents marqueurs et (ii) l'influence de la radiation évolutive (la succession rapide d'événements de spéciation) dans la construction d'arbres phylogénétiques et, d'autre part, sur l'applicabilité du modèle de substitution nucléotidique GTR (General Time Reversible).<p><p>La première partie de ce travail étudie l'évolution des cétacés en se basant sur les séquences des génomes mitochondriaux, sur le motif d'insertion de rétroposons SINEs (short interspersed elements) nouvellement isolés et les loci nucléaires de ces derniers. Le choix des cétacés est motivé par la présence, durant leur évolution, de radiations évolutives, qui sont propices au tri différentiel de lignées généalogiques: si des séquences de gènes ou des allèles restent polymorphes entre des événements de spéciations, il est possible, et même probable, d'observer une incompatibilité entre les histoires évolutives de ces marqueurs, malgré que celles-ci soient bien correctes. Nous abordons l'étude du tri différentiel des lignées généalogiques par le biais des SINEs, dont l'insertion aléatoire et irréversible confère à ces marqueurs un risque de convergence particulièrement faible.<p><p>Notre approche multi-marqueur nous permet de reconstruire un arbre robuste à partir duquel nous analysons ces différents marqueurs à l'aide des rapports signal/bruit (la qualité du contenu informatif du marqueur) et effort/signal (les efforts à mettre en oeuvre pour obtenir du signal phylogénétique). Nous discutons également les relations conflictuelles/incorrectes obtenues à partir des différents marqueurs, notamment des motifs d'insertion de SINEs pour lesquels nous décrivons un test objectif nous permettant de différencier le tri différentiel de lignées généalogiques et la convergence.<p><p><p>Les modèles de substitutions nucléotidiques sont à la base de nombreuses méthodes d'inférence phylogénétiques. Parmi ces modèles, le modèle GTR est un des plus complets et des plus utilisés. Waddell and Steel [1997] ont décrit une procédure qui permet d'estimer les distances et les taux instantanés de substitution pour des séquences évoluant selon les hypothèses du modèle GTR. Il existe néanmoins des conditions qui rendent cette procédure, et donc l'utilisation du modèle GTR, inapplicables. <p><p>Nous avons simulé l'évolution de séquences d'ADN le long de 12 arbres caractérisés par un ensemble de conditions biologiquement plausibles (différentes longueurs de branches, des conditions de (non-)homogénéité de la matrice de taux instantanés de substitution et différentes longueurs de séquences). Pour chaque ensemble de conditions, nous avons évalué (i) l'applicabilité du modèle GTR et (ii) la qualité des alignements obtenus à partir des données simulées. <p><p>Nos résultats indiquent que l'inapplicabilité de la procédure de Waddell and Steel [1997] peut effectivement être considérée comme un problème pratique car elle apparaît avant les difficultés d'alignement (étape nécessaire et préalable à toute inférence phylogénétique). La probabilité de cette inapplicabilité dépend du taux de substitution et de la taille des données.<p> / Doctorat en sciences, Spécialisation biologie moléculaire / info:eu-repo/semantics/nonPublished

dans lesquelles les rétrotransposons jouent un rôle moteur. Dans ce cadre, nous nous sommes fixé trois objectifs de travail : 1) améliorer notre connaissance des relations phylogénétiques au sein du genre Lupinus (Fabaceae) par l'utilisation de nouveaux marqueurs nucléaires (ARNr-ETS et SymRK), 2) évaluer par amplification et par hybridation in situ la diversité, l'abondance et le rôle des rétrotransposons Ty1/copia et Ty3/gypsy dans les variations de taille de génome des lupins, et 3) séquencer, annoter et comparer une première région génomique disponible pour un lupin avec les régions homologues d'autres fabacées. La phylogénie obtenu améliore notre compréhension de l'histoire évolutive des lupins, etmet en évidence des schémas de variation de taille de génome différents d'une lignée à l'autre. Les analyses de rétrotransposons révèlent que les éléments copia et gypsy contribuent de façon plus significative aux différences de taille de génome chez les lupins méditerranéens que chez les lupins africains et suggèrent différents modes et mécanismes d'évolution de la taille des génomes au sein du genre. À l'échelle locale (région du gène SymRK), nous confirmons la forte implication de ces éléments qui représentent 25% de la région analysée chez Lupinus angustifolius.

Les systèmes toxine-antitoxine (TA) sont composés de deux gènes organisés en opéron retrouvés chez la quasi-totalité des bactéries ainsi que chez les archées. Ils ont été découverts sur des plasmides, où ils induisent une tuerie post-segregationnelle (PSK). En effet, l’antitoxine est instable car elle est dégradée par une protéase ATP dépendante. Lors de la réplication, si un plasmide portant un système TA n’est pas transmis à la cellule fille, celle-ci recevra tout de même une partie du cytoplasme de la cellule mère qui contenait des protéines de toxine et d’antitoxine. Cette dernière étant instable, et sans synthèse de novo, la toxine va se retrouver libre d’affecter sa cible cellulaire. Un système TA crée donc une addiction au plasmide qui le porte, stabilisant celui-ci.<p>Les systèmes TA se retrouvent également, dans un nombre de copies variable, au sein du chromosome. Dans ce cas, plusieurs hypothèses existent quant à leur fonction, comme la mort cellulaire programmée, la réponse au stress, la stabilisation de régions génomiques non essentielles, ou l’anti-addiction au plasmide.<p>L’origine et l’évolution des systèmes TA restent inconnues, alors qu’ils présentent des aspects intrigants. En effet, les toxines CcdB et MazF ont des séquences et des activités toxiques très différentes, malgré une structure proche ;les toxines RelE et ParE présentent des séquences proches, mais des fonctions différentes. À l’heure actuelle, les deux hypothèses concernant l’origine évolutive des systèmes TA sont soit qu’ils seraient tous issus d’un ancêtre commun, soit qu’ils auraient été réinventés plusieurs fois au cours de l’évolution, à partir d’un nombre limité de gènes.<p>Au cours de cette thèse, nous avons abordé la question de l’origine et l’évolution des systèmes TA de plusieurs manières :par la reconstruction de phylogénies et de séquences ancestrales, et par l’étude d’un système chromosomique particulier au sein de nombreuses souches d’Escherichia coli. Enfin, nous nous avons décidé d’analyser le contexte génomique des systèmes TA chromosomiques. Ces travaux ont notamment permis de mieux comprendre l’évolution des systèmes TA, et de conforter l’hypothèse selon laquelle ils seraient des éléments égoïstes, évoluant au sein des génomes sans gain d’aptitude pour l’hôte.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les Lémuriformes utilisés dans cette étude comprennent des représentants de la plupart des genres de Lemuridae (Eulemur, Hapalemur, Varecia), d'Indriidae (Indri, Propithecus, Avahi), de Lepilemuridae, de Cheirogaleidae (Cheirogaleus, Microcebus, Mirza), de Daubentonia. Un sub fossile (Megaladapis edwardsi) est également inclus dans l'analyser, ainsi que deux espèces de Tupaia. Les reconstructions phylogénétiques sont effectuées à partir, soit d'un fragment de 357 bp issu du cytochrome b, soit à partir d'un fragment de 393 bp du 12S rRNA, soit à partir d'une combinaison des deux fragments précédents, en utilisant différentes méthodes (Neighbor-Joining, Maximum Likelihood, Maximum Parsimony, Parsimony Ratchet, Quarter Puzzeling). Ces reconstructions sont comparées par des tests LTR (Likelihood Test Ratio) et des tests 'quatre clusters'. L'arbre phylogénétique les plus 'crédible' est alors: ((Cheirogaleidae, (Indriidae, (Lepilemuridae, Megaladapis)), ((Eulemur, Hapalemur), Varecia)), (Daubentonia, Tupaia)) L'association trouvée entre Daubentonia et Tupaia peut indiquer l'existence de deux colonisations distinctes de Madagascar par les Lemuriformes, l'une ayant donné naissance à la lignée des Daubentonia et l'autre à l'ensemble des autres Strepsirhini malgaches. Le sub fossile Megaladapis edwardsi se trouve groupé avec les Lepilemuridae et cet ensemble apparaît comme le cluster frère de celui formé par les Indriidae. Il a également été possible de montrer que les différentes séquences étudiées évoluaient sous des horloges moléculaires locales. Enfin les dates de divergence des principaux groupes ont pu être déterminées. La séparation la plus ancienne (voisine de 60 millions d'années) est trouvée pour la divergence entre Daubentonia et Tupaia; alors que la plus récente (voisine de 11 millions d'années) est celle impliquant le Megaladapis et les Lepilemuridae. Pour les autres groupes les dates de divergence se répartissent entre 48 et 29 millions d'années.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2008-2009 / La génogéographie de l'épinette nOIre (Picea mariana) a été étudiée à l'échelle transcontinentale à l'aide de marqueurs microsatellites de l'ADN chloroplastique, puis comparée à celle obtenue par Jaramillo-Correa et al. (2004) à l'aide de marqueurs du génome mitochondrial. Cette approche a permis de confirmer l'existence de lignées génétiques distinctes au sein des populations modernes résultant de l'isolation probable des arbres dans plusieurs populations ancestrales lors du dernier épisode glaciaire. L'intensification de l'échantillonnage a permis de détecter une nouvelle lignée génétique en Alaska. La comparaison de l'étendue des lignées chloroplastiques et mitochondriales a montré que le flux génique par le pollen est beaucoup plus important que celui par les graines et agit préférentiellement de manière unidirectionnelle d'ouest en est. Cette étude a également mis en évidence que certains individus sont caractérisés par des assemblages de génomes chIoroplastique . et mitochondrial probablement apparus sous l'effet du flux génique lors de la recolonisation postglaciaire.

Parmi les dinosaures, le clade des Ornithopodes est l’un de ceux qui a rencontré le plus de succès. Apparus au Jurassique supérieur, le groupe s’est dispersé et diversifié jusqu’à sa disparition à la fin du Crétacé. Je me suis attachée à étudier le cerveau des Ornithopodes d’Europe et d’Asie, à établir des comparaisons avec les autres archosaures et de nouveaux arbres phylogénétiques incluant des caractères issus de l’endocrâne. Pour ce faire, des moulages et des reconstitutions à partir de données CT-scan ont été réalisées pour étudier la cavité endocrânienne de divers membres de ce groupe. J’ai réalisé des moulages endocrâniens en silicone de 3 taxons et les reconstructions à partir de données CT-scan de 3 autres taxons de Dinosaures Ornithopodes. Une collection unique d’endocrânes de crocodiles et d’oiseaux récents étend les possibilités de comparaison. Certains endocrânes des taxons fossiles ont confirmé les caractéristiques décrites précédemment dans la littérature, tandis que de nouveaux éléments sont apparus. Les endocrânes n’ont en effet pas seulement livré la morphologie du cerveau, mais aussi des valleculae, le détail des nerfs crâniens et de la glande pituitaire. J’ai ainsi pu étendre la présence de valleculae, qui est un indice fort en faveur d’un télencéphale développé, chez un nouvel Hadrosauroidea, alors que cela n’était connu que chez les Hadrosauridae et les membres dérivés de deux autres groupes (Theropoda et Pachycephalosauria). Le cerveau des Ornithopodes dérivés était caractérisé par des hémisphères cérébraux très larges et de forme arrondie. Les flexions crâniale et pontine sont inexistantes, à l’opposé de ce qui est observé chez les Saurischiens. Les pédoncules olfactifs étaient larges. J’ai également fourni de nouveaux exemples de l’influence de la taille de la glande pituitaire sur la taille totale de l’individu. Le cerveau des Ornithopodes a subi des changements au cours de leur évolution :le plus marquant est l’augmentation du volume des hémisphères cérébraux par rapport au reste du cerveau. J’émets l’hypothèse que cette augmentation résulte de la complexification des comportements chez les Ornithopodes.<p>Une nouvelle phylogénie a été établie, bénéficiant de l’apport de nouveaux caractères basés sur l’endocrâne. Elle apporte des éléments de réflexion intéressants quant à la position de plusieurs taxons d’Iguanodontia basaux. La résolution est cependant faible et d’autres études devront être menées dans le futur. Les relations de parenté ne sont pas stables et de faibles changements entraînent des différences notables dans les résultats des analyses phylogénétiques./Among the Dinosauria, Ornithopoda were one of the most successful clade. Since the Late Jurassic, they spread and diversified until the end of the Cretaceous. I studied the brain of Ornithopoda from Europe and Asia, established comparisons with other archosaurs and new phylogenetic analyses including endocranial characters. In order to do this, I made silicone endocasts of 3 taxa and virtual reconstructions from CT-scan dataset of 3 other taxa of ornithopod dinosaurs. A collection of extant crocodiles and birds allows more points of comparison. Some endocasts made on the fossil specimens confirmed previously described characteristics, while new ones were brought to our attention. The endocasts opened up not only the morphology of the brain, but also the anatomy of the cranial nerves, the pituitary gland and the presence of valleculae. This last element, evidence of a developped telencephalon, has been established in a new Hadrosauroidea species as his oldest occurrence. The brain of more derived Ornithopods was characterized by very large cerebral hemispheres. The pontine and cranial flexures disappeared, to the contrary to what is observed in Saurischians. The olfactory peduncles were large. New evidences about the correlation between the size of the pituitary gland and the size of the individual. The Ornithopod’s brain changed throughout their evolution :the most striking is the increase of the cerebral hemispheres. The complexity of behaviors exhibited by Ornithopods is suggested as the trigger of the increase of the size of the cerebral hemispheres.<p>A new phylogenetic analysis was established, including new characters from the endocranial cavity. It brings interesting perspectives about the position of several basal Iguanodontia. Unfortunately the resolution is weak and new studies will be needed. The relationships are not stable and small changes lead to instabilities in the result of the phylogenetic analysis. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Un des buts principaux de la biologie évolutive et de la médecine moléculaire consiste à reconstruire les relations phylogénétiques entre organismes à partir de leurs séquences moléculaires. En littérature, cette question est connue sous le nom d’inférence phylogénétique et a d'importantes applications dans la recherche médicale et pharmaceutique, ainsi que dans l’immunologie, l’épidémiologie, et la dynamique des populations. L’accumulation récente de données de séquences d’ADN dans les bases de données publiques, ainsi que la facilité relative avec laquelle des données nouvelles peuvent être obtenues, rend l’inférence phylogénétique particulièrement difficile (l'inférence phylogénétique est un problème NP-Hard sous tous les critères d’optimalité connus), de telle manière que des nouveaux critères et des algorithmes efficaces doivent être développés. Cette thèse a pour but: (i) d’analyser les limites mathématiques et biologiques des critères utilisés en inférence phylogénétique, (ii) de développer de nouveaux algorithmes efficaces permettant d’analyser de plus grands jeux de données. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Hox transcription factors are extensively investigated in diverse fields of molecular and evolutionary biology. Hox genes belong to the family of homeobox transcription factors characterised by a 60 amino acids region called homeodomain. These genes are evolutionary conserved and play crucial roles in the development of animals. In particular, they are involved in the specification of segmental identity, and in the tetrapod limb differentiation. In vertebrates, this family of genes can be divided into 14 groups of homology. Common methods to classify Hox proteins focus on the homeodomain. Classification is however hampered by the high conservation of this short domain. Since phylogenetic tree reconstruction is time-consuming, it is not suitable to classify the growing number of Hox sequences. The first goal of this thesis is therefore to design an automated approach to classify vertebrate Hox proteins in their groups of homology. This approach classifies Hox proteins on the basis of their scores for a combination of protein generalised profiles. The resulting program, HoxPred, combines predictive accuracy and time efficiency. We used this program to detect and classify Hox genes in several teleost fish genomes. In particular, it allowed us to clarify the evolutionary history of the HoxC1a genes in teleosts. Overall, HoxPred could efficiently contribute to the bioinformatics toolbox commonly used to annotate vertebrate Hox sequences. This program was then evaluated in non-vertebrate species. Although not intended for the classification of Hox proteins in distantly related species, HoxPred showed a high accuracy in bilaterians. It has also given insights into the evolutionary relationships between bilaterian posterior Hox genes, which are notoriously difficult to classify with phylogenetic trees.<p><p>As transcription factors, Hox proteins regulate target genes by specifically binding DNA on cis-regulatory elements. Only a few of these target genes have been identified so far. The second goal of this work was to evaluate whether it is possible to apply computational approaches to detect Hox cis-regulatory elements in genomic sequences. Regulatory Sequence Analysis Tools (RSAT) is a suite of bioinformatics tools dedicated to the detection of cis-regulatory elements in genomes. We participated to the development of matrix-based pattern matching approaches in RSAT. After having performed a statistical validation of the pattern-matching scores, we focused on a study case based on the vertebrate HoxB1 protein, which binds DNA with its cofactors Pbx and Meis. This study aimed at predicting combinations of cis-regulatory elements for these three transcription factors. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished