L’abscission des organes chez les végétaux est hautement régulée au cours du développement. Ce processus physiologique qui consiste à diminuer l’adhésion entre deux cellules adjacentes dépend de l’environnement, du stress, de l’attaque de pathogènes ou encore de l’état physiologique de la plante. L’abscission du fruit et de la graine jouent un rôle déterminant dans le cycle de vie de la plante et en particulier, un rôle central dans la dispersion des graines. C’est également un caractère commun de domestication avec des conséquences économiques pour la plus part des espèces cultivées. Le palmier à huile (Elaeis guineensis) est largement cultivé dans toutes les zones tropicales et l’huile de palme représente aujourd’hui plus d’un tiers des huiles végétales produites dans le monde. La maturation des fruits au sein des régimes est asynchrone. Ainsi, les fruits les plus murs tombent avant le murissement complet du régime, entrainant une baisse du rendement d’une part et rendant leur collecte manuelle fastidieuse et couteuse d’autre part. Dans ce context, le contrôle ou la réduction de la chute des fruits permettrait une meilleure gestion de la récolte à des couts réduits. Dans le cadre de cette étude, un protocole de phénotypage du processus d’abscission du fruit du palmier à huile a été développé et utilisé pour identifier des génotypes à faible ou retard d’abscision des fruits arrivés à maturité. En parallèle, des analyses comparatives de transcriptomes et de protéomes issus de la zone d’abscission (ZA) du fruit ont été conduites tout au long du processus de séparation cellulaire, déclenché au laboratoire par un traitement à l’éthylène ou bien de manière naturelle au champ. Au total 1957 gènes présentent une expression différentielle significative dans la ZA du fruit au cours du processus d’abscission induit par l’éthylène. Parmi ces gènes, 64 sont spécifiquement (ou majoritairement) exprimés dans la ZA des fruits arrivés à maturité par comparaison avec les tissus où le processus de séparation cellulaire n’est pas observé (pédicelle et mésocarpe des fruits murs ; ZA non fonctionnelle des fruits immatures). Le profil d’expression de ces 64 gènes candidats a été également analysé dans la ZA des fruits mûrs prélevés au champ, afin de conforter leur rôle potentiel au cours de l’abscission déclenchée naturellement. Ainsi, en utilisant les nouvelles technologies de séquençage du transcriptome et du protéome, couplées à une analyse biochimique et cellulaire des modifications de la paroi dans la ZA, ce travail a permis de mettre en évidence la conservation de certains processus moléculaires associés à l’abscission des organes chez les monocotylédones par comparaison avec les espèces modèles dicotylédones, telles que la tomate et Arabidopsis. Par exemple, l’identification de gènes codant des polygalacturonases très proches de celles qui sont impliquées dans l’abscission de la fleur chez Arabidopsis suggère la conservation de leur fonction dans l’hydrolyse de la pectine des cellules des ZA, malgré la divergence phylogénétique entre les espèces. Enfin, ce travail a permis également d’identifier de nouveaux régulateurs associés au processus de séparation cellulaire et fournir une liste de gènes associés à des processus biologiques étroitement liés à la fonction de la ZA chez le fruit du palmier à huile. / Plant organ abscission is a complex developmental process that involves cell separation regulated by the environment, stress, pathogens and the physiological status of the plant. In particular, seed and fruit abscission play a central role in seed dispersion and plant reproductive success, and are common domestication traits with important agronomic consequences for many crop species. Oil palm (Elaeis guineensis) is cultivated throughout the tropical regions as one of the most economically important oil crop species in the world. The unsynchronized ripening of the oil palm fruit bunch leads to the abscission of the ripest fruit and consequently high labor cost for harvest and loss of yield. In this context, the control of oil palm ripe fruit abscission is an important agricultural concern for the cultivation of oil palm in a sustainable and cost effective way. In the present study, a protocol to phenotype the oil palm fruit abscission process was developed and used to identify a tree in the field that does not undergo ripe fruit abscission. In parallel, transcriptome and proteome analyses of the oil palm ripe fruit abscission zone (AZ) during abscission induced experimentally by ethylene compared to the AZ undergoing natural abscission in the field was performed. A total of 1,957 candidate genes were identified statistically as differentially expressed in the ripe fruit AZ during ethylene-induced abscission. Furthermore, a total of 64 of these differentially abundant candidates were statistically specific or enriched at least during one time point of the ethylene induced abscission, compared to their profiles in the AZ of immature fruit and the pedicel of ripe fruit, where cell separation is not observed. The profiles of these gene candidates were examined in the ripe fruit AZ undergoing natural abscission in the field to validate their potential role during abscission. Finally, the profiles of selected candidate genes were then examined in the AZ of the tree observed not to undergo fruit abscission in the field. The combined approaches provide evidence of wide scale conservation of the molecular components involved in organ abscission of this monocot compared with the model dicot plants tomato and Arabidopsis. For example, the identification of polygalacturonases very similar to those that function during Arabidopsis floral organ abscission suggests a conservation of the components for pectin disassembly despite the phylogenetic distance between these species. In addition, the data from the global analysis and complementary molecular, cellular and biochemical approaches suggest novel components and provide a robust list of genes and processes important for AZ function during ripe fruit abscission of this important monocot crop species.

Les maladies infectieuses sont souvent étudiées à l'aide d'approches réductionnistes alors qu'elles sont fortement influencées par de nombreux facteurs hôtes et environnementaux en interaction. Ainsi, de nombreuses maladies d’étiologie complexe restent difficiles à caractériser. En développant une approche holistique pour aborder la complexité de l'interaction, (i) nous avons déchiffré les interactions complexes sous-jacentes au syndrome de mortalité des huîtres du Pacifique chez les juvéniles d’huîtres Crassostrea gigas, la principale espèce d'huître exploitée dans le monde et (ii) nous avons validé le mécanisme de pathogénèse quel que soit l’environnement infectieux et le génotype de l’huître. En utilisant une expérience d’infection écologiquement réaliste combinée à des analyses moléculaires (métabarcoding, transcriptomique, et suivi des agents pathogènes) et histologiques sur des familles d'huîtres aux susceptibilités contrastées à la maladie, nous avons démontré que la maladie est causée par une infection multiple avec comme première étape nécessaire l’infection des cellules immunocompétentes de l’huître (les hémocytes) par OsHV-1µvar. La réplication du virus induit un état immunodéprimé de l’huître qui conduit à une septicémie par des bactéries pathogènes opportunistes entraînant la mort des huîtres. En identifiant les interactions intra-hôtes entre les microorganismes et l'immunité de l'hôte, cette étude déchiffre le code du syndrome de mortalité des huîtres du Pacifique et fournit d'importantes données pour la conception de mesures prophylactiques et de programmes de sélection d'huîtres résistantes au syndrome de mortalité. Nous pensons qu'une telle approche de la biologie des systèmes pourrait être appliquée pour déchiffrer d'autres maladies multifactorielles qui affectent des espèces d'invertébrés non modèles dans le monde entier. / Infectious diseases are very often explored using reductionist approaches, despite repeated evidence showing them to be strongly influenced by numerous interacting host and environmental factors. Many diseases with complex etiology therefore remain misunderstood. In this thesis, by developing a holistic approach to tackle the complexity of the interaction, (i) we deciphered the complex intra-host interactions underlying the Pacific oyster mortality syndrome affecting juveniles of Crassostrea gigas, the main oyster species exploited worldwide and (ii) we validated this mechanism in different infectious environments and oyster genotypes. Using ecologically realistic experimental infections combined with thorough molecular (metabarcoding, transcriptomics, pathogen monitoring) and histological analyses on oyster families with contrasting susceptibilities, we demonstrated that the disease is caused by a multiple infection whose initial and necessary step is the infection of oyster haemocytes by a herpesvirus. Viral replication leads to an immune-compromised state of the host, evolving toward subsequent bacteremia by opportunistic bacteria. By identifying critical intra-host interactions between microorganisms and host immunity, this study cracks the code of the Pacific oyster mortality syndrome and provides important molecular data for the design of prophylactic measures and breeding programs dedicated to the production of oysters resistant to the mortality syndrome. We believe that such a systems biology approach could be applied to decipher other multi-factorial diseases that affect non-model invertebrate species worldwide.

L'analyse de données d'expression montre qu'il est avantageux d'analyser les processus biologiques en termes de modules plutôt que simplement considérer les gènes un par un. Dans ce projet nous avons conduit une analyse non supervisée des données d'expression de gènes de plusieurs cohortes de tumeurs urothéliales en appliquant la méthode d'Analyse en Composantes Indépendantes. Plusieurs études ont démontré les meilleures performances de l'ACI par rapport à l'ACP et les méthodes de clustering, pour obtenir une décomposition plus réaliste des données d'expression en patterns d'expression pertinents et associés avec le phénotype d'intérêt.Les tumeurs urothéliales apparaissent et évoluent selon deux voies distinctes dont la probabilité de progression en cancer musculo-invasif diffère radicalement. Excepté la mutation de FGFR3 dans le groupe le moins agressif, les processus moléculaires sous-jacents n'ont pas été complètement identifiés. Le principal objectif de cette thèse était dédié aux interprétations biologiques des différentes composantes indépendantes pour aider à confirmer et étendre la liste des processus biologiques connus pour être impliqués dans le cancer de vessie.Chaque composante indépendante est caractérisée par une liste de projections de gènes et de contributions pondérées d'échantillons tumoraux . En combinant expertise biologique et comparaison des listes de gènes à des voies existantes et en étudiant conjointement l'association des composantes aux annotations cliniques et moléculaires, nous avons pu différencier les CIscausées par des facteurs techniques, tels que le prélèvement chirurgical de celles ayant des interprétations biologiques pertinentes. De plus, parmi les signaux pertinents biologiquement, cette analyse nous a permis de différencier les signaux provenant du stroma, comme la réponse immunitaire médiée par les lymphocytesB&T, de ceux produits par les tumeurs elles-mêmes, comme les signaux reliés à la prolifération ou à la différenciation. La classification des tumeurs selon leurs contributions à certaines CIs a pu être étroitement associée à des annotations anatomo-cliniques, et a mis en évidence de nouveaux sous-types de tumeur spotentiels, qui suggèrent l'existence de voies de progression supplémentaires dans le cancer de vessie. De façon similaire, l'étude des contributions de groupes de tumeurs basés sur des annotations cliniques ou moléculaires a montré différents niveaux de contamination par le stroma entre les tumeurs mutées et nonmutées pour FGFR3. La reproductibilité des composantes a été étudiée en utilisant des graphes de corrélation. La majeure partie des CIs interprétées a été validée sur trois jeux de données indépendants, et plusieurs d'entre elles ont aussi détectées dans un jeu de données de lignées cellulaires.Une deuxième étude sur le rétinoblastome a montré que nous pouvions tirer partie de l'ACI dans des contextes variés. Le rétinoblastome est initié par la perte des deux alléles du gène suppresseur de tumeur RB1. D'autres évènements génomiques non identifiés sont nécessaires à la progression de la maladie. Nous avons observé une association entre âge des patients et altérations génomiques. Les patients jeunes présentant moins d'altérations que les patients âgés, ces derniers présentant des gains du 1q et des pertes du 16q. Cette séparation des tumeurs selon l'âge est également observée sur les données d'expression, notamment en appliquant l'ACI dont l'une des composantes discrimine les patients selon leur âge. Ces résultats suggèrent l'existence de deux voies de progression dans le rétinoblastome. L'analyse des données à haut débit fournit de nombreuses listes de gènes. Afin de les interpréter, une possibilité est d'extraire les dernières publications groupées par sujets prédéfinis (fonction, localisation,...). / Practice of gene expression data analysis shows that it is advantageous to analyze biologicalprocesses in terms of modules rather than simply consider gene one by one. In this project, we conducted anunsupervised analysis of the gene expression data of several cohorts of urothelial tumors, applying theIndependent Component Analysis method. Several studies demonstrated the outperformance of ICA overPCA and clustering-based methods in obtaining a more realistic decomposition of the expression data intoconsistent patterns of coexpressed genes associated with the studied phenotypes[1, 2, 3, 4].Urothelial tumors arise and evolve through two distinct pathways which radically differ on their probabilityof progression to muscle invasion. Except the mutation of FGFR3 in the less aggressive group, theunderlying molecular processes have not been completely identified. The first and main objective of the PhDthesis was dedicated to the biological interpretation of the different independent components to help toconfirm and extend the list of biological processes known to be involved in bladder cancer.Each independent component (IC) is characterized by a list of gene projections on the one hand and weightedcontributions of tumor samples on the other hand. By combining biological expertise and comparison of theassociated list of genes to known pathways, and jointly studying the association of the components tomolecular and clinical annotations, we have been able to differentiate components that were caused bytechnical factors, such as surgical sampling, from those having consistent biological interpretationin terms of tumor biology. Moreover, among the biologically meaningful signals, this analysis allowed us todifferentiate the signals from stroma of the tumor, like immune response mediated by B- and T-lymphocytes,from the signals produced by the tumors themselves, like signals related to proliferation, or differentiation.The clustering of the tumor samples according to their contributions on some ICs can be closely associated toanatomo-clinical annotations, and highlighted new potential subtypes of tumors which suggest existence ofadditional pathways of bladder cancer progression. Similarly, the study of the contributions of preestablishedgroups of tumors based on clinical or molecular criteria showed different levels of stromacontamination between FGFR3 non-mutated and mutated tumors. The reproducibility of the components wasinvestigated using correlation graphs. The major part of the interpreted ICs was validated on threeindependent bladder cancer datasets, and several of them were also identified in an urothelial cancer celllines data set.A second study about retinoblastoma gave us the occasion to show that we can take advantage ofICA in various contexts. Retinoblastoma is initiated by the loss of both alleles of the RB1 tumor suppressorgene. Although necessary for initiation, other genomic events, that remain to be identified, are needed for theprogression of the disease [5]. We observed, as it was previously described [6], an association between age ofthe patients and levels of genomic aberrations, the younger patients having fewer alterations than the olderpatients, which generally present gain of 1q and loss of 16q. We showed that this tendency of the tumors tobe clustered into two groups of age can also be observed on the expression data by applying ICA whose oneof the component was highly correlated to the age of the patients. These results suggest the existence of twopathways of progression in retinoblastoma.The analysis of high throughput data provides many lists of genes. To interpret them, a possibility isto study the latest related publications grouped by pre-defined group of topics (function, cellular location...).To that aim, in a third study, we introduced a web-based Java application tool named GeneValorization whichgives a clear and handful overview of the bibliography corresponding to one particular gene list [7].

Gossypium hirsutum, le coton Upland, représente plus de 95% de la fibre de coton produite annuellement dans le monde et est cultivé dans environ 40 pays. La protection des champs de coton contre l’attaque des arthropodes herbivores nécessite des quantités importantes d’insecticides de synthèse, environ 18% de la consommation mondiale en 2000, bien que cela ait beaucoup diminué grâce au coton Bt et aux programmes d’éradication de certains ravageurs. Les composés organiques volatils (COV) naturellement émis par les plantes cultivées peuvent réduire les attaques d'insectes, les COV ayant une influence sur le comportement des arthropodes herbivores et des arthropodes auxiliaires. La recherche scientifique sur les COV des plantes a beaucoup augmenté depuis deux ou trois décennies. La stimulation des émissions de COV dans les champs de coton est désormais recommandée par les entomologistes du Cirad en tant que composante de la stratégie de protection. L’écimage (topping en anglais), c'est-à-dire couper la tête des cotonniers au cours de la floraison, stimule l'émission de COV de défense, une protection écologique qui limite les risques pour la santé dus aux insecticides synthétiques, pour les agriculteurs et les personnes des environs. L'objectif de la thèse était d'améliorer nos connaissances sur les bases génétiques des émissions de COV après l’écimage. La combinaison de plusieurs disciplines telles que la bio-informatique, l'écologie chimique et la génétique moléculaire nous a permis de: 1) analyser les séquences génomiques des gènes des voies de biosynthèse des COVs terpènes et terpénoïdes et des facteurs de transcription (TF) liés à la réponse au stress, à l'aide des bases de données publiées sur les génomes de trois espèces de coton, G. raimondii, G. arboreum (cotons diploïdes) et G. hirsutum (coton tétraploïde), 2) étudier les émissions de COV par les feuilles de coton des plants de G. hirsutum en réponse à l’écimage, en capturant ces molécules en serre et en caractérisant leurs profils cinétiques par chromatographie en phase gazeuse-spectrométrie de masse (GC-MS), incluant des mesures quantitatives, et 3) étudier les modifications de l'expression ARN des plants de coton G. hirsutum après l’écimage, pour 44 gènes impliqués dans la biosynthèse des COV, et également par une comparaison du transcriptome complet au moyen d'une analyse RNA-seq. Les résultats des trois domaines scientifiques, bio-informatique, analyse chimique et expression des gènes, ont pu être liés dans notre thèse de recherche: par ex., deux des gènes initialement identifiés par la bio-informatique, correspondant à deux enzymes, TPS50 (EC: 4.2.3.106 - (E ) bêta-ocimène synthase) et TPS16 (EC: 4.2.3.111 - alpha-terpinéol synthase), ont montré une augmentation de leur expression après l’écimage, et l'analyse GC-MS montre une modification correspondante des profils d'émission de COV. Ces mêmes composés avaient déjà été caractérisés dans d'autres plantes en réponse aux dégâts d’arthropodes. Ce travail de thèse constitue une première exploration des bases génétiques des émissions défensives de COV par les cotonniers cultivés G. hirsutum. La variabilité des comportements d’expression génique observés entre les trois génotypes étudiés de coton Upland africain G. hirsutum, permet de supposer qu’une diversité génétique est présente pour les émissions défensives de COV, ce qui pourrait permettre d’améliorer et d’adapter ces mécanismes de défense naturels et leur réponse à l’écimage, dans la perspective d'une protection naturelle plus efficace des champs de coton. / Gossypium hirsutum, the Upland cotton, represents more than 95% of the cotton fiber annually produced worldwide and is grown in about 40 countries. The protection of cotton fields against the attack of herbivorous arthropods needs important quantities of synthetic insecticides, around 18% of the world consumption for the year 2000, although this decreased very much thanks to Bt cotton and eradication programs for some pests. Volatile organic compounds (VOCs) naturally emitted by crop plants can reduce insect attacks through the influence of VOCs on the behaviors of herbivorous arthropods and auxiliary arthropods. Scientific research about plant VOCs has been increasing much since two or three decades. The stimulation of VOCs emissions by cultivated cotton plants is now recommended by entomologists of CIRAD as a component of the cotton fields protection strategy. “Topping", that is, cutting the head of the cotton plants during the useful floriferous period, stimulates the emission of defense VOCs. It is an environmentally friendly method and it limits health hazards due to the use of synthetic insecticides for the farmers and the surrounding human populations. The objective of the thesis was to improve our knowledge about the genetic bases of VOCs emissions after topping. The combination of several disciplines such as bioinformatics, chemical ecology and molecular genetics allowed us to: 1) analyze the genomic sequences of VOCs genes of the terpene and terpenoid biosynthesis pathways and transcription factors (TF) related to stress response, using the published genome databases of three cotton species, G. raimondii, G. arboreum (both diploid cottons) and G. hirsutum (tetraploid cotton), 2) study the VOCs emissions by cotton leaves of G. hirsutum plants in response to topping, by capturing these molecules in greenhouse and then characterizing their kinetic profiles by means of gas-chromatography mass-spectrometry (GC-MS), with quantitative measurements, and, 3) study the modifications of the RNA expression of G. hirsutum cotton plants after topping, for genes involved in VOCs biosynthesis through quantitative PCR measurements on 44 targeted genes and also by means of a whole-transcriptome comparison through an RNA-seq analysis. The results from the three different fields, bioinformatics, chemical analysis and gene expression, could be interrelated in our research thesis: e.g., two of the genes initially identified by bioinformatics, corresponding to two enzymes, TPS50 (EC: 4.2.3.106 - (E) -beta-ocimene synthase) and TPS16 (EC: 4.2.3.111 - alpha-terpineol synthase), were shown to increase their expression after topping, while the GC-MS analysis showed an modification of the corresponding VOCs in emission profiles. These compounds have been already characterized in other organisms in response to wounds produced by herbivorous insects. This thesis work is a first exploration of the genetic bases of defensive VOCs emission by G. hirsutum cultivated cottons. The variability of genic expression behaviors observed amongst the three genotypes of African Upland cotton G. hirsutum that were studied permits to hypothesize that a genetic diversity is present for defensive VOCs emissions, that could permit to improve and adapt by breeding these natural defense mechanisms and the response to topping, in perspective of a more efficient natural protection of cotton fields.

Les rétrovirus endogènes (ERV) sont constitutifs du génome des eucaryotes et représentent environ 400000 loci dans le génome humain divisés en différentes familles. Ces HERV (Human ERV) sont pour la majorité silencieux en contexte physiologique excepté dans le placenta mais présentent une activité transcriptionnelle en contexte pathologique comme par exemple dans les cancers. Il est difficile de comprendre de façon systématique les mécanismes de régulation/dérégulation des HERV et leur implication en contexte physiopathologique car il n’existe à ce jour aucun critère permettant de distinguer qu’elles sont les longues terminaisons répétées (LTR) transcriptionnellement actives dans l’ensemble de ces éléments de régulation. Nous avons développé deux générations de puces à ADN haute densité afin d’appréhender quelles étaient les LTR réactivées dans les cancers et de comprendre les mécanismes sous-jacents à la transcription des HERV. Avec la première version de la puce HERV, nous avons notamment identifié six loci de la famille HERV-W différentiellement exprimés dans le cancer testiculaire dont le locus ERVWE1 qui code pour la syncytine-1 impliquée dans la morphogénèse placentaire. L’analyse de l’ADN des tumeurs et des tissus sains adjacents démontre que l’hypométhylation des régions U3 promotrices est un pré-requis à l’activation des HERV. La deuxième version de la puce HERV a été utilisée pour une recherche de biomarqueurs pronostiques dans le cancer du poumon non à petites cellules. Ceci a permis de mettre en évidence des réactivations de HERV dans certains échantillons cancéreux et illustre la difficulté d’une telle approche au regard des disparités inter-individus / Endogenous Retroviruses (ERVs) are inherited part of the Eukaryotic genomes, and represent about 400,000 loci in the Human genome divided in distinct families. The majority of HERVs (Human ERV) are mainly silent in most physiological contexts excepted in placenta, whereas a significant expression is observed in pathological contexts such as cancers. It is difficult to understand HERV (de)regulation mechanisms and their implication in physio-pathological contexts, as there is no criteria defining transcriptional active promoters HERV long terminal repeats (LTRs) among all these regulatory élements. We developed two versions of highdensity DNA microarray to specifically detect LTR reactivated in cancers and try to understand transcription mechanism of HERV. With the first version of HERV-microarray, we identified six HERV-W loci over-expressed in testicular cancer, including the domesticated ERVWE1 locus which produces an envelope protein dubbed Syncytin-1 associated with placenta development. The analysis of DNA from tumoral versus normal tissue reveals that hypomethylation of U3 promoters in tumors is a prerequisite of HERV activation. The second version of HERV-microarray was used to identify prognosis biomarkers in non small cell lung cancer. This study identified HERV reactivation in some samples and highlighted difficulties of such approach due to inter-individuals disparities

Protéines difficiles à exprimer: un goulot d'étranglement pour la plupart des biologistes. J'ai choisi d'utiliser comme modèle d’étude Acanthamoeba polyphaga Mimivirus. Ce virus géant à ADN possède des protéines subissant des modifications post-traductionnelles, des structures multi-protéiques ou encore des voies enzymatiques jamais identifiées auparavant dans un virus, ce qui en font un modèle idéal pour l’étude de protéines récalcitrantes. Le but ultime de cette thèse, était de produire les protéines de capsides de Mimivirus. Le rôle de la protéine de capside dans l’assemblage de la particule virale, son infectivité et ses caractéristiques moléculaires sont d’une grande importance. Pour aller du gène à la protéine, J’ai participé à la compréhension de ce qui gouverne la terminaison de la transcription de Mimivirus et également participé à l'analyse globale du transcriptome au cours du cycle d'infection des amibes par Mimivirus. Nous avons montré que les transcrits de Mimivirus sont systématiquement polyadénylés dans des régions formant une structure secondaire en tige-boucle, même s’il n’existe pas de signal de polyadénylation canonique en amont. Nous en avons conclu que la polyadénylation de Mimivirus suit exclusivement une règle «épingle à cheveux». De plus, l’étude du transcriptome a révélé 3 phases temporelles distinctes dans le cycle infectieux: précoce, intermédiaire et tardive. Les transcrits de capsides sont tous exprimés durant la phase tardive mais leur profil d’expression ne sont pas superposables dans le temps. Les données de transcriptomique ont révélées la présence de plusieurs glycosyltransférases chez Mimivirus, dans la phase tardive du cycle, concomitant avec la production de la protéine de capside. Les informations recueillies sur l'expression des gènes à différents temps post-infection ont contribué à la conception de protocoles pour la production des protéines de capsides (la protéine majeure de capside (MCP) et ses paralogues) dans de systèmes eucaryote. / Difficult to express proteins: a bottleneck for most biologists. I have chosen to use Acanthamoeba polyphaga Mimivirus as my study model. This giant dsDNA virus possesses post-translationally modified proteins, multi-protein structures and enzyme pathways never before seen in a virus, which makes it ideal for refractory studies. The ultimate goal of my thesis was to produce the capsid proteins of Mimivirus. The role of the capsid protein in the assembly of the viral particle, its infectivity, and molecular features are of great importance. To go from gene to protein, I participated in the comprehension of what governs the post-transcriptional termination in Mimivirus and equally participated in the global analysis of the transcriptome during the infectious cycle of Acanthamoeba by Mimivirus. We have shown that the Mimivirus transcripts are systematically polyadenylated in the regions forming a stem-loop secondary structure; even when a canonical poyadenylation signal is absent We concluded that Mimivirus polyadenylation obeys a strict “Hairpin rule”. Moreover, the transcriptomic study revealed three distinct temporal phases: early, intermediate and late. The capsid transcripts are all expressed during the late phase but their expression profiles are not superimposable. The transcriptomic data also revealed the presence of several Mimivirus glycosyltransferases in the late temporal phase, concomitant with the capsid proteins. The expression data gathered throughout my thesis has contributed to the rational design of a protein production experiment to produce the major capsid protein and its three paralogs in eukaryotic systems.

Le sepsis est un syndrome observé chez des patients associant une infection documentée (microbiologiquement ou cliniquement suspectée) à une réponse inflammatoire systémique (Systemic Inflammatory Response Syndrome : SIRS).Celui-ci peut évoluer vers un sepsis sévère s'il est associé à la défaillance d'un ou de plusieurs organes. Le choc septique est l'association d'un état septique grave et d'une défaillance hémodynamique caractérisée par une chute aiguë de la pression artérielle ne pouvant pas être corrigée par une procédure standard de remplissage vasculaire. Les syndromes septiques sont aujourd'hui la première cause de mortalité en unités de réanimation. Cette mortalité élevée, en particulier pour les cas les plus graves tels que les chocs septiques, témoigne d'une absence de traitements curatifs pour cette pathologie. Partant de l'hypothèse que les syndromes septiques graves sont la conséquence d'une perte de contrôle précoce de la régulation de la réponse inflammatoire, nous avons étudié, via deux démarches complémentaires, l'initiation de la voie de signalisation TLR4 et les mécanismes intracellulaires contribuant à sa régulation. Dans un premier temps, l'utilisation d'approches transcriptomiques nous a permis d'identifier la voie de signalisation mTOR comme discriminante entre des patients sains (SIRS induit par l'injection d'endotoxines) et des patients souffrant de syndromes septiques graves. Nous avons ensuite développé et utilisé des techniques de modélisation logique pour simuler in silico le rôle joué par la voie mTOR dans la résolution d'une réponse inflammatoire. Ces résultats encourageants ouvrent des perspectives pour de nouvelles applications thérapeutiques dans le domaine du sepsis / Sepsis is a syndrome observed in patients combining a documented infection (microbiologically or clinically suspected) with a systemic inflammatory response (Systemic Inflammatory Response Syndrome : SIRS). It may progress to severe sepsis if it is associated with failures of one or more organs. Septic shock is the combination of a severe sepsis and a hemodynamic dysfunction characterized by an acute fall in blood pressure that cannot be corrected by a procedure of vascular filling.Sepsis syndromes represent today the first cause of mortality in intensive care units around the world. This poor survival rate, in particular for the most severe cases, such as septic shock, testifies a real curative therapeutic demand.Based on the assumption that severe sepsis syndromes are the consequence of a loss of control in early mechanisms of inflammatory response regulation, we studied via two complementary approaches the initiation of TLR4 signaling pathway and the intracellular mechanisms contributing to its regulation.First, the use of transcriptomic approaches allowed us to identify the mTOR signaling pathway as discriminating between healthy patients (SIRS induced by the infusion of endotoxins) and patients with severe septic syndromes. We then developed and used logic modeling approaches to in silico simulate the role played by the mTOR signaling pathway in the resolution of an inflammatory response. These encouraging results open perspectives for new therapeutic applications in the field of sepsis

Bordetella pertussis, l’agent responsable de la coqueluche, provoque près de 200000 morts par an dans le monde. Malgré une forte couverture vaccinale, une réémergence de la maladie a été observée dans les pays développés, liée en partie à une adaptation à la pression vaccinale. Les souches capables d’échapper à la réponse immunitaire montrent des réarrangements génomiques importants, provoqués par des éléments génétiques mobiles (IS) présents en plus de 230 copies, qui pourraient impacter sur la transcription des gènes et ARN régulateurs du pathogène.Pour élucider l’impact des IS sur le transcriptome global de Bordetella pertussis, nous avons d’abord déterminé le transcriptome codant et non-codant du pathogène par des approches de séquençage d’ARN couplées à des prédictions bioinformatiques. Cette étude a permis d’identifier les structures codantes mono- et polycistroniques, incluant des structures régulatrices telles que des riboswitches, un excludon et de longs 5’ et 3’UTR chevauchants. Une cartographie de candidats ARN régulateurs non-codant a été édifiée à partir de nouveaux transcrits localisés en régions intergéniques (IGR) et de transcrits orientés en antisens de séquences codantes. Des prolongements de transcriptions des IS ont été observés, prenant leur origine de promoteurs internes à l’IS ou formés par insertion de celles-ci. Ces transcrits sont spécifiques d’une souche à l’autre du pathogène, et s’orientent en sens ou en antisens des gènes environnant, ou dans des IGR. Le potentiel caractère régulateur de ces transcrits a été étudié par la caractérisation et l’étude du mode d’action d’un ARN régulateur, BPnc264, orienté en antisens du gène de virulence fim2. / Bordetella pertussis, the causative agent of whooping cough, is responsible of more than 200000 deaths worldwide. Despite a high vaccine coverage in developed countries, a reemergence of the disease has been observed, which is in part linked to vaccine-pressure. Strains able to evade vaccine-induced immunity show high genome organization rearrangements, essentially due to mobile genetic elements (IS) present in more than 230 copies, which could impact on messenger and regulatory transcription of the pathogene.To assess the impact of IS on the global transcriptome of Bordetella pertussis, we first determined the coding and non-coding primary transcriptome by a combination of differents RNA-sequencing approaches and predictive bioinformatics analysis software packages. We identify mono- and polycistronic coding structures, including regulatories structures like riboswitches, excludon, and long overlapping 5’ and 3’UTR. A list of candidates regulating transcripts (small RNA) has been mapped from new transcripts located in intergenic regions (IGR) and transcripts oriented in antisense of annotated coding sequences. Extended transcriptions emerging from IS elements have been observed, originating from internal promoters or newly formed promoters by insertion in a specific genomic region. Those transcripts can extend in sense or in antisense of the flanking gene, or in IGR. The regulatory function of those transcripts has been studied from the characterization and the mode of action of an extended regulatory RNA, BPnc264, oriented in antisense of the virulence gene fim2.

Parmi les manifestations cliniques du paludisme où P. falciparum est le principal responsable des formes graves, les manifestations pulmonaires sont souvent sous-estimées. Malgré de nombreuses études tentant de mieux comprendre les mécanismes inflammatoires mis en jeu dans l'aggravation de la maladie, des zones d'ombres persistent. Pour étudier les interactions hôte-parasite et identifier des biomarqueurs de classification et d'évolutivité de l'accès palustre, nous avons effectué une étude de cohorte longitudinale prospective à l'Hôpital Monkole de Kinshasa, par une approche combinée immunologique et transcriptomique sur 30 jours. L'étude devant porter initialement sur les atteintes pulmonaires a été recentrée sur l'étude de la sévérité de l'accès palustre devant le peu de patients présentant des atteintes pulmonaires.A travers l'approche immunologique, une réponse pro-inflammatoire de type Th1 modérée est activée à l'admission des patients impaludés. L'approche transcriptomique a permis de le relier à une activation modérée des monocytes/macrophages médiée par la voie de signalisation de l'IL-12, toutefois plus importante chez les accès graves. L'infection palustre, et plus particulièrement l'accès grave paraissent être fortement sous dépendance de la réponse Th17 et plus particulièrement à l'activité des neutrophiles. La mise en place d'une réponse Th2 est également observée chez les patients impaludés. A J7, la réponse Th2 est majoritaire, associée à une importante activité hématopoïétique. A J30, les patients sont guéris et présentent globalement un profil similaire aux témoins.Ces résultats sont à confirmer et à approfondir par une augmentation de notre cohorte. / Among complications of the malaria access, mostly due to P. falciparum, the pulmonary injuries are often underestimated. Despite numerous studies trying to better understand the inflammatory mechanisms involved in disease worsening, they are still poorly understood. In view to study the host-parasite interactions and identify biomarkers according to severity of malaria, a prospective longitudinal cohort study was carried out in Monkole Hospital (Kinshasa) through a combined immunological and transcriptomic approach, with a follow up on 30 days. Initially, the study concerned the pulmonary injuries, but was focused on the the severity of malaria because of a weak patients number with lung damages.The immunological approach highlighted a moderate Th1 pro-inflammatory response at admission. The transcriptomic approach allowed to connect it with a moderate activation of monocytes/macrophages, mediated by IL-12 signaling pathway, higher in severe malaria. Malaria infection, particularly severe malaria, appears to be strongly dependent on Th17 response, especially to neutrophil activity. The establishment of a Th2 response is also observed in malaria patients. On day 7, Th2 response is predominant, associated with significant hematopoietic activity. On day 30, patients are cured and present a similar profile to healthy controls.These results have to be confirmed with an increased cohort.

Depuis plusieurs années, les programmes de recherche chez le cacaoyer ont mis l'accent sur l'étude des bases génétiques des caractères agronomiques d'intérêt, notamment concernant la résistance aux maladies et la qualité des fèves de cacao, qui représentent deux attributs importants pour la cacaoculture et la production de chocolat. Ce travail présente, par l'exploration du transcriptome et du génome du cacaoyer, la constitution de ressources moléculaires et l'analyse des voies de biosynthèse impliquées dans plusieurs de ces caractères agronomiques d'intérêt. L'étude du transcriptome a permis l'identification de plusieurs dizaines de milliers de gènes exprimés dans divers organes et pour différentes conditions environnementales et ont fourni de nombreux marqueurs moléculaires qui ont été utilisés pour réaliser des cartes génétiques haute densité. Les informations apportées par ce travail ont permis d’engager le séquençage du génome de la variété Criollo du cacaoyer. Son analyse et son annotation ont apporté un ensemble d'informations biologiques cruciales, depuis le catalogue des gènes et éléments mobiles jusqu'aux aspects évolutifs qui a révélé une structure du génome peu remanié par rapport à l'ancêtre commun aux dicotylédones. Par la suite, les travaux que nous avons menés pour améliorer la séquence complète ont conduit à une réduction considérable de la fragmentation chromosomique observée dans la première version. Par ailleurs 97% de la séquence assemblée et 99% des gènes sont désormais ancrés sur les chromosomes du cacaoyer. Pour commencer à exploiter cette nouvelle séquence du génome, nous avons conduit une étude QTL à partir d'une descendance entre Trinitario implantée en Guyane, permettant de localiser les régions génomiques impliquées dans la variation de la couleur des fèves de cacao. En s'appuyant sur la version améliorée du génome du Criollo, nous avons identifié deux gènes potentiellement impliqués dans la voie de biosynthèse des anthocyanines et flavonoïdes dans la principale région génomique concernée. Un des deux gènes, situé proche du marqueur situé au pic du QTL et codant pour une chalcone synthase, semble être un gène candidat prometteur. L'étude comparative de sa structure dans le génome du Criollo (à fève blanche) et du génome de l'Amelonado (à fève violette) a mis en évidence des différences structurales pouvant être à l'origine d'une modification fonctionnelle. L'ensemble des résultats présentés dans ce travail de thèse apporte une connaissance et des outils variés qui peuvent être exploités par de multiples approches intégrées pour étudier la génétique du cacaoyer. / For several years, cocoa research programs have focused on studying the genetic basis of agronomic traits of interest, especially for disease resistance and quality of cocoa beans, two important attributes for cocoa farmers and chocolate production. This work presents, by exploring the transcriptome and cocoa genome, the constitution of molecular resources and the analysis of biosynthesis pathways involved in several of these agronomical traits. The transcriptome study allowed the identification of several tens of thousands of genes expressed in various organs and for different environmental conditions and provided numerous molecular markers, used to produce high-density genetic maps. The information provided by this work led to the genome sequencing of a cocoa Criollo variety. Its analysis and annotation have provided a set of crucial biological information, from the catalog of genes and transposable elements to evolutionary aspects, which revealed a close evolutionary relationship to the eudicot putative ancestor, showing a limited number of recombination between ancestral chromosomes. Subsequently, the work we carried out to improve the complete sequence led to a considerable reduction of the chromosomal fragmentation observed in the first version. In addition, 97% of the assembled sequence and 99% of the genes are now anchored on the cocoa chromosomes. To exploit this new sequence of the genome, we conducted a QTL study from a progeny between Trinitario clones established in French Guiana, allowing to identify genomic regions involved in color trait variation observed in cocoa beans. Based on the improved version of the Criollo genome, we identified two genes potentially involved in the biosynthesis pathway of anthocyanins and flavonoids in the main genomic region concerned. One of the two genes is located nearby the QTL peak and encoding a chalcone synthase, appears to be a promising candidate gene. The comparative study of its structure in the Criollo genome (white bean) and in the Amelonado genome (purple bean) revealed several variations that could be responsible for functional modifications. The results presented in this thesis provide a variety of knowledge and tools useful to conduct multiple integrated approaches to studying cocoa tree genetics.