The life-cycle of RNA is determined by several processing steps, which allow the cell to export and translate a coding transcript. The cell has developed an astonishingly complex mechanism to ensure the integrity of RNA processing steps. The quality control mechanism of RNA balances the biosynthesis and degradation of various transcripts, adding another layer of gene regulation to the complex system of gene expression. The exosome is a central piece of the RNA quality control mechanism as it degrades many of the aberrant or non-functional RNAs in the nucleus and the cytoplasm. This project characterizes and highlight a response to mutation of components from the RNA quality control mechanism in Saccharomyces cerevisiae. These perturbations include functional components of the exosome (Csl4 and Dis3), a cofactor of the nuclear exosome (Rrp6), an essential protein for pre-rRNA processing (Enp1) and a component of RNA export machinery (Srm1). Here, I present bioinformatics approaches to characterize the cellular response at a level of transcript expression and polyadenylation size. The stress response embedded in the gene expression profile is highly similar between the mutants. This work suggests a generic response to a failure in different components of the RNA quality control machinery. / Le cycle de vie des ARN est déterminé par différentes étapes permettant à la cellule d’exporter et de traduire un transcrit codant. La cellule a développé un mécanisme incroyablement complexe pour s’assurer de l’intégrité des étapes de maturation de l’ARN. Le mécanisme de contrôle de qualité balance la biosynthèse et la dégradation de différents transcrits, ce qui ajout un niveau de régulation au système de l’expression génique. L’exosome est une pièce centrale du mécanisme de contrôle de qualité de l’ARN alors qu’elle dégrade une grande partie des transcrits aberrants ou non-fonctionnels dans le noyau et le cytoplasme. Ce projet caractérise et souligne la réponse cellulaire à la suite de la mutation de composantes du mécanisme de contrôle de qualité de l’ARN chez Saccharomyces cerevisiae. Ces perturbations comportent des composantes fonctionnelles du complexe de l’exosome (Csl4 et Dis3), un cofacteur de l’exosome nucléaire (Rrp6), une protéine essentielle pour la maturation des pré-ARNr (Enp1) et une composante de la machinerie d’export de l’ARN (Srm1). Ici, je présente des approches bio-informatiques pour caractériser la réponse cellulaire au niveau de l’expression des transcrits et de la taille des segments polyadénylés. La réponse au stress cellulaire intégré dans le profil d’expression du génome est très similaire entre les mutants. Ce travail suggère une réponse générique à la suite de la perturbation de différentes composantes du mécanisme de contrôle de qualité de l’ARN.

The conventional battery for genotoxicity testing is not well-suited to assessing the large number of chemicals needing evaluation. Traditional in vitro tests lack throughput capacity, provide little mechanistic information, and have poor specificity in predicting in vivo genotoxicity. The Health Canada GeneTox21 research program is developing a multi-endpoint platform for modernized in vitro genotoxicity assessment. The GeneTox21 assays include the TGx-DDI transcriptomic biomarker (i.e., 64-gene expression signature to identify DNA damage-inducing (DDI) substances), the MicroFlow® assay (i.e., a flow cytometry-based micronucleus (MN) test), and the MultiFlow® assay (i.e., a multiplexed flow cytometry-based reporter assay that yields mechanism-of-action (MoA) information). As part of GeneTox21 development, the objective of this study was to investigate the utility of the TGx-DDI transcriptomic biomarker, multiplexed with the MicroFlow® and MultiFlow® assays, as an integrated testing strategy for screening data-poor substances prioritized by Health Canada’s New Substances Assessment and Control Bureau. Human lymphoblastoid TK6 cells were exposed to 3 control and 10 data-poor substances, using a 6-point concentration range. Cells were exposed for 4 hours with or without exogenous metabolic activation. Gene expression profiling was conducted using the targeted TempO-SeqTM assay, and the TGx-DDI classifier was applied to the dataset. Classifications were compared with those based on the MicroFlow® and MultiFlow® assays. Benchmark Concentration (BMC) modeling was used for potency ranking. The results of the integrated hazard calls indicate that five data-poor compounds are genotoxic in vitro, causing DNA damage via a clastogenic MoA, and one is positive via a pan-genotoxic MoA. Two compounds are likely irrelevant positives in the MN test; two are considered possibly genotoxic causing DNA damage via an ambiguous MoA. From quantitative analyses of concentration-response data, we observed nearly identical potency rankings for each assay with two main potency groups being observed. This ranking was maintained when all endpoint BMCs were converted into a single score using the Toxicological Prioritization (ToxPi) approach. Overall, this study contributes to the establishment of a modernized approach for effective genotoxicity assessment and chemical prioritization for further regulatory scrutiny. We conclude that integration of the TGx-DDI biomarker with other GeneTox21 assays is an effective NAM-based strategy for genotoxicity assessment of data-poor compounds.

Les myopathies héréditaires représentent un large groupe de pathologies neuromusculaires progressives affectant l’intégrité générale, structurelle et fonctionnelle du muscle squelettique. Elles engendrent une myriade de symptômes, ternissant qualité de vie et autonomie, et pouvant même s’avérer mortelles. La pose d’un diagnostic juste peut être difficile, entravée notamment par une faible prévalence de certaines myopathies, l’importante hétérogénéité clinique existante, et le chevauchement symptomatique des diverses formes. Malgré les avancées récentes faites dans le domaine des techniques de séquençage qui contribuent grandement au dépistage, au moins 25% des individus atteints de myopathies demeurent sans diagnostic génétique. Suivant l’investigation clinique d’un patient (Z46) atteint d’une myopathie distale à apparition tardive, l’analyse par séquençage ARN (RNA-seq) a révélé un variant non-sens homozygote de signification inconnue (VUS) à la fin de l’exon 5 du gène MLIP. Les niveaux d’expression génique altérés de « Protéine musculaire interagissant avec LMNA » (MLIP) et son partenaire « Lamine de type A » (LMNA) ont poussé à approfondir l’investigation. Davantage d’altérations -omiques furent identifiées par les techniques de RT-PCR, qPCR et WB, renforçant l’effet pathogénique du variant. Consolidant tous les résultats, le séquençage de longues lectures (LRS) a révélé un mécanisme d’épissage alternatif compensatoire de MLIP, qui tend à contourner et minimiser la production de transcrits arborant l’exon 5 muté. La présente étude vise à : 1) apporter un diagnostic génétique définitif au patient Z46, posant le variant MLIP comme causatif de la myopathie distale; 2) démontrer le pouvoir diagnostique du RNA-seq dans la résolution de ce cas complexe par l’identification et l’élucidation du VUS; 3) témoigner de l’étendue de la caractérisation transcriptomique offerte par les longues lectures du LRS. Couplé à cela, la modélisation du variant pathogénique par CRISPR/Cas9 dans une lignée cellulaire de myoblastes humains immortalisés permettra l’évaluation des impacts morpho-fonctionnels; conférant un supplément d’informations relatives aux fonctions musculaires normales et pathologiques de MLIP, faiblement caractérisées jusqu’à présent. / Hereditary myopathies represent a large group of progressive neuromuscular disorders affecting the general, structural and functional integrity of skeletal muscle. They cause a myriad of symptoms, impairing quality of life and autonomy, and can even be fatal. Making an accurate diagnosis can be difficult, hampered in particular by the low prevalence of certain myopathies, the significant clinical heterogeneity that exists, and the symptomatic overlap of the various forms. Despite recent advances in sequencing techniques that greatly assist in screening, at least 25% of individuals with myopathies remain without a genetic diagnosis. Following the clinical investigation of a patient (Z46) with a late-onset distal myopathy, RNA-sequencing (RNA-seq) analysis revealed a homozygous nonsense variant of unknown significance (VUS) at the end of exon 5 of the MLIP gene. Altered gene expression levels of ‘’Muscular LMNA-Interacting Protein’’ (MLIP) and its partner ‘’A-type Lamin’’ (LMNA) prompted further investigation. More -omic alterations were identified by RT-PCR, qPCR and WB technics, reinforcing the pathogenic effect of the variant. Consolidating all results, Long-Read Sequencing (LRS) revealed a compensatory alternative splicing mechanism of MLIP, which tends to bypass and minimize the production of transcripts carrying the mutated exon 5. The present study aims to: 1) provide a formal genetic diagnosis for patient Z46, positing the MLIP variant as causative of the distal myopathy; 2) demonstrate the diagnostic power of RNA-seq in resolving this complex case through identification and elucidation of the VUS; 3) testify to the breadth of transcriptomic characterization afforded by the long reads of LRS. Coupled with this, CRISPR/Cas9 modeling of the pathogenic variant in an immortalized human myoblast cell line will allow assessment of morpho-functional impacts; conferring additional information related to the normal and pathological muscles functions of MLIP, poorly characterized thus far.

Avec plus de 39 millions de personnes infectées à travers le monde, le virus de l’immunodéficience humaine de type-1 (VIH-1) est un problème majeur de santé publique. Bien que la thérapie antirétrovirale contrôle la réplication virale, améliore la santé et prolongent la vie des personnes vivant avec le VIH-1, elle ne permet pas d’éradiquer complètement le virus. En effet, celui-ci établit des phases de latence en intégrant son génome dans l’ADN cellulaire des cellules cibles, entrainant la formation de ce que l’on appelle le réservoir latent du virus. Ce réservoir se situe principalement dans les lymphocytes T CD4+, bien qu’on le retrouve également dans les cellules myéloïdes, et il constitue le principal obstacle à l’éradication du virus. Il est donc impératif de mieux comprendre les facteurs de l’hôte qui régissent non seulement la susceptibilité de ces cellules à l’infection et qui contribuent également à la persistance du VIH-1. Nous postulons que les micro-ARN (miARN), des petits ARN produits par la cellule et qui régulent l’expression génique, jouent un rôle au cours de l’infection par le VIH-1. Dans un premier temps, nous nous sommes concentrés sur le rôle des miARN dans l’entrée virale. À l’aide d’un séquençage de nouvelle génération des miARN dans les macrophages, nous avons déterminé que le miARN-103, ainsi que son paralogue le miARN-107, ciblent l’ARNm du corécepteur CCR5 utilisé par le VIH-1. Nous montrons que l’induction de l’expression des miARN-103/107 est régulée par le facteur de transcription p53 et rend les macrophages réfractaires à l’entrée du VIH-1. Nous observons que le niveau d’expression des miARN-103/107 est enrichi dans les macrophages résidant dans les tissus intestinaux de donneurs sains et les macrophages alvéolaires des personnes sous thérapie antirétrovirale, ce qui contribue vraisemblablement à leur résistance à l’infection par le VIH-1. Étant donné que les lymphocytes T CD4+ constituent le principal réservoir du VIH-1, nous avons ensuite étendu l’étude du miARN-103 dans ces cellules. Récemment, il a été montré que la latence virale serait la conséquence de l’infection de lymphocytes T CD4+ dans une fenêtre très étroite suite à leur activation. Ces cellules qui 3 transitionnent vers un phénotype mémoire posséderaient des propriétés uniques, comme une augmentation temporaire de l’expression du corécepteur viral CCR5, ainsi qu’une capacité réduite de transcrire l’ADN proviral intégré. Nos résultats montrent que le miARN-103, qui cible également le CCR5 dans les lymphocytes T CD4+, participe à la modulation du CCR5 selon l’état d’activation de la cellule et contribue indirectement à l’établissement de la latence virale dans ces cellules. De plus, nos résultats montrent que les lymphocytes T CD4+ issus d’individus qui contrôlent l’infection par le VIH-1 expriment des niveaux réduits d’ARNm de CCR5 (lorsque comparés à ceux d’individus non-contrôleurs). Cet état étant associé à une tendance à la hausse du miARN-103, suggère que le miARN-103 pourrait participer au contrôle de l’expression de CCR5 in vivo. Dans un deuxième temps, nous avons réalisé un séquençage de nouvelle génération de l’ARN des lymphocytes T CD4+ infectés. À la suite de cette analyse, nous avons déterminé que le miARN-26a participe à la régulation de CD59, une protéine cellulaire incorporée dans les virions jouant un rôle clé dans l’activation du complément en inhibant la formation du complexe d’attaque membranaire. Au cours de l’infection, ce miARN est diminué dans les cellules productivement infectées. Cette diminution est associée à une augmentation de CD59 dans les cellules infectées et à la surface des virions produits par ces cellules, favorisant leur échappement à la lyse médiée par le complément. Nous montrons que l’introduction d’un analogue du miARN-26a dans les cellules rend les virions produits par ces dites cellules plus sensibles à la lyse médiée par le complément. En conclusion, les observations et analyses réalisées dans le cadre de cette thèse nous aident à mieux comprendre le rôle des miARN dans l’infection et la persistance du VIH-1. Ces résultats aident à notre compréhension des facteurs de l’hôte qui régissent la susceptibilité de ces cellules à l’infection ainsi que la persistance virale, et pourraient aider au développement de stratégies thérapeutiques. / With more than 39 million people infected in the world, human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) is a major public health problem. Although antiretroviral therapy controls viral replication, improves the health, and prolongs the lives of people living with HIV-1, it does not completely eradicate the virus. Indeed, the virus has established latency phases by integrating its genome into the cellular DNA of target cells, leading to the formation of what is called the latent reservoir of the virus. This reservoir is located mainly in CD4+ T cells, although it is also found in myeloid cells, and it has become the main obstacle to eradication of the virus. It is therefore imperative to better understand the host factors that not only govern the susceptibility of these cells to infection but also contribute to HIV-1 persistence. We postulate that microRNAs (miRNAs), which are small RNAs produced by the cell involved in regulation of gene expression, have a role during HIV-1 infection. First, we focused on the role of miRNAs in viral entry. Using next generation miRNA sequencing in macrophages, we determined that miRNA-103, as well as its paralogue miRNA-107, target the mRNA of CCR5, the HIV-1 coreceptor. We show that the induction of miRNA-103/107 expression is regulated by the transcription factor p53 and makes macrophages more resistant to HIV-1 entry. We observe that the expression level of miRNAs-103/107 is enriched in resident macrophages in intestinal tissues of healthy donors and alveolar macrophages of people on antiretroviral therapy, which likely contributes to their resistance to infection by HIV-1. Given that CD4+ T cells constitute the main reservoir of HIV-1, we then extended the study of miRNA-103 in these cells. Recently, it has been shown that viral latency is the consequence of the infection of CD4+ T cells within a very narrow window following their activation. These transitioning to memory T cells are thought to possess unique properties, such as a temporary increase in the expression of the viral coreceptor CCR5, as well as a reduced capacity to transcribe integrated proviral DNA. Our results show that miRNA-103, which also targets CCR5 in CD4+ T cells, participates in the modulation of CCR5 depending on the activation state of the cell 5 and indirectly contributes to the establishment of viral latency in these cells. Furthermore, our results show that CD4+ T cells from individuals who control HIV-1 infection express reduced levels of CCR5 mRNA (when compared to those from non- controller individuals), this being associated to a upward trend in miRNA-103 expression, suggesting that miRNA-103 may participate in the control of CCR5 expression in vivo. Secondly, we carried out next generation RNA sequencing of HIV-1 infected CD4+ T cells. Their resulting analyses determined that miRNA-26a participates in the regulation of CD59, a cellular protein that is incorporated into virions and has a key role in complement activation by inhibiting the formation of the membrane attack complex. During infection, this miRNA is decreased in productively infected cells. This decrease is associated with an increase in CD59 in infected cells, as well as on the surface of virions produced by these cells, favoring their escape from complement- mediated lysis. We show that introduction of miRNA-26a mimics in cells makes the virions produced by these cells more sensitive to complement-mediated lysis. In conclusion, the observations and analyses developed in this thesis will help us better understand the role of miRNAs in HIV-1 infection and persistence. These results help in the understanding of host factors that govern the susceptibility of these cells to infection as well as viral persistence and could help in the development of therapeutic strategies.

Les interactions mito-nucléaire sont au centre des fonctions de la mitochondrie, telles que la production d’énergie. Or, peu d’informations sont connues sur comment le génome mitochondrial peut influencer la réponse nucléaire. Les cybrides (hybrides cytoplasmiques) peuvent présenter des modifications phénotypiques (adaptatives ou non) dûe à ces interactions. Dans cette étude, les différents mitotypes (haplotype mitochondriale) de l'espèce Chrosomus eos furent utilisés comme modèle afin d’étudier plus en profondeur les interactions entre les différents génomes d’une cellule. Ce complexe présente en plus du type sauvage, deux types de cybrides, dont les mitochondries proviennent de deux refuges glaciaires différents : Mississippien et Atlantique. Cette étude fut effectuée sur des individus en sympatrie afin de prendre en compte l’influence environnementale. Des populations en allopatrie furent également mesurés séparément afin de complémenter les études précédentes. Afin de répondre à ces objectifs, plusieurs approches furent employées, adressant ainsi divers niveaux d’intégration : la méthylation, la transcription, la protéomique et l’activité enzymatique. Des différences entre les divers mitotypes furent observées, mais de magnitude inférieure à l’influence environnementale. Ce résultat suggère donc que les différences associées au mitotype en sympatrie affecte leur répartition et leur habileté à coloniser différents types d’environnements, créant ainsi la similarité intra-mitotype inter-lac observé dans les études précédentes. Pour adresser l’analyse transcriptomique, une référence a été produite. Cette référence offre beaucoup d’informations pour des applications futures. / The mito-nuclear interactions are at the center of the mitochondrial functions, such as energy production. Despite their importance, little is known about how the influence of the mitochondrial genome on the nuclear genes expressions. The cybrids (cytoplasmic hybrids) can present phenotype modification (adaptive or not) caused by the mito-nuclear interactions. In this study, different mitotype of Cybrids of the Chrosomus eos species were used as model to further study the interaction between a cell’s genomes. This complex of species has two types of cybrids, the mitochondria of which originates from two different glacial refugia : Atlantic and Mississippian. This set up of this study was a sympatric lake, to minimise the environmental factor. Allopatric population were also separately analysed to supplement past studies. To accomplish these goals, multiple methods were used, assessing also multiple levels of gene expression: Methylation, transcription, protein and enzymatic activity. Differences between mitotypes were observed, but of lesser magnitude then the environmental factor. Thus, this result suggest that the differences associated to the sympatric mitotypes drive a deference in environment colonization, which would create the inter-lake intra-mitotype similarity observed in past studies. To assess the transcription of mitotype, a transcriptomic reference was produced. This reference offers a lot of information and future applications.

Actinobacillus pleuropneumoniae est l’agent étiologique de la pleuropneumonie porcine. La bactérie se transmet par voies aériennes et contacts directs. Plusieurs facteurs de virulence ont été identifiés, nommément les polysaccharides capsulaires, les lipopolysaccharide, les exotoxines ApxI à IV et de nombreux mécanismes d’acquisition du fer. Aucun vaccin efficace contre tous les sérotypes de la bactérie n’a encore été élaboré. Afin de mieux comprendre de quelle façon A. pleuropneumoniae régule la transcription de ses nombreux facteurs de virulence et de découvrir de nouvelles cibles potentielles pour l’élaboration de vaccins efficaces, le profil transcriptomique de la bactérie a été étudié dans des conditions simulant l’infection ainsi qu’à la suite d’une infection naturelle aiguë chez l’animal. Des biopuces de première et de seconde génération (AppChip1 et AppChip2) comportant respectivement 2025 cadres de lecture ouverts (ORF) de la version préliminaire du génome d’A. pleuropneumoniae sérotype 5b souche L20 et 2033 ORF de la version finale annotée du même génome ont été utilisées. Dans un premier temps, des expériences réalisées dans des conditions de concentration restreinte en fer ont permis d’identifier 210 gènes différentiellement exprimés, dont 92 étaient surexprimés. Plusieurs nouveaux mécanismes d’acquisition du fer ont pu être identifiés, incluant un système homologue au système YfeABCD de Yersinia pestis, impliqué dans l’acquisition du fer chélaté, ainsi que des gènes homologues aux composantes du système HmbR de Neisseria meningitidis impliqué dans l’acquisition du fer à partir de l’hémoglobine. Dans des conditions de culture permettant la formation de biofilms, les gènes tadC et tadD d’un opéron tad (« tight adherence locus ») putatif, les gènes pgaBC impliqués dans la synthèse d’un polysaccharide de la matrice du biofilm ainsi que deux gènes présentant de fortes homologies avec un gène codant pour l’adhésine auto-transporteur Hsf retrouvée chez Haemophilus influenzae ont montré une surexpression significative. Plusieurs de ces gènes ont également été retrouvés lors d’expériences réalisées avec des cellules épithéliales d’origine pulmonaire en culture, qui ont permis d’identifier 170 gènes différentiellement exprimés après la croissance planctonique au-dessus des cellules, et 131 autres suite à l’adhésion à ces cellules. Parmis les gènes surexprimés, les gènes tadB et rcpA de l’opéron tad putatif, les gènes pgaBC ainsi que le gène codant pour l’homologue d’Hsf ont été retrouvés. En présence de liquide de lavage broncho-alvéolaire (BALF), 156 gènes ont montré un profil d’expression modifié, et le gène apxIVA, identifié comme étant surexprimé, a pu être détecté pour la première fois dans des conditions de croissance in vitro. Finalement, des expériences visant à déterminer les gènes utilisés directement chez l’animal en phase aiguë de la pleuropneumonie porcine ont permis d’identifier 150 gènes qui étaient différentiellement exprimés. En plus d’identifier des gènes d’un possible opéron codant pour un fimbriae de type IV, 3 des 72 gènes surexprimés sont conservés chez tous les sérotypes d’A. pleuropneumoniae et codent pour des protéines ou lipoprotéines de surface. Nos expériences ont permis d’identifier plusieurs nouveaux facteurs de virulence potentiels chez A. pleuropneumoniae ainsi que plusieurs nouvelles cibles potentielles pour l’élaboration de vaccins efficaces contre tous les sérotypes. / Actinobacillus pleuropneumoniae is the etiological agent of porcine pleuropneumonia. Transmission of the disease occurs through direct contact or aerosols. The bacteria possess many virulence factors, namely capsular polysaccharides, lipopolysaccharides, four Apx toxins and iron acquisition mechanisms. To this day, an efficient cross-serotype vaccine has yet to be developed. In order to investigate regulation mechanisms in A. pleuropneumoniae and to identify new potential targets for the synthesis of subunit vaccines, the transcriptomic profile of the bacteria under conditions that simulate the infection and following a natural acute infection in vivo were studied. The experiences relied on first and second generation microarrays (AppChip1 and AppChip2) designed using 2025 ORFs of the draft version of the A. pleuropneumoniae serotype 5b strain L20 genome and 2033 ORFs of the final and annotated version of the same genome respectively. First, experiments were conducted under iron-restricted conditions and 210 genes were deemed differentially expressed, 92 of which were up-regulated. Some new putative iron acquisition mechanisms were identified, including genes homologous to those of the Yersinia pestis YfeABCD chelated-iron acquisition system, as well as other genes homologous to components of the HmbR iron uptake from hemoglobin system of Neisseria meningitidis. When cultured in conditions promoting biofilm production, genes tadC and tadD from a putative tad (« tight adherence locus ») operon, genes pgaABC involved in the biosynthesis of a polysaccharide of the biofilm matrix as well as two ORFs encoding a putative autotransporter adhesins similar to the Haemophilus influenzae Hsf adhesin were all significantly overexpressed. Many of these genes were also overexpressed when lung epithelial cells were infected with A. pleuropneumoniae. While 170 genes were differentially expressed after planktonic growth in the culture medium above the cells, another 131 were identified following direct adhesion to the cells. Genes tadB and rcpA of the tad locus, as well as genes pgaBC and an ORF coding for the Hsf homolog where all found among overexpressed genes. When A. pleuropneumoniae was cultured in contact with broncho-alveolar lavage fluids (BALF), 156 genes were significantly differentially expressed and gene apxIVA, which was up-regulated, was detected for the first time during in in vitro growth conditions. Finally, experiments were conducted in vivo in animals naturally infected with A. pleuropneumoniae in the late stage of the acute phase in order to identify genes that are expressed during the infection of the natural host. While 150 genes were deemed differentially expressed, genes apxIVA as well as two genes from an operon coding for a putative type IV fimbriae were up-regulated. Out of those 72 genes that were overexpressed, 3 encode proteins or lipoproteins of the outer membrane which are conserved among all serotypes of the bacteria. Overall, we were able to identify several new potential virulence factors for A. pleuropneumoniae in the course of our experiments, as well as several new potential targets for the elaboration of an efficient cross-serotype vaccine.

La symbiose entre Anthyllis vulneraria et Mesorhizobium metallidurans, mise en évidence dans l'ancienne mine Zn/Pb des Avinières à St Laurent-le-Minier (Gard) permet une entrée d'azote dans les sols grâce à la fixation biologique qui favorise l'installation d'une végétation pérenne d'intérêt pour limiter la pollution métallique via l'érosion éolienne et hydrique. M. metallidurans ayant la particularité de résister à de fortes concentrations en Zn et Cd, la recherche des gènes d'adaptation aux métaux lourds a été mise en œuvre pour mieux connaitre cette bactérie impliquée dans des opérations de phytostabilisation, par des approches de génétique moléculaire et de transcriptomie (RNAseq). Les gènes codant pour des systèmes de séquestration, d'exclusion, de réduction et d'efflux des métaux lourds, dont cadA1, codant pour une PIB-ATPase exportant Cd/Zn ont été identifiés chez deux souches métallicoles associées à Anthyllis ; M. metallidurans STM 2683T (mine des Avinières) et Mesorhizobium sp. STM 4661 (mine d'Eylie). Une étude fonctionnelle de cadA1 a permis de caractériser son rôle dans la résistance aux métaux lourds chez M. metallidurans. Ce gène a ensuite été testé comme marqueur de résistance pour étudier la diversité et la répartition des symbiotes d'Anthyllis sur des sites miniers et non pollués. Pour cela ce travail a été complété par des analyses phénotypiques de tolérance au Zn et Cd et des analyses phylogénétiques basées sur des marqueurs taxonomiques et symbiotiques. La contrainte métallique exercée par les environnements miniers semble influencer la composition et la diversité bactérienne avec une plus forte proportion (i) de phénotype métallicole lié à la présence du gène cadA1 et (ii) de rhizobia appartenant à M. metallidurans ou à une espèce très proche. La plante hôte semble quant à elle influencer la diversité symbiotique des rhizobia, indépendamment de la contrainte métallique. / Efficient nitrogen-fixing symbiosis between Anthyllis vulneraria and Mesorhizobium metallidurans, identified in the highly Zn/Pb polluted mining site of Avinières (St Laurent-le-Minier, Gard county, France) has recently been described as a potential key bioremediation agent for stimulating the growth of a sustainable plant cover and thus limit heavy metal dispersion from contaminated sites. M. metallidurans strains were shown to be resistant to high Zn and Cd concentrations. The aim of our work was to identify and characterize genes involved in heavy metal adaptation in M. metallidurans by using genetic and transcriptomic approaches (RNAseq technology). Putative genes involved in heavy metal adaptation mechanisms such as exclusion, binding, reduction and efflux, like cadA1, encoding an efflux system PIB-type ATPase involved in Zn and Cd export, were identified in two Mesorhizobium strains associated with Anthyllis: M. metallidurans STM 2683T (Avinières mine) and Mesorhizobium sp. STM 4661 (Eylie mine). Functional studies allowed us to characterize the cadA1 efflux protein as involved in metal tolerance in M. metallidurans. Then, cadA1 was used as a metal-resistance marker to study the diversity and the distribution of Anthyllis symbionts from mine soils and unpolluted soils. This work was completed by Zn- and Cd-tolerance phenotype assays and phylogenetic analyses using taxonomical and symbiotic markers. Metals in mine environments seemed to influence the bacterial composition and the diversity with a high proportion of (i) metal-tolerant phenotypes consistent with the detection of the cadA1 gene and (ii) strains belonging to the M. metallidurans species or to a bacterial species close to it. The plant-hosts seemed to impact symbiotic diversity independently of the metal-tolerant property.

L'azote est essentiel au développement de toutes les cellules vivantes. Il est un des facteurs limitant de la croissance végétale. La seule source d'azote abondante est l'atmosphère contenant 80 % de diazote mais cette forme n'est assimilable que par certains procaryotes. Ces microorganismes sont capables de fixer l'azote atmosphérique sous leur forme libre ou en symbiose avec des plantes. Ainsi, ils fournissent à leur plante partenaire des substrats azotés, sous forme d'ammoniaque, tandis qu'en retour celle-ci fournit à la bactérie des substrats carbonés issus de sa photosynthèse. Il s'agit d'une association à bénéfices réciproques. Il existe deux grands types de symbiose fixatrice d'azote : la symbiose rhizobienne, impliquant diverses Protéobactéries et la symbiose actinorhizienne impliquant une Actinobactérie, Frankia. Les bactéries pénètrent les cellules des plantes pour former un nouvel organe, la nodosité dans laquelle va avoir lieu la fixation d'azote. Les bases moléculaires à l'origine de la symbiose rhizobienne sont très bien caractérisées tandis que celles de la symbiose actinorhizienne restent en grande partie inconnue, de par l'absence d'outils génétiques. Toutefois, les premières étapes de mise en place de la symbiose présentent des similarités. Les deux bactéries sont capables d'induire la déformation du poil racinaire en sécrétant un facteur déformant, le facteur Nod pour la plupart des symbioses rhizobiennes et un facteur encore non caractérisé dans le cas de la symbiose actinorhizienne. La problématique de mes travaux de thèse est de savoir si le dialogue moléculaire s'établissant entre la plante et la bactérie est basé sur des composants universels. Ce travail a utilisé deux approches. Une approche ciblée visait à mettre en évidence la fonction. Une approche non-ciblée par le biais des puces transcriptomiques chez Frankia a permis de comparer l'expression génétique entre des conditions de vie libre et des conditions de vie symbiotique. Enfin, une dernière approche a concerné les composés aromatiques chez Frankia. Il s'agissait d'établir si Frankia était capable de cataboliser différents composés aromatiques. En effet, beaucoup d'entre eux sont impliqués dans les interactions plante-bactérie, notamment dans les réactions de défense de la plante / Nitrogen is essential for cells development. It's one of the limiting factors of plant growth. The only abundant source of this component is the atmosphere which contains 80 % of dinitrogen, but this form can only be assimilated by some prokaryotes. These microorganisms are able to fix atmospheric nitrogen under freeliving condition or in symbiosis with some plants. Thus, they provide nitrogen substrates to the plant in the form of ammonium, and in return the plant provides carbon substrates from photosynthesis. It is an association with reciprocal profits for both partners. There are two major nitrogen-fixing symbioses: rhizobial symbiosis, which involves various Proteobacteria and actinorhizal symbiosis, which involves the Actinobacterium, Frankia. Bacteria enter plant root cells and develop a new organ, the nodule where nitrogen fixation takes place. Molecular bases are well characterized for rhizobial symbiosis, whereas little is known about the actinorhizal symbiosis. This fact is in part due to absence of genetic tools for Frankia. However, early steps of the interaction show some similarities. These two bacteria are able to induce root hair deformation by secreting a deforming factor, Nod factor in most rhizobial symbioses and a noncharacterized factor in the actinorhizal symbiosis. The aim of this thesis was to determine if molecular dialogue between plant and bacteria is based on universal components. This work used two approaches. One was targeted on nodC-like gene from Frankia alni ACN14a. We tried to characterize their function. Another used trancriptomic microarrays in Frankia. This technique allowed us to compare transcripts from 2 conditions: free-living cells and symbiosis. A last approach focused on aromatic compounds in Frankia. We wanted to determine if Frankia was able to use different aromatic compounds to grow. Indeed, a lot of aromatic compounds are involved in plant-bacteria interaction such as plant defense

Parmi les activités catalytiques les plus intéressantes présentes dans le latex de Carica papaya on trouve l'activité lipolytique (EC 3.1.1.X). En effet les enzymes lipolytiques peuvent catalyser des réactions d’hydrolyse sur divers substrats mais également, dans des conditions thermodynamiques favorables, des réactions de synthèse. De plus, elles sont actives en présence de solvants organiques, ce qui fait de ce type d’enzymes des biocatalyseurs spécialement attractifs pour des applications industrielles. Enfin, cette activité lipolytique est associée à la matrice insoluble du latex, et constitue donc une activité immobilisée. Cependant et pour cette même raison, il n'a pas été possible jusqu'à présent d'élucider la ou les séquences protéiques dans le latex responsables de cette activité lipolytique. En conséquence, cette thèse est dédiée à l'étude de l'activité lipolytique du latex de C. papaya. Pour cela, la purification partielle du latex de C. papaya a été réalisée. Ainsi, les propriétés catalytiques des fractions partiellement purifiées ont pu être déterminées pour l'hydrolyse de triglycérides, la résolution de mélanges racémique d'octyl ester de l'acide 2-bromo-phenylacétique, la synthèse de biopolymères et des lipides structurés. Parallèlement à cela, une recherche dans le génome de C. papaya des séquences codant les motifs conservés dans les protéines lipolytiques, ainsi que des essais d'expression in vivo dans les feuilles de la plante en conditions de stress a été effectuée, ce qui a permis d’isoler pour la première fois une lipase, CpLip2, exprimée in vivo chez C. papaya. Cette protéine, ainsi que 2 autres protéines déjà identifiées dans le latex de C. papaya, CpEst et CpLip1, ont été produites sous forme fonctionnelle en employant respectivement Nicothiana sp., Yarrowia lipolytica et Pichia pastoris comme systèmes d'expression. Finalement, certaines des propriétés biochimiques et catalytiques de ces protéines recombinantes ont pu être déterminées / Lipolytic activity (EC 3.1.1.X) is one of the most interesting catalytic activities from Carica papaya latex. Indeed lipolytic enzymes can catalyze not only hydrolysis but also various synthesis reactions due to their activity in organic solvents, which make them especially attractive for industrial applications. Nevertheless, most of the lipolytic activity present in latex is tightly associated to the insoluble fraction of the latex and up to now it has not been possible to determine which enzymes are responsible for the lipolytic activity of C. papaya latex. This PhD work is dedicated to the study of the lipolytic activity present in Carica papaya. Partial purification of lipolytic activity from C. papaya latex was carried out to evaluate the catalytic properties of the partially purified fractions in the hydrolysis of triglycerides, the resolution of racemic mixtures of 2-bromo-phenylacetic octyl ester, biopolymers and structured lipids synthesis. Bioinformatic analysis was also realized on C. papaya genome by searching conserved motifs for lipolytic proteins. Finally, assays of in vivo transcriptomic in the leaves of stressed C. papaya allowed the isolation of a new lipase produced in vivo (CpLip2, gene 1973.2). This protein, as well as two previously identified lipolytic enzymes from C. papaya, CpEst (gen 25.180) and CpLip1 (gen 55.143) were functionally expressed using Nicotiana sp.,Yarrowia lipolytica and Pichia pastoris as expression hosts, respectively. Finally, some of the biochemical and catalytic properties of these produced recombinant proteins were evaluated / Una de las actividades catalíticas más interesantes presentes en el látex de Carica papaya es la actividad lipolítica (3.1.1.X).Las enzimas lipolíticas pueden catalizar reacciones de hidrólisis sobre varios sustratos e igualmente, en condiciones termodinámicas favorables, pueden catalizar reacciones de síntesis. Adicionalmente, son activas en presencia de solventes orgánicos, por lo que son biocatalizadores atractivos para aplicaciones industriales. Sin embargo, la mayor parte de la actividad lipolítica del látex se encuentra asociada a la matriz insoluble del látex, formando un biocatalizador auto-inmovilizado.Por esta razón, hasta la fecha no ha sido posible elucidar qué enzima o enzimas son responsables de la actividad lipolítica observada en el látex de C. papaya. En consecuencia, la presente investigación está dedicada al estudio de la actividad lipolítica en Carica papaya. Para ello, se realizaron estudios de purificación parcial del látex de Carica papaya, así como la evaluación de las propiedades catalíticas de las fracciones parcialmente purificadas en la hidrólisis de triglicéridos, resolución de mezclas racémicas de octil éster del ácido 2-bromo-fenilacético y síntesis de biopolímeros y lípidos estructurados. Paralelamente, se realizó un análisis genómico mediante la búsqueda con motivos conservados que codifican para diversas proteínas lipolíticas, así como ensayos de transcriptómica para buscar la expresión in vivo de secuencias seleccionadas en las hojas de la planta, que permitieron encontrar por primera vez una expresión in vivo de una lipasa en C. papaya (CpLip2). Esta proteína y otras dos previamente identificadas en el látex de papaya (CpEst y CpLip1), fueron expresadas de forma funcional empleando respectivamente Nicotiana sp., Yarrowia lipolytica y Pichia pastoris como sistemas de expresión. Finalmente algunas de las propiedades bioquímicas y catalíticas de las proteínas expresadas fueron determinadas

Chez le pin maritime l’embryogenèse somatique, méthode de multiplication végétative performante, n’est pas optimisée la limite étant le contrôle du développement des embryons somatiques (ES). Nos objectifs ont été 1) d’étudier les mécanismes physiologiques, cellulaires et moléculaires précoces contrôlant la différenciation des ES en réponse à une disponibilité en eau réduite 2) d’évaluer pour l'ES cotylédonaire de 12 semaines son état de maturité, son protéome afin de les comparer à l'embryon zygotique (EZ). 1) Pour le 1er objectif, le rapprochement de données de transcriptomique et de protéomique a été entrepris. Nous avons observé une réponse physiologique et moléculaire ABA-dépendante entrainant une transition précoce de la prolifération vers la différenciation des ES (surexpression de protéines impliquées dans la division cellulaire, l'embryogenèse et la synthèse de l'amidon). Une protéine de type germine et une ubiquitine ligase apparaissent comme marqueurs potentiels de l’embryogenèse somatique précoce du pin maritime, alors que la protéine phosphatase 2C marque la réponse adaptative à l’environnement de culture. 2) La maturité de l’ES cotylédonaire a été étudiée aux niveaux physiologiques (masse sèche, teneur en eau) et biochimiques (teneur en protéines totales, en sucres solubles). Des ES de 10, 12 ou 14 semaines se révèlent semblables. Une méthode de classification hiérarchique ascendante basée sur 9 variables explicatives, montre que l’ES est similaire à l’EZ cotylédonaire frais (protéomes présentant 94% d’homologie). Parmi les protéines communes, 3 familles ont été identifiées (protéines de réserve, protéines de réponse au stress HSP, protéines LEA) ainsi que l’aldose réductase et l’adénosine kinase. Nous les proposons comme marqueurs génériques du stade cotylédonaire de l'embryogenèse tardive du pin maritime. L’ensemble des résultats contribue à une meilleure compréhension de l’embryogenèse somatique du pin maritime. / In maritime pine somatic embryogenesis, a powerful method of vegetative propagation, is not optimized the limitation being the control of the somatic embryo (SE) development. Our objectives were 1) To study the early physiological, cellular and molecular mechanisms controlling SE differentiation in response to a reduced water availability 2) to estimate for cotyledonary SE 12 weeks old, its maturity, its proteome to compare them to the zygotique embryo (ZE). 1) For the 1st objective, transcriptomic and proteomic data were combined. We observed a physiological and molecular answer ABA-dependent, inducing an early transition from proliferation towards SE differentiation (surexpression of proteins involved in the cellular division, the embryogenesis and in starch synthesis). A protein of germin type and an ubiquitine ligase appear as potential markers of the early somatic embryogenesis of maritime pine, while the phosphatase protein 2C stands out the adaptive answer to the environment of culture. 2) Cotyledonary SE maturity was studied at the physiological (dry weight, water content) and biochemical levels (total protein content, soluble sugars). SE of 10, 12 or 14 weeks old appeared very similar. A hierarchical ascendant cluster analysis based on 9 explanatory variables, shows that SE is similar to the fresh cotyledonary EZ; proteome profiling further confirmed high similarity (94.5%) between them. Protein profiling revealed biomarkers belonging to 3 large families of proteins (HSP, LEA and storage proteins) or the aldose reductase and the adenosine kinase. We propose them as generic markers of the cotyledonary stage of the late embryogenesis of the maritime pine. All the results contribute to a better understanding of the somatic embryogenesis of maritime pine.