Le transfert horizontal de gènes (THG, ou transfert latéral de gènes) est un mécanisme d'évolution naturel qui consiste en le transfert direct du matériel génétique d'une espèce à une autre. La possibilité que le transfert horizontal de gènes puisse jouer un rôle clé dans l'évolution biologique est un changement fondamental dans notre perception des aspects généraux de la biologie évolutive survenu ces dernières années. Par exemple, les bactéries et les virus possèdent des mécanismes sophistiqués d'acquisition de nouveaux gènes par transfert horizontal leur permettant de s'adapter et d'évoluer adéquatement dans leur environnement. Jusqu'à tout récemment, les méthodes de détection de ce mécanisme reposaient essentiellement sur l'analyse de séquences et étaient très rarement automatisées. Il est impossible de représenter l'évolution d'organismes ayant subi des THG à l'aide d'arbres phylogénétiques acycliques. La présentation adéquate est celle d'un réseau. Dans cette thèse, nous décrivons un nouveau modèle de ce mécanisme d'évolution, en se basant sur l'étude de différences topologiques et métriques entre un arbre d'espèces et un arbre du gène inférés pour le même ensemble d'espèces. Les méthodes qui en découlent ont été appliquées à des jeux de données réelles où des hypothèses de transferts latéraux de gènes étaient plausibles. Des simulations Monté-Carlo ont été menées afin d'évaluer la qualité des résultats par rapport à des méthodes existantes. Nous présentons également une généralisation du modèle de transferts horizontaux complets qui est applicable pour détecter des transferts partiels et identifier des gènes mosaïques. Dans ce dernier modèle, on suppose qu'une partie seulement du gène a été transférée. Enfin, nous présentons une application de ces nouvelles méthodes servant à modéliser des emprunts de mots survenus durant l'évolution des langues indo-européennes. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : arbre phylogénétique, réseau réticulé, transfert horizontal de gènes, critère des moindres carrés, distance de Robinson et Foulds, dissimilarité de bipartitions, biolinguistique.

Les mycoplasmes sont des bactéries atypiques, dépourvues de paroi et souvent considérées comme des cellules minimales du fait de la taille réduite de leur génome. De nombreuses espèces sont pathogènes et ont un impact économique important dans les filières d'élevage, notamment pour les ruminants. Les mycoplasmes n'échappent pas au phénomène mondial de la résistance aux antibiotiques. Contrairement à la plupart des autres bactéries, les mycoplasmes ne contiennent pas de plasmides conjugatifs souvent incriminés dans la dissémination horizontale de gènes de résistance, la base moléculaire principalement décrite étant la mutation chromosomique des gènes cibles. De façon générale, le transfert horizontal de gènes (HGT) chez les mycoplasmes a longtemps été sous-estimé. Récemment, deux mécanismes de HGT ont été décrits chez Mycoplasma agalactiae : le transfert d'élément conjugatif et intégratif (ICE), et le transfert non-conventionnel de régions chromosomiques par conjugaison appelé MCT (Mycoplasma Chromosomal Transfer). Nos travaux se sont attachés à explorer ce dernier mécanisme et à évaluer son impact sur l'acquisition de la résistance aux antibiotiques. Une analyse de génomique comparative a été conduite à partir du séquençage de nombreux mutants spontanément résistants et de transconjugants générés par des expériences de mating et sélectionnés pour leur résistance. Nos résultats montrent que le MCT conduit de façon distributive au transfert simultané de nombreux fragments. En une seule étape de conjugaison impliquant deux souches, ce phénomène génère une population variée de génomes hautement mosaïques. Il accélère la dissémination de l'antibiorésistance, permettant l'acquisition de plusieurs mutations distantes associées à la résistance en un seul événement. De par les multiples possibilités de réassemblage génomique qu'il produit, le MCT pourrait avoir des conséquences importantes sur d'autres processus adaptatifs comme la virulence ou la spécificité d'hôte. Enfin, les modalités distributives et l’ampleur du MCT expliquent l'origine des transferts de gènes précédemment détectés in silico entre de nombreux mycoplasmes. Ce phénomène pourrait donc avoir eu des répercussions importantes sur l'évolution de ces bactéries minimales et être un facteur clé de leur persistance et virulence actuelles.

Avec l'arrivée des données moléculaires vers la fin des années 70, nous avons assisté à la découverte de nouveaux mécanismes d'évolution primordiaux dont l'échange du matériel génétique entre les espèces. Un tel échange peut se faire horizontalement, quand l'organisme intègre le matériel génétique provenant d'un autre organisme qui n'est pas son descendant direct, ou verticalement, quand l'organisme reçoit du matériel génétique à partir de son ancêtre le plus proche. Le problème de la détection et de la classification des transferts horizontaux de gènes (THG) est parmi les plus ardus en bioinformatique. Dans cette thèse, nous décrivons cinq nouveaux algorithmes pour la détection de THGs complets ou partiels qui seront basés sur des comparaisons topologiques et métriques entre un arbre d'espèces et un arbre de gène inférés pour le même ensemble d'espèces. Ces algorithmes incluent l'algorithme de détection de THGs complets ainsi que ses versions interactive et consensus. Les deux algorithmes de détection de transferts partiels que nous avons proposés peuvent être vus comme une généralisation de l'algorithme de détection de transferts complets. Ils peuvent être utilisés pour identifier des gènes mosaïques. Nous présentons aussi dans cette thèse une version parallèle de l'algorithme de détection de THGs complets, ainsi qu'une plateforme pour la transformation semi-automatique de programmes bioinformatiques séquentiels en programmes parallèles. Une interface Web intégrant tous les programmes développés dans le cadre de ce projet doctoral a aussi été mise au point. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : algorithmes bioinformatiques, arbre phylogénétique, programmation parallèle, réseau réticulé, transfert horizontal de gènes (THG).

Les bactériophages (i.e., virus de bactéries) constituent l'un des groupes d'organismes les plus abondants dans la biosphère. Ils jouissent d'une très grande biodiversité. Nos connaissances partielles de ces microorganismes sont sans cesse remises en cause par de nouvelles découvertes et le recensement est loin d'être terminé. Il existe bien des classifications basées sur les critères de morphologie et d'homologie génétique, mais celles-ci ne tiennent pas compte de l'évolution caractéristique des virus qui comprend à la fois la transmission verticale (évolution classique) et horizontale (évolution réticulée) de l'information. De plus, ces classifications ne disent rien à propos des ancêtres communs des espèces. Il y a donc beaucoup de possibilités d'affiner la taxonomie virale existante. Dans cette étude, nous présentons une nouvelle approche de classification des bactériophages, basée sur des méthodes heuristiques tirées des sciences cognitives de la catégorisation. Cette approche originale vise à reconstruire l'histoire évolutive des organismes viraux, en tenant compte de l'hypothèse d'évolution classique ainsi que l'hypothèse d'évolution réticulée, i.e., les transferts horizontaux de gènes (THG). En d'autres termes, la classification proposée prend en considération d'une part, l'approche traditionnelle d'analyse phylogénétique qui inclut la reconstruction d'arbres d'espèces par les méthodes de distances et d'inférence bayésienne et la reconstruction de séquences de protéines ancestrales par la méthode Tree-HMM en tenant compte des substitutions, des insertions et des délétions de caractères génétiques [Diallo et al. 2006 ; Felsenstein 1981], et d'autre part, l'approche de détection des transferts horizontaux par la méthode de réconciliation topologique de l'arbre d'espèces et l'arbre de gène [Makarenkov et al. 2008]. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Classification, Catégorisation, Phylogénie, Taxonomie, Virus, Bactériophages, Transferts horizontaux de gènes, Reconstruction ancestrale.

Les cassures double-brin (CDBs) de l'ADN sont décrites comme étant les lésions de l'ADN les plus délétères puisqu'elles conduisent systématiquement à la mort de la cellule si elles ne sont pas réparées. Les CDBs peuvent être réparées par différents mécanismes et notamment par Non-Homologous End-Joining (NHEJ). Chez les eucaryotes, les protéines centrales de la NHEJ, Ku70 et Ku80, forment un hétérodimère capable de se lier aux extrémités de l'ADN générées par la cassure. Par la suite, Ku70 et Ku80 recrutent de nombreuses autres protéines permettant la modification des extrémités et la réparation de la CDB par ligation. La NHEJ a également été caractérisée chez un nombre limité de bactéries chez qui le mécanisme semble moins complexe que chez les eucaryotes. Chez les bactéries, la NHEJ nécessite seulement deux protéines : un homodimère de Ku, et la protéine multifonctionnelle LigD capable de modifier les extrémités et d'effectuer la ligation. La majorité des études faites sur la NHEJ ont été menées chez des bactéries ne possédant qu'une seule paire des gènes ku/ligD. Cependant, de nombreux autres génomes bactériens possèdent plusieurs copies de ces deux gènes et le fonctionnement de la NHEJ chez ces organismes est inconnu. Le génome de la bactérie symbiotique Sinorhizobium meliloti code quatre Ku putatives (ku1-4) et quatre LigD putatives (ligD1-4). A ce jour, une seule étude a été menée chez ce modèle bactérien montrant que chacun des simples mutants ku est plus sensible que la souche sauvage à un traitement aux rayonnements ionisants, suggérant que chacune des Ku joue un rôle dans la réparation des CDBs par NHEJ. Par l'utilisation de différentes approches in vivo, nous avons mené une caractérisation génétique de la NHEJ chez S. meliloti permettant de clarifier les contributions relatives des gènes ku et ligD dans le mécanisme. Pour la première fois chez une bactérie, nous avons pu obtenir des résultats montrant la présence de plusieurs systèmes indépendants de NHEJ chez S. meliloti, et suggérant l'existence d'un possible hétérodimère de Ku. Nous avons également mis en évidence que la NHEJ est activée dans différentes conditions de stress, telles que le stress thermique et la carence nutritive, et qu'une partie de cette réparation est sous le contrôle du régulateur central de la réponse générale au stress RpoE2. Par ailleurs, nous avons montré que la NHEJ, et plus généralement les mécanismes de réparation des CDBs sont impliqués dans la résistance à la dessiccation chez S. meliloti. Enfin, nous avons généré la première preuve expérimentale d'une implication de la NHEJ dans le transfert horizontal de gène chez les bactéries. Dans leur ensemble, ces travaux enrichissent nos connaissances sur les mécanismes de réparation des CDBs chez les bactéries possédant plusieurs orthologues de Ku et LigD. Ils suggèrent également que la NHEJ pourrait contribuer à l'évolution des génomes, en particulier en condition de stress, non seulement en raison du caractère mutagène de ce type de réparation mais également en participant à l'acquisition d'ADN exogène originaire de bactéries distantes. / DNA double-strand breaks (DSBs) are described as the most deleterious DNA damages as they can lead to cell death if they are not repaired. DSBs can be repaired through several mechanisms, including Non-Homologous End-Joining (NHEJ). In eukaryotes, the main NHEJ proteins, Ku70 and Ku80, bind DNA ends as a heterodimer, and then recruit several additional proteins including enzymes which catalyze the processing and ligation of DNA ends. NHEJ has also been characterized in a limited number of bacteria, where the repair mechanism appears to be less complex than in eukaryotes. Indeed, only two proteins are required: a homodimeric Ku protein, and a multifunctional LigD enzyme able to process and ligate the DNA ends. However, most studies were performed on bacterial species encoding a single pair of ku/ligD. Actually, many bacterial species encode multiple copies of these genes, whose relative contributions to NHEJ in vivo are so far unknown. The Sinorhizobium meliloti genome encodes four putative Ku (ku1-4) and four putative LigD (ligD1-4). To date, a single study conducted on this model bacterium showed that every ku single mutant is more sensitive than the wild type strain to ionizing radiations showing that all ku genes are involved in NHEJ repair of DSBs in this organism. Here, using several in vivo approaches, we performed a comprehensive genetic characterization of NHEJ repair in S. meliloti, and clarified the respective contributions of the various ku and ligD genes. For the first time in bacteria, we obtained results showing the presence of several independent NHEJ systems in S. meliloti and suggesting the existence of a putative heterodimeric form of Ku. We also demonstrated that NHEJ repair is activated under various stress conditions, including heat and nutrient starvation, and that part of this repair is under the control of the general stress response regulator RpoE2. We showed that NHEJ and more generally DSB repair mechanisms are involved in desiccation resistance in S. meliloti. Finally, for the first time in bacteria, we provided evidence that NHEJ not only repairs DSBs, but can also erroneously integrate heterologous DNA molecules into the breaks. Altogether, our data provide new insights into the mechanisms of DSB repair in bacteria which encode multiple Ku and LigD orthologues. It also suggest that NHEJ might contribute to the evolution of bacterial genomes under adverse environmental conditions not only through error-prone repair of DSB by its mutagenesis repair characteristic but also by participating in the acquisition of foreign DNA from distantly related organisms during horizontal gene transfer events.

Dans ce mémoire nous abordons de prime abord la reconstruction d'arbres et de réseaux phylogénétiques, à travers deux méthodes d'inférence. Les arbres et les réseaux sont deux supports pour la représentation de l'évolution d'un groupe d'espèces étudiées. Les modèles d'évolution d'espèces qui seront traités sont les suivants : 1) Le modèle arborescent classique qui a longtemps été le seul support formel pour la représentation des relations génétiques entre les espèces. 2) Le modèle en réseau qui permet de représenter des mécanismes phylogénétiques importants pouvant jouer un rôle clé dans l'évolution et pouvant s'expliquer par le phénomène de l'évolution réticulée. Nous nous sommes particulièrement intéressés aux algorithmes d'inférence de réseaux de transferts horizontaux de gènes. Un transfert horizontal de gènes permet à deux espèces de s'échanger, partiellement ou totalement, différents gènes au cours de l'évolution. Le travail effectué sur la reconstruction d'arbres et de réseaux phylogénétiques a mené à la publication de trois articles. Ensuite, nous abordons le problème de réduction du temps d'exécution de différents programmes bioinformatiques. Ce problème a pris de l'ampleur à cause de la croissance du volume de données biologiques et du blocage de la puissance des ordinateurs autour de 3,4GHZ depuis environ deux ans. Nous décrivons un procédé d'accélération des calculs effectués par différents algorithmes d'inférence et de représentation de l'évolution des espèces, en utilisant le parallélisme. Le parallélisme mis en place a été réalisé à travers une librairie standard de passage de messages (Message Passing Interface). Nous montrons les différentes formes de parallélisme, les architectures de systèmes parallèles, quelques environnements qui permettent de supporter l'exécution des applications de façon à exprimer le parallélisme, ainsi que les approches utilisées pour paralléliser différents modèles d'évolution. Les versions parallèles des algorithmes d'évolution ont été développées et installées sur une « grappe » (i.e. cluster) Linux ayant 16 lames possédant chacune deux processeurs et sa propre mémoire. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : algorithmes d'évolution, arbre phylogénétique, réseau phylogénétique, transferts horizontaux de gènes, programmation parallèle, Message Passing Interface (MPI).

Les mycoplasmes sont des bactéries atypiques, dépourvues de paroi et souvent considérées comme des cellules minimales du fait de la taille réduite de leur génome. De nombreuses espèces sont pathogènes et ont un impact économique important dans les filières d'élevage, notamment pour les ruminants. Les mycoplasmes n'échappent pas au phénomène mondial de la résistance aux antibiotiques. Contrairement à la plupart des autres bactéries, les mycoplasmes ne contiennent pas de plasmides conjugatifs souvent incriminés dans la dissémination horizontale de gènes de résistance, la base moléculaire principalement décrite étant la mutation chromosomique des gènes cibles. De façon générale, le transfert horizontal de gènes (HGT) chez les mycoplasmes a longtemps été sous-estimé. Récemment, deux mécanismes de HGT ont été décrits chez Mycoplasma agalactiae : le transfert d'élément conjugatif et intégratif (ICE), et le transfert non-conventionnel de régions chromosomiques par conjugaison appelé MCT (Mycoplasma Chromosomal Transfer). Nos travaux se sont attachés à explorer ce dernier mécanisme et à évaluer son impact sur l'acquisition de la résistance aux antibiotiques. Une analyse de génomique comparative a été conduite à partir du séquençage de nombreux mutants spontanément résistants et de transconjugants générés par des expériences de mating et sélectionnés pour leur résistance. Nos résultats montrent que le MCT conduit de façon distributive au transfert simultané de nombreux fragments. En une seule étape de conjugaison impliquant deux souches, ce phénomène génère une population variée de génomes hautement mosaïques. Il accélère la dissémination de l'antibiorésistance, permettant l'acquisition de plusieurs mutations distantes associées à la résistance en un seul événement. De par les multiples possibilités de réassemblage génomique qu'il produit, le MCT pourrait avoir des conséquences importantes sur d'autres processus adaptatifs comme la virulence ou la spécificité d'hôte. Enfin, les modalités distributives et l’ampleur du MCT expliquent l'origine des transferts de gènes précédemment détectés in silico entre de nombreux mycoplasmes. Ce phénomène pourrait donc avoir eu des répercussions importantes sur l'évolution de ces bactéries minimales et être un facteur clé de leur persistance et virulence actuelles. / Mycoplasmas are wall-less bacteria often portrayed as minimal cells because of their reduced genomes. Several species are pathogenic and have a significant economic impact on livestock production, especially for ruminants. Mycoplasmas are also concerned with the worldwide increase in antibiotic resistance. In contrast to the majority of bacteria, these simple bacteria are deprived of conjugative plasmids that are frequently implicated in the horizontal dissemination of resistance genes: in mycoplasmas antibiotic resistance mainly relies on chromosomal mutations in target genes. In Mycoplasmas, the horizontal gene transfer (HGT) has long been underestimated. Recently, two conjugative mechanisms of HGT were described in Mycoplasma agalactiae: the transfer of an integrative and conjugative element (ICE), and the unconventional transfer of chromosomal DNA further designed by “MCT” for Mycoplasma Chromosomal Transfer. Our current study focused on exploring MCT mechanisms and on estimating its impact on antibiotic resistance dissemination. Comparative genomic analyses were performed from the sequencing (i) of spontaneous resistant mutants and (ii) of transconjugants selected by mating experiments and selected based on their resistance. Data revealed that MCT generated the simultaneous transfer of multiple, unrelated donor-fragments following a distributive process. In one conjugative step involving two strains, MCT generated a variety of highly mosaic genomes. This phenomenon was also shown to accelerate the dissemination of antibiotic resistance, by allowing in one step the acquisition of multiple and dispersed mutations associated with resistance. Due to the limitless ability of this phenomenon in reshuffling genomes, MCT may offer a valuable contribution in other adaptive processes such as virulence or host specificity. Finally, the distributive nature and the extent of MCT explain the origin of genes transfers detected in silico in several mycoplasma species. MCT is certainly a major player in the evolution of these minimal bacteria and a key factor of their persistence and virulence.

Les transferts horizontaux de gènes (THG) ont été démontrés pour jouer un rôle important dans l'évolution des procaryotes. Leur impact a été le sujet de débats intenses, ceux-ci allant même jusqu'à l'abandon de l'arbre des espèces. Selon certaines études, un signal historique dominant est présent chez les procaryotes, puisque les transmissions horizontales stables et fonctionnelles semblent beaucoup plus rares que les transmissions verticales (des dizaines contre des milliards). Cependant, l'effet cumulatif des THG est non-négligeable et peut potentiellement affecter l'inférence phylogénétique. Conséquemment, la plupart des chercheurs basent leurs inférences phylogénétiques sur un faible nombre de gènes rarement transférés, comme les protéines ribosomales. Ceux-ci n'accordent cependant pas autant d'importance au modèle d'évolution utilisé, même s'il a été démontré que celui-ci est important lorsqu'il est question de résoudre certaines divergences entre ancêtres d'espèces, comme pour les animaux par exemple. Dans ce mémoire, nous avons utilisé des simulations et analyser des jeux de données d'Archées afin d'étudier l'impact relatif des THG ainsi que l'impact des modèles d'évolution sur la précision phylogénétique. Nos simulations prouvent que (1) les THG ont un impact limité sur les phylogénies, considérant un taux de transferts réaliste et que (2) l'approche super-matrice est plus précise que l'approche super-arbre. Nous avons également observé que les modèles complexes expliquent non seulement mieux les données que les modèles standards, mais peuvent avoir un impact direct sur différents groupes phylogénétiques et sur la robustesse de l'arbre obtenu. Nos résultats contredisent une publication récente proposant que les Thaumarchaeota apparaissent à la base de l'arbre des Archées. / Horizontal gene transfer (HGT) had been demonstrated to play an important role in the evolution of prokaryotes. Their impact on phylogeny was the subject of a heated debate, with some proposing that the concept of a species tree should be abandoned. The phylogeny of prokaryotes does contain a major part of the historical signal, because stable and functional horizontal transmissions appear to be by far rarer than vertical transmissions (tens versus billions). However, the cumulative effect of HGT is non-negligible and can potentially affect phylogenetic inference. Therefore, most researchers base their phylogenetic inference on a low number of rarely transferred genes such as ribosomal proteins, but they assume the selection of the model of evolution as less important, this despite the fact that it has been shown of prime importance for much less deep divergences, e.g. like animals. Here, we used a combination of simulations and of real data from Archaea to study the relative impact of HGT and of the inference methods on the phylogenetic accuracy. Our simulations prove that (1) HGTs have a limited impact on phylogeny, assuming a realistic rate and (2) the supermatrix is much more accurate than the supertree approach. We also observed that more complex models of evolution not only have a better fit to the data, but can also have a direct impact on different phylogenetic groups and on the robustness of the tree. Our results are in contradiction to a recent publication proposing that the Thaumarchaeota are at the base of the Archaeal tree.

Les ATPases F1F0 sont présentes chez la majorité des bactéries, notamment les mycoplasmes qui sont caractérisés par un génome réduit et un mode de vie parasitaire. En plus de l’opéron codant l’ATPase F1F0, des clusters apparentés de sept gènes ont été identifiés dans le génome de nombreux mycoplasmes. Au cours de cette thèse, nous avons cherché à caractériser l’évolution et la fonction de ces clusters supplémentaires. Quatre des protéines codées par ces clusters présentent des similarités structurales avec les sous-unités α, β,  et ε de l’ATPase F1F0, résultant en une potentielle structure F1-like. Les trois autres protéines ne présentent aucune similarité avec des protéines connues. Une localisation transmembranaire est prédite pour deux d’entre elles. Deux types d’ATPase F1-like, Type 2 et Type 3, ont été identifiés. Les clusters de Type 2 et de Type 3 pourraient être originaires du groupe phylogénétique Hominis, les clusters de Type 3 ayant vraisemblablement été disséminés par des transferts horizontaux de gènes entre mycoplasmes colonisant le même hôte. Les gènes du cluster de Type 3 de Mycoplasma mycoides subsp. mycoides sont organisés en opéron et exprimés en milieu axénique. Des études de mutagénèse et de complémentation démontrent que le cluster de Type 3 est associé à une activité ATPase majeure des fractions membranaires. Des analyses biochimiques suggèrent que l’activité ATPase du cluster est sensible au ∆pH mais pas au ∆Ψ. Ces analyses suggèrent que le sodium et le potassium ne sont pas impliqués dans le fonctionnement de l’ATPase F1-likeX0. Les sous-unités des ATPases F1-likeX0 et F1F0 présentent un comportement différent en présence de détergents. L’ensemble de ces expériences suggèrent que l’ATPase F1-likeX0 est un complexe plus fragile que l’ATPase F1F0. Nos résultats montrent qu’en dépit d’une tendance à la réduction de génome, les mycoplasmes ont développé et échangé des ATPases sans équivalent chez d’autres bactéries. Nous proposons un modèle dans lequel une structure F1-like est associée avec un domaine hypothétique X0, enchâssé dans la membrane des mycoplasmes. / F1F0 ATPases have been found in most bacteria, including mycoplasmas that are characterized by drastically reduced genomes and a parasitic lifestyle. In addition to the typical operon of eight genes encoding genuine F1F0 ATPase, related clusters of seven genes were identified in many mycoplasmas. In this work, we investigated the evolution and the function of these supplementary clusters. Four proteins encoded by these clusters present structural similarities with subunits α, β,  and ε of F1F0 ATPases, resulting in potential F1-like structures. The three other encoded proteins did not show any similarity to known proteins. Transmembrane helices were predicted for two of them, suggesting a membrane localisation. Two types of F1-like ATPases, Type 2 and Type 3, were identified. Clusters encoding Type 2 and Type 3 ATPases were assumed to originate from the Hominis group of mycoplasmas. Further spreading of Type 3 ATPases towards other phylogenetic groups by horizontal gene transfers in between mycoplasmas sharing a same host was proposed on the basis of phylogenetic trees and genomic context. Functional analyses indicated that genes of Type 3 cluster in the ruminant pathogen Mycoplasma mycoides subsp. mycoides were organized as an operon. Proteomic analyses indicated that the seven encoded proteins were produced during growth in axenic media. Mutagenesis and complementation assays demonstrated that Type 3 cluster was associated with a major ATPase activity of membrane fractions. Biochemical analyses indicated that this ATPase activity was sensitive to ΔpH but not to ΔΨ. These analyses suggested that Na+ and K+ were not involved in the F1-likeX0 functioning. Our results indicated a behaviour of F1-likeX0 ATPase subunits that is different to that of F1F0 ATPase subunits in presence of detergents. Altogether, these analyses suggest that the F1-likeX0 complex could be more fragile than the F1F0 complex. Our results showed that despite their tendency to genome reduction, mycoplasmas have evolved and exchanged specific F1-like ATPases with no known equivalent in other bacteria. We propose a model in which the F1-like structure is associated with a hypothetical X0 sector embedded in the membrane of mycoplasmal cells.

Le cuivre, souvent utilisé pour gérer les bactérioses en agriculture, est largement utilisé dans la lutte contre Xanthomonas citri pv. citri (Xcc), agent responsable du chancre asiatique des agrumes. La récente détection d’un phénotype résistant au cuivre (CuR) chez Xcc dans deux territoires ultramarins français a motivé une étude génomique qui a révélé, dans les génomes de souches CuR, la présence d’un plasmide conjugatif portant un transposon adaptatif de type Tn3. Sa conservation chez plusieurs espèces de Xanthomonas phytopathogènes suggère le rôle des transferts horizontaux (HGT) dans l’adaptation de Xcc. Nous avons donc analysé, dans l’océan Indien, les relations phylogénétiques de souches sensibles et CuR en prenant en compte à la fois les SNP et les variations de contenu en gènes. La datation de la phylogénie a permis de formuler des scenarii d’introduction de la bactérie dans la région. La phylogénie a montré une structure géographique forte à l’échelle de l’océan Indien, qui s’estompe à l’échelle de la Réunion et disparaît à l’échelle du verger. Au sein des vergers, l’admixture est un élément favorable aux HGT entre souches génétiquement différentes. Ils sont pourtant peu caractérisés chez les bactéries du genre Xanthomonas. Nous avons ainsi analysé la dispersion de l’ensemble des gènes plasmidiques connus de la famille des Xanthomonadaceae dans l’ensemble des génomes bactériens de NCBI, mettant en évidence à la fois la forte prévalence des gènes plasmidiques au sein des Xanthomonadaceae mais aussi la limite taxonomique forte à leur échange par conjugaison. L’importance du mosaïsme plasmidique, en partie lié aux éléments mobiles a aussi été illustrée. L’ensemble de nos résultats souligne l’importance des HGT dans l’évolution des bactéries du genre Xanthomonas, et la nécessité de caractériser finement le contenu et le fonctionnement du génome environnemental des Xanthomonadaceae pour appréhender au mieux l’adaptation de ces bactéries phytopathogènes. / Copper, frequently used in agriculture to control bacterial diseases, is commonly used against Xanthomonas citri pv. citri (Xcc), the bacterial agent of Asiatic citrus canker. The recent detection of a copper-resistant phenotype in two French overseas regions motivated a genomic study which revealed, in copper-resistant (CuR) strains, a conjugative plasmid encoding an adaptive transposon of the Tn3 family. Its conservation in several Xanthomonas species suggested the role of horizontal gene transfer (HGT) in Xcc adaptation. We therefore analyzed the evolutionary history of susceptible and CuR Xcc strains in the Indian Ocean using both SNP and gene content variations. The dating of the obtained phylogeny allowed us to hypothesize the history of Xcc introduction into the region. The phylogeny showed a strong geographic structure among islands of the Indian Ocean region, which faded at the Réunion scale and disappeared at the grove scale. Among the groves, admixture is a factor favoring HGT between genetically distinct strains. This form of evolution is however largely uncharacterized in the Xanthomonas genus. To fill this gap, we searched genetic homology between the whole known plasmid gene content of the Xanthomonadaceae family and the complete set of genomes hosted in NCBI databases. We highlighted both the ubiquity of plasmid genes in the Xanthomonadaceae family and the taxonomical barrier of their sharing by conjugation. The small fraction of genes that were exchanged through the complete sharing of plasmids also revealed the importance of plasmid mosaicism, partly due to mobile genetic elements. Taken together, our results highlight the importance of bacterial communities in the evolution of phytopathogenic bacteria of the Xanthomonas genus, and the need for a precise characterization of the content and the functioning of the Xanthomonadaceae environmental genome in order to fully apprehend the adaptation of these phytopathogenic bacteria.