Les éléments transposables sont des composants majeurs de la plupart des génomes, et leur impact sur l’évolution des génomes est maintenant bien documenté. Cependant, la manière par laquelle ils participent au transcriptome n’est pas encore clairement établie. En utilisant le génome séquencé de Drosophila melanogaster et les bibliothèques d’EST, nous avons déterminé les insertions d’éléments transposables qui sont transcrites sans équivoque, ainsi que leur localisation dans le génome séquencé de D.melanogaster. Nous montrons que la plupart des familles d’éléments transposables sont transcrites, et nous identifions spécifiquement 69 insertions d’éléments transposables exprimés, dont la moitié réside dans des gènes, la plupart dans des introns et des régions régulatrices 5’UTR. / Transposable elements (TEs) are major components of most genomes, and their impact on genome evolution is now well documented. However, the way they affect the transcriptome is still not clearly established. Using the sequenced genome of Drosophila melanogaster and EST libraries (“Expressed Sequence Tag”, large tags (~500bp) corresponding to subsequences of a transcribed cDNA sequences), we describe here the TE insertions that are unequivocally transcribed, and we have determined their location in the sequenced genome of Drosophila melanogaster. We show that most TE families are transcribed, and we have specifically identified 69 expressed TE insertions, half of which are located inside genes, mostly within introns and 5′UTRs regulatory regions.

Les éléments génétiques transposables (ET) sont des séquences d’ADN capables de se déplacer dans tous lesgénomes sous certaines conditions. Les ET ont des structures et des modes de transposition qui lesdifférencient en plusieurs groupes. Les éléments de la famille mariner sont ubiquistes ; lorsqu’ils sont actifs, ilsproduisent une transposase qui coupe l’élément et l’insère dans un autre locus. Des fragments d’éléments detype mariner (MLE) ont été précédemment identifiés chez la diatomée marine Amphora acutiuscula et ils semblaientactifs en condition de stress thermiques. Les diatomées sont caractérisées par une paroi siliceuse ornementée et,dans le milieu marin, elles jouent un rôle primordial dans les chaînes alimentaires.Dans le présent travail, par des méthodes de biologie moléculaire et de bioinformatique, nous avons recherché et caractérisé des MLE complets, et précisé leur activité en conditions de chocs thermiques et métalliques (cuivre et zinc). L’analyse des séquences amplifiées a mis en évidence la présence de MLE particuliers chez cette diatomée qui code une transposase ayant une triade catalytique DD43D jamais décrite jusqu’à présent.L’analyse phylogénétique place les MLE de diatomées dans une sousfamille différente mais proche de celle desMLE de plantes. Parmi les nombreuses copies de MLEprésentes dans le génome d’A. acutiuscula, certaines sont exprimées lorsque la diatomée est placée pendant 2 à 5 heures à unetempérature inférieure à sa température de culture. Par contre, l’expression des MLE n’a pas été mise en évidence chez cette espèce soumise aux stress métalliques appliqués. / Transposable elements (TE) are DNA sequences able to move in all genomes depending on conditions. TE have different structures and transposition mechanisms. Tc1-mariner elements are ubiquist ; when they are active, they produce a transposase which cuts and inserts the element into another locus. Fragments of mariner-like elements (MLE) hadpreviously been identified in the marine diatom Amphora acutiuscula and they seemed active under thermal stress. Diatoms are characterized by a siliceous ornamented cell wall and, in the ocean, they play a major role in trophic networks.In this work, with biomolecular and bioinformatic methods, we have searched for and characterized full length MLE, and precised their activity under thermal and metal (copper and zinc) stresses. The analyse of the DNA sequences obtained highlighted that MLE in diatoms are particular and that they encode a transposase which has a DD43D catalytic triad neverso far depicted. The phylogenetic analyse arranged diatom MLE in a subfamily different and close to that of plant MLE. Among the numerous MLE copies present in the genome of A.acutiuscula, some were expressed when the microalga was put at a lower temperature than the culture temperature for 2 to 5 hours. Conversely, metal stresses we applied did notinduce MLE expression in this species.

Os elementos de transposição (TEs) se movimentam de um locus para outro no genoma afetando a estrutura e evolução destes. A superfamília de transposases hAT é definida pelos elementos que compartilham os domínios de dimerização e ligação ao DNA com os transposons previamente descritos: hobo, Activator e Tam3. Análises prévias encontraram algumas evidencias da presença genômica e ativação transcricional de TEs relacionados à superfamília hAT em cana-de-açúcar (denominados de família SChAT) e pelo menos três linhagens evolutivas foram postuladas. O objetivo deste trabalho é caracterizar versões genômicas das linhagens de transposons (191 e 257) e linhagem possivelmente domesticada (074). Pretende-se estudar as relações evolutivas, distribuição em gramíneas, identificar os padrões de expressão e propriedades funcionais. Regiões de sintenia foram estabelecidas para estes BACs em Arabidopsis thaliana, Brachypodium distachyon, Sorghum bicolor, Oryza sativa e Zea mays. Elementos relacionados com as três linhagens foram procurados nestes genomas. / Transposable elements (TEs) are able to move from one locus to another within a genome. TE mobilization affects genome structure and evolution. The hAT transposase superfamily is defined as elements that share the dimerization and DNA ligation domains with the previously described hobo, Activator and Tam3 transposon elements. Previous analyses found some genomic and transcriptional evidences of TEs related to hAT superfamily in sugarcane (named SChAT family) and at least three evolutionary lineages were proposed. The aim of this work is to characterize full-length genomic versions of the transposons lineages (191 and 257) and from the domesticated lineage (074). It is proposed to study the evolutionary relationship, distribution along grasses genomes, identify expression patterns and functional capacities of the SChAT elements. Syntenic regions for the BACs containing elements from the three lineages were mapped in Arabidopsis thaliana, Brachypodium distachyon, Sorghum bicolor, Oryza sativa and Zea mays. Related elements were search on the same genomes.

Os elementos transponíveis constituem grande parte do genoma das plantas, particularmente em gramíneas, constituem entre 50 a 80% do conteúdo genômico. Recentemente, foi demonstrado que estes elementos servem como fonte de material genético para a formação de novos genes e novas redes regulatórias. O SUCEST, projeto de seqüenciamento de ESTs de cana-de-açúcar da FAPESP, gerou a seqüência parcial de 237.954 mRNA de diversos tecidos e condições fisiológicas, fornecendo valiosa informação sobre o transcriptoma deste cultivo. Um levantamento dos elementos transponíveis nesse genoma mostrou que o transposon Mutator é o mais expresso. A superfamília Mutator foi amplamente estudada em cana-de-açúcar, arroz e Arabidopsis thaliana e se constatou que o sistema está composto por dois clados de transposons verdadeiros (Classe I e Classe II) e dois clados de transposases domesticadas (Classe III e Classe IV), chamadas mustang. As transposases domesticadas são seqüências derivadas de transposons, que perderam a capacidade de se mobilizar, e adquiriram função celular. Recentemente, foram clonadas e seqüenciadas, pelo nosso grupo, duas cópias genômicas da Classe III e uma da Classe IV. Para somar evidências que permitam desvendar a função das proteínas MUSTANG, este trabalho realizou uma análise comparativa destes genes em gramíneas assim como o estudo da atividade transcricional em cana-de-açúcar. Desta forma, foram identificados os loci ortólogos no genoma de sorgo e milho, e foi possível verificar que os genes mustang são altamente conservados. As putativas regiões regulatórias dos genes de cana-de-açúcar apresentaram diversos motivos de união a fatores de transcrição envolvidos na resposta a luz, hormônios e estresse. Fusões com genes repórteres permitiram demonstrar que as regiões estudadas são promotores transcricionais ativos. Adicionalmente, a obtenção de linhagens de células de fumo transgênicas viabilizou experimentos que permitiram revelar que os promotores dos genes mustang são modulados por fitohormônios. O perfil transcricional para ambas as classes revelou que estes genes são expressos de forma ubíqua, sendo o meristema o tecido que apresenta maiores níveis relativos de mRNA. A análise integrada dos resultados obtidos sugere o possível envolvimento das proteínas MUSTANG na manutenção da homeostase da resposta hormonal. / Transposable elements constitute a vast quantity of plant genomes, particularly in grasses, they comprise between 50 to 80% of genomic content. Recently, it has been demonstrated that these elements are source of genetic material for new genes creation and new regulatory network establishment. The Brazilian Sugarcane EST Sequencing Project, SUCEST, financed by FAPESP, generated 237.954 mRNA partial sequence derived from several tissues and different physiological conditions, providing a wide range of information of sugarcane transcriptome. A wide spectrum of transposable elements was identified, revealing the Mutator transposon as the most abundantly expressed transposable element in sugarcane genome. The Mutator superfamily was deeply explored in Arabidopsis, sugarcane and rice and it was found that the system comprises two clades of bona fide transposons (Class I and Class II), and two clades of domesticated transposases (Class III and Class IV), named mustang. The domesticated transposases are sequences that have lost their movement capacity and, acquired cellular function. Recently, two genomic copies of Class III and one for Class IV have been cloned and sequenced by our group. In order to gain evidences for unraveling the function of MUSTANG proteins, this work performs a comparative sequence analysis of these genes in grass genomes and a transcriptional activity profile study in sugarcane. Thus, the orthologous loci from sorghum and maize were identified, and it was verified that mustang genes are highly conserved in grass genomes. The putative promoter region of sugarcane genes displayed several transcription factor motifs involved in light, hormone and stress response. Reporter gene fusions showed that the studied regions are indeed transcriptional active promoters. Furthermore, transgenic lines of tobacco BY-2 cells demonstrated that the sugarcane mustang genes are modulated by phytohormones. The expression profile revealed that both classes are ubiquitously transcribed being the meristem the tissue that shows higher relative expression levels. The integrated analysis of these results suggests a possible involvement of MUSTANG proteins in the homeostasis maintenance of hormonal response.

L’igname (Dioscorea spp) est un aliment de base de plus de 100 millions de personnes en Afrique. L’objectif de cette thèse était d'étudier la diversité génomique de l'igname, comprendre les bases génétiques de sa domestication, et d'étudier son adaptation à différentes zones climatiques. L’étude du processus de domestication de l’igname a été menée par une approche de génomique comparée entre l’espèce cultivée D. rotundata et deux espèces sauvages apparentées D. praehensilis et D. abyssinica, en utilisant des données de séquençage NGS génomique. Nous avons mis en évidence des sélections fortes de gènes de la voie de biosynthèse de l’amidon. Des gènes impliqués dans la morphologie des tubercules ou l’aptitude au phototropisme, ainsi que des gènes du complexe NADH deshydrogenase ont également été identifiés comme sélectionnés durant la domestication. Ce même complexe NADH-DH a également été identifié lors de la recherche de gènes associés à la distribution d’une collection d’ignames selon la variabilité climatique. Nous avons aussi créé la première banque de novo d’éléments transposables (ET) de l’igname. L’étude que nous avons menée sur les éléments répétés (ER) du génome de l’igname nous a permis d’identifier une forte corrélation entre la variabilité des abondances relatives d’un grand nombre d’ERs et la variabilité climatique. Enfin, nous avons pu proposer une hypothèse quant à l’origine de l’igname cultivée D. rotundata. La domestication de l'igname dériverait de l'espèce inféodée au milieu forestier, D. praehensilis. Ces résultats remettent en cause l’hypothèse d’une origine stricte en zone de savane pour les espèces cultivées et l’agriculture en Afrique de l'Ouest. / Yam (Dioscorea spp) is a major staple for more than 100 million people in Africa. The main objectives of the present PhD project were to study yam genomic diversity, its domestication, and to characterize the genomic determinism of its adaptation to different climatic zones. We investigated the genetic basis of yam domestication in a comparative genomic approach between the cultivated species D. rotundata and two wild close relatives D. praehensilis and D. abyssinica, by exploiting NGS sequencing data. We demonstrated that genes from the starch biosynthesis were selected during yam domestication. Genes related to tuber morphology or phototropism ability, as well as genes of the NADH dehydrogenase complex were also under selection. The same NADH-DH complex was also identified when assessing adaptation to climate variability. We also created the first de novo database of yam transposable elements (TEs). The study we performed on these repeat elements (REs) highlighted a strong correlation between the variability in relative abundances of numerous REs and climatic variability. Finally, we were able to propose an hypothesis on the origin of the cultivated yam D. rotundata. Our hypothesis identifies the origin of yam in the forest areas, with the species D. praehensilis as the putative progenitor. Our results question the generally admitted hypothesis of savannah origins for crops and agriculture in Africa.

La caractérisation moléculaire de la réponse des plantes aux contraintes environnementales permet de mieux comprendre les bases de l’adaptation des plantes à leur milieu, et pourrait aider à l’amélioration des plantes cultivées. L’épigénome est constitué de l’ensemble des marques présentes sur la chromatine et participe à la régulation de l’expression du génome, notamment au cours du développement. Il contribue aussi à la stabilité des génomes, notamment en empêchant la transposition des éléments transposables (ET). L’épigénome varie en fonction des contraintes environnementales et une meilleure compréhension de ces variations pourrait permettre d’apporter une vision nouvelle de l’interaction entre la plante et son environnement. Cependant, l’étendue des modifications de l’épigénome, le type de séquences affectées et les mécanismes impliqués restent à déterminer. Dans ce cadre, j’ai analysé l’impact du froid sur le méthylome du maïs, une plante à génome complexe riche en ET. Dans un premier axe, j’ai analysé le méthylome d’un génotype sensible au froid, B73, par séquençage haut-débit d’ADN traité au bisulfite de sodium (BS-seq). Cette analyse comparative entre plantes « stressées » et « non stressées » a été menée (i) à l’échelle chromosomique, sans a priori sur le niveau de variation de méthylation de l’ADN et (ii) à l’échelle locale (régions différentiellements méthylées, ou « DMR ») en fixant des niveaux de variations forts (>10%). Ces deux types d’analyses ont permis de montrer que le froid déclenche une hyperméthylation à l’échelle du génome, à laquelle se superposent des hyper- et hypométhylations à l’échelle locale. Ces variations sont observées pour les trois contextes de cytosine et dans différentes régions génomiques associées aux gènes et aux ET. Ceci suggère l’activation parallèle de plusieurs mécanismes de régulation de la méthylation de l’ADN en réponse au froid. Dans un second axe, j’ai suivi ces DMR au cours du développement et dans la descendance afin d’étudier leur transmission, en lien avec leur localisation génomique et les contextes de cytosine affectés. Dans un troisième axe, j’ai étudié le lien entre variations de méthylation et sensibilité au froid en comparant la réponse du méthylome chez trois génotypes de maïs (B73, F2 et F331) présentant une réponse phénotypique contrastée pour ce caractère. / Molecular characterization of plant response to environnemental constraints allows to both better understand plant adaptation and help crop improvement. The epigenome is composed of chromatin marks and participates to the regulation of genome expression, notably through development. It is also involved in genome stability, essentially by preventing the transposition of transposable elements (TE). The epigenome can be modified by environmental cues and better understanding this variation could give new insights on the interaction between the plant and its environnement. However, the extent of this modification, targeted sequences and underlying mecanisms remain to be elucidated. In this context, I analyzed the impact of cold on the methylome of maize, a plant with a complex genome with high proportion of TEs. In a first part, I analyzed the methylome of a cold-sensitive genotype, B73, using whole genome bisulfite sequecing (BS-seq). This comparative analysis between “stressed” and “unstressed” plants was carried out (i) at the chromosome scale, without a priori definition of a DNA methylation difference and (ii) at a localized scale (Differentially Methylated regions, « DMRs ») using high minimum methylation difference rate (10%). These two types of analysis revealed that cold triggers hypermethylation at the genome scale, as well as. hyper-and-hypo-methylation at the local scale. These variations were observed in the 3 contexts of cytosine and occur in different genomic regions associated with genes and TEs. This suggests the parallel activation of different regulatory pathways in response to cold. In a second part, I focused on following-up methylation changes through development and in the progeny in conjunction with the genomic sequences and the cytosine context involved. In a third part, I studied the relationship between methylome variations and cold sensitivity by comparing the methylomes of three maize genotypes (B73, F2 and F331) with a contrasted phenotypic response to cold.

La céréaliculture occupe une place importante dans l’agriculture mondiale et contribue à la sécurité alimentaire des populations. Pour assurer la production des céréales (orge, blé, avoine), il est nécessaire de lutter contre ses ravageurs, essentiellement les pucerons qui sont capables de transmettre plusieurs virus. L’analyse des génomes des pucerons tels que Rhopalosiphum padi, R. maidis, Sitobion avenae, Schizaphis graminum, de leur évolution et de leur relation avec les plantes hôtes (céréales) pourrait contribuer à la mise en place de moyens de lutte pour contrôler les populations de ces ravageurs. Dans ce contexte, cette étude s’est focalisée sur la recherche des éléments transposables des deux superfamilles Tc1-mariner-IS630 et des piggyBac. Les ETs, considérés comme des moteurs de la plasticité génomique et de l’évolution des espèces, sont utilisés en biotechnologie pour développer des outils de transfert de gènes. Dans un premier temps, nous avons recherché des éléments de la famille mariner, ou apparentés à cette famille, dans les génomes séquencés de trois espèces de pucerons : Acyrthosiphon pisum, Myzus persicae et Diuraphis noxia. Sur la base de similitude de séquences, nous avons pu caractériser 183 éléments répartis en trois clades. Le premier, commun aux trois espèces, correspond au clade de la sous-famille irritans DD34D. Il est subdivisé en trois tribus Macrosiphinimar, Batmar-like elements et Dnomar-like elements. Le deuxième comprend l’élément rosa DD41D qui appartient à une famille phylogénétiquement proche de mariner. Le troisième comprend des séquences avec de longues répétitions terminales inversées et inclut deux tribus DD40-41D. Ces deux derniers clades, plus répandus chez A. pisum, dérivent vraisemblablement d’un ancêtre commun et formeraient une nouvelle famille.Dans un deuxième temps, nous avons exploité les résultats de la recherche in silico pour identifier in vitro des éléments de la sous-famille irritans chez les pucerons des céréales et chez leur plante hôte. Deux types d’éléments délétées (MITEs) ont été identifiés chez les pucerons, l’un commun à toutes les espèces avec un pourcentage d’identité supérieur à 98% (Aphidmar) et l’autre spécifique à S. avenae (Samar2). Par ailleurs, les génomes des céréales (orge, blé, brachypodium, égilope) ont été analysés en utilisant comme requêtes des séquences d’éléments de la sous-famille irritans trouvés chez les aphides. Un seul contig de l’orge cultivar barke comprend un élément tronqué de 320 pb, flanqué par de l’ADN génomique de pucerons. La vérification in vitro de la présence de cette séquence chez plusieurs cultivars d’orge révèle deux types de séquences. Le premier est similaire à celui trouvé in silico chez l’orge, le second correspond à l’élément Samar2 délété de 7 nucléotides au niveau du point de cassure de la délétion initiale. Ceci suggère l’existence d’un transfert horizontal entre pucerons des céréales et l’orge. Enfin, l’abondance de données génomiques et la rareté des travaux approfondis portant sur les membres de la superfamille piggyBac, nous ont amenés à analyser in silico leurs caractéristiques, leur distribution et leur évolution. Un total de 117 séquences protéiques de PBLE (éléments autonomes) et de PGBD (éléments domestiqués), ont été utilisées comme requêtes. Quatre groupes structuraux de PBLE ont été définis en fonction de la présence ou absence de répétitions sub-terminales (directes/inversées). Toutefois, il n'existe aucune relation entre ces quatre groupes et la phylogénie des PBLE. Les PGBD soumis à une forte sélection purifiante, sont clairement structurés en neuf groupes dont un correspondant à un nouvel ensemble d’éléments domestiqués trouvé chez les Néopterygiens. L’analyse fine des PGBD révèle que le domaine catalytique de la transposase ancestrale n'est pas toujours conservé. La phylogénie générale des PBLE et des PGBD suggère des événements multiples de domestication des PGBD à partir de différents ancêtres PBLE. / Cereal farming plays an important role in world agriculture and contributes to the food security of the populations. To improve the production of cereals (barley, wheat, oats ...), it is necessary to fight against their pests, especially aphids, able to transmit several viruses. The analysis of aphid’s genomes such as Rhopalosiphum padi, R. maidis, Sitobions avenae and Schizaphis graminum, their evolution and their relationships with their host plants could contribute to define strategies against pest populations. In this context, this work focused on the analysis of transposable elements belonging to Tc1-mariner-IS630 and piggyBac superfamilies. Indeed, TEs are involved in genomic plasticity and evolution of species, and are also used in biotechnology to develop gene transfer tools. In the first chapter, we investigate three available genomes of aphids, namely Acyrthosiphon pisum, Myzus persicae and Diuraphis noxia, to search for elements of the mariner family or close to it. Based on sequence similarities, we were able to characterize 183 elements distributed in three clades. The first one, common to the three species, corresponds to the clade of irritans subfamily DD34D, and is subdivided into three tribes Macrosiphinimar, Batmar-like elements and Dnomar-like elements. The second one includes the rosa element DD41D belonging to a group close to the mariner family. The third one includes sequences with long Terminal Inverted Repeats and is subdivided into two DD40-41D tribes. These two latter clades, more common in A. pisum, likely derive from a common ancestor and would form a new family. In the second chapter, the results of in silico research were exploited, to identify in vitro, elements of the irritans subfamily in cereal aphids and in their host plants as well. Two types of deleted elements (MITEs) have been identified in aphids, one common to all species with a percentage of identity higher than 98% (Aphidmar) and the other one specific to S. avenae (Samar2). In addition, the genomes of cereals (barley, wheat, brachypodium, aegilops) were investigated using as queries sequences of irritans subfamily found in aphids. A single contig identified in Hordeum vulgare (cultivar barke) contains a 320 bp truncated element flanked by genomic DNA of aphids. The presence of this sequence was checked in several barley cultivars by an in vitro approach. Two types of sequences were found. The first one similar to that found in barley from the in silico approach, the second one corresponding to Samar2 element, lacking seven nucleotides at the breaking points of the initial deletion. This suggests a possible horizontal transfer between cereal aphids and barley. In the last chapter, the abundance of genomic data and the scarcity of in-depth research covering all members of the piggyBac superfamily led us to determine in silico their characteristic, their distribution and their evolution. A total of 117 proteic sequences of the PBLE (autonomous elements) and PGBD (domesticated elements) have been used as queries. Four structural groups of PBLE have been identified depending on the presence or absence of sub-terminal repeats (direct / inverted). However, there is no relationship between the structural groups and the phylogeny of these PBLE elements. PGBD are clearly structured into nine main groups including a new group of domesticated elements found in Neopterygii. The catalytic domain of the ancestral transposase is not always preserved, but all these domesticated elements are subjected to a strong purifying selection. The general phylogeny of PBLEs and PGBD suggests multiple and independent domestication events of PGBD from different PBLE ancestors.

Les éléments transposables sont des séquences d'ADN qui ont la capacité de se déplacer dans le génome. Ils peuvent modifier l’architecture et la régulation du génome, et sont ainsi impliqués dans de nombreux désordres pathologiques, congénitaux ou acquis. L’analyse bioinformatique des éléments transposables dans les données de séquençage est la méthode de choix pour comprendre leur biologie. Mon travail de thèse a été dédié à cette question en utilisant des données réelles et simulées. Dans un premier axe, en utilisant un système cellulaire modulant le niveau de méthylation, nous avons révélé que différentes modifications chromatiniennes répressives assurent la mise sous silence des éléments transposables lorsque la méthylation de l’ADN est perdue. Dans un second axe, à l'aide d'une stratégie de mutagenèse aléatoire, nous avons découvert une nouvelle ADN méthyltransférase, spécialisée dans la méthylation des transposons jeunes au cours de la spermatogenèse. De par la nature répétée des éléments transposables, l'analyse des transposons dans les données de séquençage reste cependant un véritable défi. Finalement, dans un troisième temps, j’ai eu recours à une stratégie de simulation pour comparer les différentes méthodes d’alignement et de quantification dans les génomes murin et humain. J'ai ainsi pu élaborer des recommandations pour l'étude des éléments transposables et révéler les limites de détection de certaines familles de transposons. / Transposable elements are DNA sequences that have the ability to move in the genome. They can modify the architecture and the regulation of the genome, and be implicated in different pathological, congenital or acquired disorders. The transposon analysis with sequencing data is the first choice method to understand their biology. My thesis work was dedicated to this question using real and simulated data. In a first research axis, using a cellular system to modulate DNA methylation levels, we revealed that different repressive chromatin modifications ensure the silencing of transposable elements when DNA methylation is lost. In a second axis, using a random mutagenesis strategy, we discovered a new DNA methyltransferase, specialized in the methylation of young transposons during spermatogenesis. However, the analysis of transposons in sequencing datasets is a bioinformatic challenge because of the repeated nature of transposable elements. Eventually, in a third axis, using a simulation strategy applied to the mouse and the human genomes, I systematically compared different alignment and quantification tools. I was able to draw recommendations for the analysis of transposons and to reveal the limits in detecting specific transposons families.

Mobile genetic elements represent a large portion of the genome in many species. Posing a danger to the integrity of genetic information, silencing and structural machinery has evolved to suppress the mobility of foreign and transposable elements within the genome. Condensin proteins – which regulate chromosome structure to promote chromosome segregation – have been demonstrated to function in repetitive gene regulation and transposon silencing in several species. In model system Caenorhabditis elegans, microarray analysis studies have implicated Condensin II subunit HCP-6 in the silencing of multiple loci, including DNA transposon MIRAGE. To address the hypothesis that HCP-6 has a direct function in transcriptional gene silencing of the MIRAGE transposon, we queried MIRAGE expression and chromatin profiles in wild-type and hcp-6 mutant animals. Our evidence confirms that HCP-6 does indeed function during silencing of MIRAGE. However, we found no significant indication that HCP-6 binds to MIRAGE, nor that HCP-6 mediates MIRAGE enrichment of H3K9me3, the repressive heterochromatin mark observed at regions undergoing transcriptional silencing. We suggest that the silencing of MIRAGE, a newly evolved transposon and the only tested mobile element considerably derepressed upon loss of HCP-6, is managed by HCP-6 indirectly.

piRNAs guide PIWI proteins to silence transposons in animal germ cells. In Drosophila, the heterochromatic piRNA clusters transcribe piRNA precursors to be transported into nuage, a perinuclear structure for piRNA production and transposon silencing. At nuage, reciprocal cycles of piRNA-directed RNA cleavage—catalyzed by the PIWI proteins Aubergine (Aub) and Argonaute3 (Ago3) in Drosophila—destroy the sense transposon mRNA and expand the population of antisense piRNAs in response to transposon expression, a process called the Ping-Pong cycle. Heterotypic Ping-Pong between Aub and Ago3 ensures that antisense piRNAs predominate. My thesis research mainly focuses on two fundamental questions about the piRNA production: How does the germ cell differentiate piRNA precursor from mRNAs for piRNA biogenesis? And what is the mechanism to impose Aub Ping-Pong with Ago3? For the first question, we show that the HP1 homolog protein Rhino marks the piRNA cluster regions in the genome for piRNA biogenesis. Rhino seems to anchor a nuclear complex that suppresses cluster transcript splicing, which may differentiate piRNA precursors from mature mRNAs. Moreover, LacI::Rhino fusion protein binding suppresses splicing of a reporter transgene and is sufficient to trigger de novo piRNA production from a trans combination of sense and antisense transgenes. For the second question, we show that Qin, a new piRNA pathway factor contains both E3 ligase and Tudor domains, colocalizes with Aub and Ago3 in nuage, enforces heterotypic Ping- Pong between Aub and Ago3. Loss of qinleads to less Ago3 binding to Aub, futile Aub:Aub homotypic Ping-Pong prevails, antisense piRNAs decrease, many families of mobile genetic elements are reactivated, DNA damage accumulates in the germ cells and flies are sterile.