Les éléments transposables (ETs) sont des composants ubiquitaires des génomes eucaryotes, parfois prépondérants chez les plantes. Ce sont des séquences mobiles, potentiellement mutagènes, reconnues comme des acteurs de l’évolution des génomes. Cependant, la plupart des ETs sont aujourd’hui inactifs car réprimés par des mécanismes épigénétiques très efficaces. Néanmoins, ces derniers peuvent être relâchés par des stress, conduisant à la réactivation d’ETs. De tels stress sont-ils suffisants pour activer la transposition dans les populations naturelles? L’application répétée d’un stress peut-elle expliquer les pics d’activité transpositionnelle qui ont eu lieu en conditions naturelles? De récents travaux chez un mutant d’Arabidopsis thaliana, affecté dans une voie de répression d’ETs, le RdDM (RNA-directed DNA Methylation), ont démontré qu’un stress thermique conduisait à la réactivation transpositionnelle d’un ET. Mes travaux de thèse portent sur l’étude de riz sauvage et d’un mutant non décrit, affecté dans le RdDM, cultivés en conditions normales ou de stress thermique sur plusieurs générations. Les objectifs de mes travaux ont été de déterminer (1) l’impact de la mutation sur les différentes étapes d’activation rétrotranspositionnelle et (2) l’activation rétrotranspositionnelle en réponse à un stress thermique. Une part importante de ce travail a été consacrée au développement et à la comparaison de méthodes d’identification des mouvements d’ETs et différentes approches « omiques » ont été utilisées. La réactivation de 5 ETs dans les plantes mutantes, dont la mobilité n’avait pas encore été observée, suggère que la voie RdDM est impliquée dans le contrôle de leur répression. De plus, nos résultats confirment que les ETs ne sont pas tous réprimés par les mêmes voies de régulation. / Transposable elements (TEs) are ubiquitous among eukaryotic genomes sometimes overriding in plants. Due to their ability to replicate and transpose, they are potentially mutagenic and recognized as actors of genome evolution. However, the analysis of the transpositional activity of TEs in different plant species have shown that most of them are maintained in a transcriptionally inactive state through powerful and specific epigenetic mechanisms. These silencing processes can nevertheless be allievated under stress conditions, leading to TE reactivation. Are these stress sufficient to activate transposition in natural populations? Are repeated heat stress able to trigger transposition and therefore lead to bursts of transposition? In recent reports, reactivation of retrotransposons has been shown in Arabidopsis thaliana mutants impaired in the RdDM pathway (RNA-directed DNA Methylation) and submitted to heat stress. My PhD works reports the study of of a wild rice and a new rice mutant, affected in the RdDM, cultivated under optimal or heat stress conditions over generations. Here, we propose to determine (1) the impact of the mutation at the different levels leading to the retrotranspositional activation and (2) the retrotranspositional activity in response to heat stress. An important part of this work has been devoted to the development and the comparison of different methods to identify TE movements, and different -omics approaches have been used. The reactivation of 5 new TEs in mutants, suggests that the RdDM pathway is involved in the control of the repression of these TEs. Furthermore, our result confirm that all TEs are not regulated through the same pathways but are under the control of different lock.

Les éléments transposables (ET) sont des parasites génomiques présents dans tous les génomes, dont une partie présente une structure similaire à celle de certains virus. Dans les cellules ovariennes d'insecte, l'abondance des transcrits d’ET est contrôlée par ARN interférence (ARNi), et plus particulièrement par la voie piARN (Piwi-interacting RNA). Une autre voie d'ARNi, la voie siARN (Small interfering RNA), constitue l'une des principales réponses immunitaires des insectes contre les infections virales, et est aussi dédiée au contrôle somatique des ET. Ces deux voies d'ARNi sont dirigées par des effecteurs moléculaires distincts et décrites comme indépendantes. Cependant, des similitudes structurales et de mécanisme de contrôle entre les ET et les virus suggèrent la possibilité d’une interaction. Nous avons utilisé la drosophile comme modèle et infecté l'organisme avec le virus Sindbis (SINV), un arbovirus (Arthropod-Borne virus), ou le virus Sigma (SV), un virus spécifique de drosophile. À l'aide d'un séquençage à haut débit, nous avons caractérisé les répertoires d'ARN et de petits ARN interférents produits par les drosophiles infectées, à partir des tissus de carcasses ou d'ovaires. Globalement, nos résultats démontrent un impact de l'infection virale sur les quantités de transcrits d’ET via la modulation des répertoires piARN et siARN, et représentent la première démonstration des effets d’infections virales sur l’activité des ET. Plus précisément, l’infection par SINV favorise une diminution globale des quantités de transcrits d’ET alors que l’infection par SV réactive de nombreux ET. Nos données suggèrent que la modulation résulte de substrats d'ARN partagés et de trans-régulateurs communs des voies de l'ARNi. Ces résultats ouvrent un nouvel axe de recherche en génomique, suggérant que les épidémies virales ou les infections chroniques peuvent avoir un impact sur l'activité des ET, et donc sur le taux de diversification génétique ultérieure / Transposable elements (TEs) are genomic parasites that are found in all genomes, a part of which display structure similarity to some viruses. In insect ovarian cells, TE transcript abundance is controlled by RNA interference (RNAi) machinery and more particularly by the piRNA pathway (Piwi-interacting RNA). Another RNAi pathway, named siRNA pathway (Small interfering RNA), is one of the key insect immune responses against viral infections and is also dedicated to TE somatic control. These two interfering RNA pathways are led by distinct molecular effectors and described as independent. However, similarities in structure and control mechanisms across TEs and viruses suggest that an interplay may exist. We used Drosophila as a model, and infected the organism with Sindbis virus (SINV), an arbovirus (Arthropod-Borne virus), or Sigma virus (SV), a Drosophila-specific virus. Using high-throughput sequencing, we characterized the RNA and small-RNA repertoires produced by Drosophila flies from carcass or ovary tissues. Overall, our results demonstrate an impact of viral infection on TE transcript amounts via modulation of the piRNA and siRNA repertoires and represent the first demonstration of the effects of viral infection on TE activity. More precisely, SINV infection promotes a global decrease of TE transcript levels while SV infection reactivates many TEs. Our data suggest that the modulation results from shared RNA substrates and common trans-regulators of the small RNA pathways. These results open new avenue of research in genomics, suggesting that viral epidemics or chronic infections can impact TE activity and thus the rate of subsequent genetic diversification

La croissance de deux tiers des tumeurs mammaires dépend des œstrogènes. Le réseau de gènes responsable de propager les signaux prolifératifs des œstrogènes est encore mal connu. Des micropuces d’ADN de cellules de carcinome mammaire MCF7 traitées à l’œstradiol (E2) avec ou sans l’inhibiteur de synthèse protéique cycloheximide (CHX) ont permis d’identifier de nombreux gènes cibles primaires et secondaires. La séquence des promoteurs des gènes cibles a été criblée à l’aide d’une banque de 300 matrices modélisant les sites reconnus par divers facteurs de transcription. Les éléments de réponse aux œstrogènes (ERE) sont enrichis dans les promoteurs des gènes primaires. Les sites E2F sont enrichis dans les promoteurs des gènes cible secondaires. Un enrichissement similaire a été observé avec les régions liées par ERα et E2F1 en ChIP-on-chip pour chacune des catégories de gènes. La croissance des cellules de carcinome mammaire est inhibée par des traitements à l’acide rétinoïque (RA). L’analyse de micropuces d’ADN de MCF7 traitées avec RA a permis d’identifier de nombreux gènes cibles potentiels. Un enrichissement d’éléments de réponse à l’acide rétinoïque (RARE) est observable dans les promoteurs de ces gènes après avoir exclus les RARE se trouvant à l’intérieur d’éléments transposables. Des RARE présents dans des éléments transposables spécifiques aux primates sont aussi fixés in vivo dans les promoteurs de cibles connues de RA : BTG2, CASP9 et GPRC5A. Certains gènes cibles de RA dans les MCF7 sont aussi des cibles de E2, suggérant que le contrôle que ces molécules exercent sur la prolifération est en partie attribuable à des effets opposés sur un ensemble commun de gènes. / Two thirds of breast tumours depend on estrogens for their growth. The network of genes mediating the proliferative effect of estrogens is not fully characterized. Putative primary and secondary estrogen target genes were identified with microarray analysis of MCF7 breast cancer cells treated with estradiol (E2) in presence or absence of the protein synthesis inhibitor cycloheximide (CHX). The promoters of the target genes were screened for transcription factor binding sites with a collection of 300 matrix based DNA-binding profiles. Estrogen response elements (EREs) were enriched in the promoters of primary target genes. E2F binding sites were enriched in the promoters of secondary target genes. Similar enrichment was also observed in regions bounds by ERα and E2F1 in ChIP-on-chip experiments for each set of target genes. Retinoic acid (RA) treatment of mammary carcinoma cells inhibits their growth. Putative target genes were identified through microarray analysis of MCF7 cells treated with RA. Enrichment of retinoic acid response elements (RARE) was observed in their promoters after removing the elements found within transposable elements. Although transposable elements mask the enrichment, RARE within primate specific transposable elements are bound in vivo by retinoic acid receptors in the promoters of known target genes BTG2, CASP9 and GPRC5A. Some of the RA target genes in MCF7 cells are also target genes of E2 suggesting that these two molecules exert their effects on cell proliferation in part by opposite action on a common set of genes.

La croissance de deux tiers des tumeurs mammaires dépend des œstrogènes. Le réseau de gènes responsable de propager les signaux prolifératifs des œstrogènes est encore mal connu. Des micropuces d’ADN de cellules de carcinome mammaire MCF7 traitées à l’œstradiol (E2) avec ou sans l’inhibiteur de synthèse protéique cycloheximide (CHX) ont permis d’identifier de nombreux gènes cibles primaires et secondaires. La séquence des promoteurs des gènes cibles a été criblée à l’aide d’une banque de 300 matrices modélisant les sites reconnus par divers facteurs de transcription. Les éléments de réponse aux œstrogènes (ERE) sont enrichis dans les promoteurs des gènes primaires. Les sites E2F sont enrichis dans les promoteurs des gènes cible secondaires. Un enrichissement similaire a été observé avec les régions liées par ERα et E2F1 en ChIP-on-chip pour chacune des catégories de gènes. La croissance des cellules de carcinome mammaire est inhibée par des traitements à l’acide rétinoïque (RA). L’analyse de micropuces d’ADN de MCF7 traitées avec RA a permis d’identifier de nombreux gènes cibles potentiels. Un enrichissement d’éléments de réponse à l’acide rétinoïque (RARE) est observable dans les promoteurs de ces gènes après avoir exclus les RARE se trouvant à l’intérieur d’éléments transposables. Des RARE présents dans des éléments transposables spécifiques aux primates sont aussi fixés in vivo dans les promoteurs de cibles connues de RA : BTG2, CASP9 et GPRC5A. Certains gènes cibles de RA dans les MCF7 sont aussi des cibles de E2, suggérant que le contrôle que ces molécules exercent sur la prolifération est en partie attribuable à des effets opposés sur un ensemble commun de gènes. / Two thirds of breast tumours depend on estrogens for their growth. The network of genes mediating the proliferative effect of estrogens is not fully characterized. Putative primary and secondary estrogen target genes were identified with microarray analysis of MCF7 breast cancer cells treated with estradiol (E2) in presence or absence of the protein synthesis inhibitor cycloheximide (CHX). The promoters of the target genes were screened for transcription factor binding sites with a collection of 300 matrix based DNA-binding profiles. Estrogen response elements (EREs) were enriched in the promoters of primary target genes. E2F binding sites were enriched in the promoters of secondary target genes. Similar enrichment was also observed in regions bounds by ERα and E2F1 in ChIP-on-chip experiments for each set of target genes. Retinoic acid (RA) treatment of mammary carcinoma cells inhibits their growth. Putative target genes were identified through microarray analysis of MCF7 cells treated with RA. Enrichment of retinoic acid response elements (RARE) was observed in their promoters after removing the elements found within transposable elements. Although transposable elements mask the enrichment, RARE within primate specific transposable elements are bound in vivo by retinoic acid receptors in the promoters of known target genes BTG2, CASP9 and GPRC5A. Some of the RA target genes in MCF7 cells are also target genes of E2 suggesting that these two molecules exert their effects on cell proliferation in part by opposite action on a common set of genes.

Les éléments transposables (ET) sont une source majeure de variation génétique, ce qui leur confère un rôle essentiel dans l’évolution des génomes. Certes présents dans tous les génomes analysés à ce jour, leurs proportions sont fortement variables entre espèces et aussi entre populations, suggérant une relation unique entre génome hôte et ET. Grâce à un système modèle composé de populations naturelles de deux espèces proches (Drosophila melanogaster et D. simulans) avec des quantités différentes en ET, nous avons pu comparer les relations génome hôte/ET. Nous nous sommes particulièrement interessés à l’élément helena qui, chez D. simulans, montre une activité faible, malgré un nombre de copies élevé.Cette activité moindre est associée à de nombreuses délétions internes des copies, suggérant un mécanisme de régulation d’ET par des délétions de l’ADN. Un autre système de régulation de l’activité des ET utilise le contrôle épigénétique, ce qui permet le maintien des copies d’ET dans le génome mais un blocage de leur activité. Le remodelage de la chromatine est un système épigénétique bien décrit chez la drosophile. Les régions chromatiniennes des génomes sont associées à différents types de modifications d’histone. Nous avons mis en évidence, dans des populations de D. melanogaster et D. simulans, une variation conséquente de modifications d’histones de type hétérochromatique, H3K27me3 et H3K9me2, associées àdes copies de différents ET. De plus, nous avons décrit des populations chez D. simulans dites déréprimées, chez lesquelles certains éléments sont surexprimés et présentent des localisations probablement hétéchromatiques. Les ET sont donc contrôlés par le génome hôte par des délétions internes et probablement par un système épigénétique variable. De plus, dans certaines populations, des copies peuvent échapper à ce contrôle et envahir le génome. Les ET sont donc des grands créateurs de variabilité génétique mais permettent aussi une territorialisation chromatinienne du génome car ils portent des modifications épigénétiques précises et sont capables de les étendre à leurs environnements génomiques. Ceci leur confére la fonction "d'épigénétique mobile". / Transposable elements (TEs) are one major force of genome evolution thanks to theirability to create genetic variation. TEs are ubiquitous and their proportion is variable between species and also populations, suggesting that a tight relationship exists between genomes and TEs. The model system composed of the natural populations of the twin sisters Drosophila melanogaster and D. simulans is interesting to compare host/TE relationship, since both species harbour different amounts of TE copies. The helena element is nearly silenced in D.simulans natural populations despite a very high copy number. Such repression is associated to abundant internally deleted copies suggesting a regulatory mechanism of TEs based on DNA deletion. Another pathway of TE regulation is through epigenetics where the host genome is able to keep intact the DNA sequences of TEs and still silence their activities.Chromatin remodelling is well known in drosophila and specific histone modifications can be associated to specific chromatin domains. We observed an important variation on H3K27me3and H3K9me2, two heterochromatic marks, on TE copies in D. melanogaster and D. simulans natural populations. Also, we show that derepressed lines of D. simulans exist for specific elements, have high TE transcription rates and are highly associated to non constitutive heterochromatic marks. TEs are therefore controlled by the host genome through DNA deletion and a possible chromatin remodelling mechanism. Not only genetic variability is enhanced by TEs but also epigenetic variability, allowing the host genome to be partitioned into chromatin domains. TEs are therefore mandatory to gene network regulation through their ability of “jumping epigenetics”.

Les éléments transposables (ET) sont des séquences d‟ADN capables de se déplacer dans les génomes qui les hébergent. Les ET de type mariner (mariner-like element : MLE) ont été caractérisés chez les animaux et chez les plantes à fleurs terrestres mais pas chez les microalgues marines. Dans le présent travail, les MLE ont été recherchés chez les diatomées marines (Bacillariophycées) qui sont des microalgues possédant une enveloppe externe siliceuse. Elles ont colonisé tous les milieux aquatiques et constituent une part majeure du phytoplancton; de ce fait, elles jouent un rôle écologique clé dans le milieu marin.La caractérisation des MLE des diatomées a été réalisée au moyen d‟approches moléculaire et bio-informatique. La présence de MLE dans le génome de 10 espèces de diatomées a été mise en évidence grâce à l‟amplification de fragments d‟environ 380 pb. Ces fragments correspondent à une partie de la séquence conservée codant l‟enzyme responsable de la transposition des MLE : la transposase. L‟analyse des séquences obtenues, par des méthodes phylogénétiques, ainsi que la classification des MLE de diatomées mettent en évidence leur appartenance au groupe des MLE végétaux de la superfamille Tc1-mariner. Néanmoins, les séquences MLE de diatomées divergent considérablement par rapport aux MLE des plantes terrestres. Afin de déterminer si les diatomées ont la capacité de produire la transposase, l‟expression des MLE a été recherchée chez des diatomées soumises à des stress thermiques de courte durée (5 h). Nos travaux montrent que les MLE sont exprimés chez les trois espèces testées incluant la diatomée modèle Phaeodactylum tricornutum dont le génome a été séquencé récemment. L‟expression des MLE des diatomées est variable selon les conditions thermiques et selon les espèces.L‟ensemble de nos résultats suggère que les MLE sont ubiquistes dans les génomes de diatomées et qu‟ils sont présents de manière ancestrale dans la lignée végétale. Les MLE des diatomées forment trois nouvelles sousfamilles de la superfamille Tc1-mariner, la plus répandue des superfamilles d‟ET. De plus, leur expression suggère qu‟il existe des MLE capables de se déplacer dans le génome des diatomées. Si la transposition était vérifiée, ils pourraient alors être développés comme outils de mutagenèse. / Transposable elements (TE) are sequences able to move between two loci in the host genomes. Mariner-like element (MLE) are well characterized in animal and land plant genomes but not in marine microalgae. In this work, we have looked for MLE in marine diatoms (Bacillariophyceae) that are microalgae having a siliceous wall. They have colonized all aquatic environments and are a major component of the phytoplankton, so they play a major role in the ecology of marine environments.To characterize the diatom MLE, molecular and bio-informatics approaches were used. The presence of MLE was detected in ten diatom species which exhibited sequence fragments of about 380 pb. These fragments were identified as a section of the conserved sequence which encodes the enzyme responsible for MLE transposition, the transposase. Phylogeny and classification analysis of these fragments revealed that diatom MLE belong to the Tc1-mariner superfamily, and more precisely to the vegetal MLE group. Nevertheless, diatom MLE sequences diverged from the flowering plant MLE. In order to determine if MLE transposase is produced in diatoms, MLE expression was looked for in diatoms under thermal stresses. Our results showed that diatom MLE were expressed in the three species tested, including the model diatom Phaeodactylum tricornutum which was completely sequenced recently. Diatom MLE expression was dependent on the thermal conditions and on the species.Our results suggest that MLE are widespread in diatom genomes and that they have an ancestral presence in the green lineage. Diatom MLE cluster in three subfamilies in the huge ET Tc1-mariner superfamilly. Finally, the diatom MLE expression detected could reflect the existence of active MLE in diatom genomes. If this hypothesis were verified, it could lead to the development of mutagenesis tools.

Les cellules, et tout particulièrement les cellules germinales, maintiennent l'intégrité de leur génome en prévenant d'éventuelles mutations comme celles dues à la mobilité des éléments transposables (ET). Dans la lignée germinale des animaux, une classe particulière de petits ARN régulateurs, les PIWI-interacting RNA (piRNA), sont les acteurs majeurs du contrôle des ET. Chez Drosophila melanogaster, il existe des souches dites réactives, dépourvues de copies actives de l'élément I, ET exprimé dans la lignée germinale femelle. Les femelles de ces souches voient leur capacité à réprimer l'invasion de leur génome par l'élément I augmenter avec l'âge. Des données antérieures ont montré qu'une fois acquise, la capacité à réprimer l'élément I est transmise maternellement au travers des générations. Mes travaux de thèse ont permis de montrer que la transmission de la capacité à réprimer l'élément I n'est pas corrélée à des modifications de l'activité transcriptionnelle des loci producteurs de piRNA, mais semble uniquement véhiculée par les piRNA. En effet, les piRNA de l'élément I déposés dans l'embryon vont amorcer la production de piRNA complémentaires dans les ovaires de la descendance, ce qui induit une forte accumulation de piRNA antisens à l'élément I. Ainsi, les piRNA maternellement déposés assurent la transmission de la capacité à réprimer l'élément I, acquise suite au vieillissement des ascendants maternels. Mes résultats mettent en évidence le rôle des piRNA comme support moléculaire d'une composante non génétique de l'information héritable, indépendante de la chromatine et déterminante pour le maintien de l'intégrité du génome. / Cells, especially germinal stem cells, maintain genomic integrity by averting the propagation of mutations, generated as a consequence of DNA damage. In particular, they must avoid the deleterious activity of transposable elements (TEs). In animal germlines, one of the key players of the TE repression involves a specific class of small regulatory RNAs, the PIWI-interacting RNAs (piRNAs). In Drosophila melanogaster, there are reactive strains that are devoid of functional copies of the I element, a TE specifically expressed in the female germ line. When they get older, females of these strains can acquire a strong capacity to repress the I element invasion. Anterior works have shown that once acquired, this capacity to repress the I element is maternally transmitted over generations. The results obtained during my thesis revealed that the transmission of the capacity to repress the I element is not correlated with increased transcriptional activity of piRNA producer loci but seems only mediated by the piRNAs. Indeed, I element piRNAs deposition in the embryo after aging treatment correlates with the production of complementary piRNAs in the ovaries of the progeny. This results in a strong accumulation of antisense I element piRNAs. The maternally deposited piRNAs ensure the transmission of the capacity to repress the I element acquired after ancestor aging. My results highlight the molecular support of a DNA- and chromatin-independant component of heritable information essential for the maintenance of genome integrity.

Elementos transponíveis (TEs) são sequências de DNA que possuem a capacidade de transposição no genoma hospedeiro. O principal objetivo deste trabalho reside na investigação em torno de possíveis contribuições de TEs nos genomas das algas C. reinhardtii e V. carteri, mais especificamente, na arquitetura dos genes ortólogos nestas espécies. Neste contexto, análises em sílico em larga escala foram realizadas, buscando-se identificar associações entre TEs e os genes ortólogos. Os resultados indicaram que os genes em C. reinhardtii tendem a acumular mais cópias de TEs em relação aos seus ortólogos em V. carteri. C. reinhardtii apresentou maior densidade de cópias de TEs para as regiões flanqueadora 5´ , flanqueadora 3´ e intrônica quando comparada a V. carteri; o inverso foi verificado quando analisada a densidade de TEs nas regiões codificantes. Análises para apurar a distribuição dos elementos em regiões intergênicas e intragênicas foram estabelecidas, nas quais a frequência observada dos elementos foi comparada à frequência esperada segundo a distribuição randômica de TEs no genoma, simulada computacionalmente. Foram constatadas regiões em que a presença dos elementos encontra-se significativamente abaixo do esperado, a exemplo de intervalos adjacentes ao início e ao término dos genes, o que provavelmente reflete a seleção negativa de eventos de integração nestas delimitações, em virtude dos efeitos deletérios associados à disrupção de estruturas de regulação da expressão gênica. De forma geral, nas regiões flanqueadoras 5´ e 3´, foi identificada a tendência de elevação da frequência padronizada de TEs à medida que a classe de distância avaliada se distancia do início e do término do gene, respectivamente. A baixa representatividade dos elementos também foi constatada em regiões intragênicas. O estudo da distribuição de TEs nos íntrons dos genes ortólogos indicou a preservação destas regiões quanto à fixação de TEs, sendo a representatividade abaixo do esperado mais evidente em intervalos adjacentes ao éxon, o que minimiza a chance de ruptura no padrão de splicing dos genes. Em sequências codificantes, a escassez de TEs - esperada devido ao provável efeito deletério destes eventos para a função do gene - foi constatada nos ortólogos das duas espécies. No entanto, inovações decorrentes da integração dos elementos em regiões codificantes podem resultar em efeitos evolutivos positivos, embora estes eventos sejam raros. Nas espécies analisadas foram identificados dois casos, de especial interesse, em que um domínio da sequência peptídica encontra-se localizado em região derivada de TE: o primeiro refere-se ao gene Cre06.g262800, em C. reinhardtii, no qual foi identificado o domínio PHD-finger associadao ao elemento Gypsy-5-LTR_CR; o segundo remete ao gene Vocar20001092m.g, em V. carteri, no qual o domínio zinc knuckle foi reconhecido em região derivada do elemento Gypsy3-LTR_VC. Estes genes constituem exemplos da contribuição de TEs na evolução de sequências codificadoras nas espécies C. reinhardtii e V. carteri, corroborando a hipótese de que os TEs podem contribuir na evolução da arquitetura dos genes, apesar do efeito disruptivo inerente à integração dos mesmos em regiões gênicas. / Transposable elements (TEs) are DNA sequences able to transpose in the host genome. The aim of this study resides in the investigation of TEs contributions in the algae C. reinhardtii and V. carteri genomes, more specifically in the architecture of orthologous genes in these species. In this context, large scale in silico analysis were performed to identify associations between TEs and orthologous genes. The results indicated that genes in the C. reinhardtii specie tend to accumulate more TEs copies than orthologous genes in V. carteri. C. reinhardtii showed higher density of TEs copies in the 5´ flanking, 3´ flanking and intronic regions when compared to V. carteri; the opposite was observed in coding regions. Investigation of the elements distribution in the intergenic and intragenic regions was performed, in which the observed TE frequency was compared to expected TE frequency from the simulated random distribution of the elements in the genome. It was verified regions where TE frequency was significantly lower than expected, as in gene boundaries adjacencies, probably reflecting a negative selection of the TE integration events in these delimitations due to deleterious effects associated with disruption of gene regulatory structures. In general terms, it was observed an increasing standardized frequency in the 5´ and 3´ flanking regions as the distance from gene start and gene end, respectively, increases. TEs underrepresentation was also verified in the intragenic regions. The study of TEs distribution in the introns of orthologous genes revealed the preservation of these structures in relation to TEs fixation, with a stronger underrepresentation near exon, which minimizes the chance of gene splicing pattern disruption. In the coding sequences, the TEs scarcity - expected due the likely deleterious effects to gene function - was verified in the orthologous of both species. However, in rare instances, innovations mediated by TEs integration in the coding regions can lead to positive evolutionary effects. In the species analyzed two instances of particular interest were observed, in which the domain of peptide sequence is located in the region derived from TE. The first one refers to the Cre06.g262800 gene, in the C. reinhardtii specie, which has a PHD-finger domain associated with Gypsy-5-LTR_CR element. The second one refers to the Vocar20001092m.g gene, in V. carteri, in which the zinc knuckle was recognized in region derived from Gypsy3-LTR_VC element. These genes are examples of TEs contributions in the evolution of coding sequences in the C. reinhardtii and V. carteri species, corroborating the hypothesis that TEs can contribute to the evolution of gene architecture, despite the inherent disruptive effect in their integration in the gene regions.

Leptosphaeria maculans ‘brassicae’ (Lmb) est un champignon filamenteux de la classe des Dothideomycètes faisant partie du complexe d’espèces Leptosphaeria maculans-Leptosphaeria biglobosa composé d’agents pathogènes des crucifères. Lmb est particulièrement adapté au colza (Brassica napus) et provoque la maladie qui lui est la plus dommageable : la nécrose du collet. Dans le but de mieux comprendre et contrôler cette maladie, l’équipe d’accueil a initié un projet de génomique visant à identifier de façon systématique les gènes impliqués dans le pouvoir pathogène. Les premières données génomiques montraient deux aspects très importants et potentiellement spécifiques de Lmb : (i) tous les gènes d'avirulence caractérisés expérimentalement étaient localisés dans de grandes régions riches en bases AT et composées d'éléments transposables (ET), (ii) ces régions riches en AT préfiguraient une structure génomique particulière, qui, si elle se généralisait à l'ensemble du génome, aurait été totalement inédite chez un micro-organisme eucaryote. La première partie de cette thèse présente la description du génome de Lmb en se focalisant sur sa structure en isochores, résultant d’une invasion du génome par des ET qui ont ensuite été inactivés par un mécanisme de défense spécifique aux champignons ascomycètes, le RIP (Repeat-Induced Point mutation). Puis, l’impact potentiel de cette structure sur la diversification et l’évolution des protéines jouant un rôle clé lors de l’interaction agent pathogène-plante a été évalué, mettant ainsi en avant l’existence d’un génome à « deux vitesses ». Afin de mieux comprendre le rôle potentiel joué par les ET au niveau des capacités d’adaptation de Lmb au colza, une étude de génomique comparative et évolutive de cinq membres du complexe d’espèces a été réalisée. Ce travail montre que Lmb est la seule espèce du complexe dont le génome a été envahi par les ET, et que ces derniers sont impliqués dans (i) des réarrangements intrachromosomiques potentiellement liés à la spéciation entre Lmb et l’espèce la plus proche, (ii) la présence de gènes espèce-spécifiques et (iii) des déplacements dans des régions génomiques très dynamiques de gènes codant des effecteurs. Les travaux constituant cette thèse participent à la généralisation du concept selon lequel un lien fort existe chez les champignons filamenteux phytopathogènes entre ET et gènes impliqués dans la pathogenèse ou l’adaptation à l’hôte. / Leptosphaeria maculans ‘brassicae’ (Lmb) is a filamentous ascomycete from class Dothideomycetes. It belongs to the Leptosphaeria maculans-Leptosphaeria biglobosa species complex which comprises pathogens of crucifers. Lmb is specifically adapted to oilseed rape (Brassica napus) and is responsible for the most damaging disease of this crop: “stem canker”. In order to better understand and control the disease, the host team initiated a genomic project aiming at systematically identify genes involved in pathogenicity, analyse genome plasticity and evaluate their incidence on adaptability to host. Preliminary genome data firstly showed that all characterized avirulence genes were localized in large AT-rich regions, mainly composed of Transposable Elements (TEs). In addition, these AT-rich regions were the first hints that the Lmb genome may present a very unusual structure compared to other microorganisms. The first part of this thesis describes the Lmb genome with a special focus on its isochore structure, which is the result of a massive TE invasion of the genome followed by an inactivation of TEs by an ascomycete-specific defense mechanism called RIP (Repeat-Induced Point mutation). The potential impacts of this genome structure on diversification and evolution of proteins involved in the plant-pathogen interaction were assessed and highlighted the existence of a “two speed” genome. To better understand how TEs are involved in adaptation of Lmb towards oilseed rape, a comparative and evolutionary genomic analysis of five members of the species complex was conducted. This study shows that Lmb is the only species of the complex with genome invaded by TEs at such an extent, and that TEs are involved in (i) intrachromosomal rearrangements putatively related to the speciation event between Lmb and its closest relative species, (ii) the presence of species-specific genes, (iii) translocations of effector genes into highly dynamic genomic regions. Our data contribute to the generalization of the “two speed” genome concept in filamentous phytopathogens postulating that highly plastic regions of the genome are enriched in genes involved in niche adaptation and that a strong link exists between TEs and genes involved in pathogenesis or host adaptation.

Transposable Elements (TEs) or jumping genes are the DNA sequences that have an intrinsic capability to move within a host genome from one genomic location to another. Studies show that the presence of a TE within or adjacent to a functional gene may alter its expression. TEs can also cause an increase in the rate of mutation and can even promote gross genetic arrangements. Thus, the proper classification of the identified jumping genes is important to understand their genetic and evolutionary effects. While computational methods have been developed that perform either binary classification or multi-label classification of TEs, few studies have focused on their hierarchical classification. The existing methods have limited accuracy in classifying TEs. In this study, we examine the performance of a variety of machine learning (ML) methods and propose a robust augmented Stacking-based ML method, ClassifyTE, for the hierarchical classification of TEs with high accuracy.