Les génomes des espèces aviaires ont des caractéristiques particulières comme la structure des chromosomes et le contenu en séquences répétées. En effet, alors que dans les génomes vertébrés, la proportion de répétitions dans le génome varie de 30 à 55 %, dans les espèces aviaires, cette proportion est plus faible et varie de 8 à 10 %. L’annotation du contenu répété est le plus souvent réalisée avec le programme RepeatMasker qui s’appuie généralement sur la banque de séquences répétées Repbase. Ce genre de méthode repose uniquement sur la séquence des éléments transposables connus. De fait, ce programme n’est pas en mesure de détecter de nouvelles séquences répétées, et la qualité de l’annotation sera donc dépendante de la banque de séquences d’éléments transposables utilisée. De plus en plus d’études montrent que les éléments transposables jouent un rôle dans le fonctionnement du génome et peuvent influer sur l’expression des gènes. Il est donc primordial que l’annotation de ces séquences soit la plus complète possible. Au cours de ma thèse a été mise en place une stratégie d’annotation des séquences répétées que nous avons élaborée et appliquée à un génome de grande taille, celui de la poule rouge de jungle. L’annotation ainsi obtenue m’a permis d’étudier l’organisation du génome de cette espèce au travers de ses séquences répétées et éléments transposables. / The genomes of avian species have special features such as the structure of chromosomes or their content in repeated sequences. Indeed, compared to vertebrate genomes in which the amount of repetitions varies from 30 to 55%, it is lower in avian species and varies from 8 to 10%. The annotation of repeated content is most often done with the RepeatMasker program that is generally use the Repbase database of repeated sequences. This kind of approach is based solely on the sequence of already known transposable elements. In fact, this program is not able to detect new repeats and in consequence produced annotations with a quality that depends on the sequences of transposable elements used. More and more studies show that transposable elements play a role in the functioning of the genome and can influence gene expression. It is therefore essential that the annotation of these sequences is as complete as possible. There are many programs using methods for detecting de novo transposable elements, either by searching for characteristic structures, or by comparing the genome against itself. However, no standard strategy of annotation for repeated sequences have been defined yet. My thesis aims to set-up a standard strategy of annotation for repeated sequences that was applied to a large genome, that of the red jungle fowl. The obtained annotation allowed me studying the genome organization in this species through its repeated sequences and transposable elements.

Les éléments transposable (ET) sont des séquences d'ADN qui ont la capacité de se déplacer au sein des génomes. Pour contrebalancer les effets négatifs liés à l'activité des ET, il existe chez leurs hôtes des mécanismes régulant l'activité de transposition. Une fois qu'un ET est régulé, l'accumulation progressive de mutations dans sa séquence conduit fatalement à la perte définitive de son activité de transposition. J'ai cherché au cours de cette thèse à mieux comprendre le succès et le maintien de ces séquences répétées, avec d'une part l'étude des transferts horizontaux (TH) d'ET, un moyen d'échapper aux mécanismes de régulation , et d'autre part l'étude de leur régulation. Dans la première partie de ma thèse, je me suis intéressé à l'étude des TH entre deux espèces proches de drosophiles. Dans cette étude, j'ai développé une nouvelle méthode bioinformatique permettant la détection de séquences transférées horizontalement entre deux génomes eucaryotes qui m'a permis détecter de nombreux TH d'ET. Ce travail m'a aussi conduit à développé une nouvelle méthode de contrôle du taux de faux positifs moyen applicable aux tests multiples unilatéraux. Dans la deuxième partie de ma thèse, j'ai étudié la régulation des ET par la voie des petits ARN, un mécanisme de l'ARN interférence. Dans cette étude, j'ai analysé des données de séquençage de petits ARN, ainsi que d'ARN totaux issues de différentes populations de D. simulans. Ce travail a conduit au développement d'un pipeline d'analyse permettant d'étudier des différences d'expression entre des séquences répétées ainsi que d'une nouvelle procédure de contrôle qualité de ce type de donnée / Transposable elements (TEs) are repeated DNA sequences that are able to move (transpose) within their host genome. To counteract the negative effects of their TEs, regulation mechanisms of the TE transposition are present in the host genome. Once a TE is regulated, the progressive accumulation of mutations in its sequence will inevitably lead to the definitive loss of its transposition capacity. My work during this thesis is was to better understand the succss and the maintaining of these peculiar repeated sequencest, with the study of horizontal transfers (HTs) of TEs enabling them to escape host regulation mechanisms, and the study of this regulation. The first part of my thesis concerns the study of HTs between two closely related drosophila species. I have developed a new bioinformatic method for the detection of HTs between two eukaryotic genomes. The development of this method brought me to work on the unilateral multiple testing problematic for which I have developed a new procedure to control the expected false discovery rate (FDR). The second part of my thesis focuses on the regulation of TEs by the small RNA pathway, an RNA interference mechanism. For this study, I have analyzed sequencing data of small RNAs and total RNAs. For this work, I have developed an analysis pipeline, to study differences of expression between repeated sequences. Some features of the small RNA dataset required the development of a new procedure to parse them. This procedure was extended and implemented in a software to be used for the quality control of next generation sequencing data

Les éléments transposables (ET) sont des constituants majeurs des génomes eucaryotes. Leur mobilisation joue un rôle important dans l'évolution et l'adaptation des organismes. Cependant, la transposition des ET peut conduire à des dommages irréversibles du génome et elle doit donc être étroitement contrôlé. Chez Drosophila melanogaster, la transposition des ET est contrôlée par les siRNA (small interfering RNAs) et les piRNA (Piwi-interacting RNAs) qui agissent en réprimant des cibles ARN de séquences complémentaires. Les siRNA et piRNA ont des modes distincts de biogenèse, de reconnaissance de cibles et d'activité repressive. Les piRNAs sont seulement présents en abondance dans les gonades, et transmis maternellement aux embryons. Par une approche de séquençage à haut débit, j'ai pu montrer que bien qu'ils induisent une répression transcriptionnelle des ET à ce stade du développement, ils sont pratiquement absents des têtes de drosophiles adultes. Cet état est cependant hérité et il est suffisant pour limiter l'expression des ET dans l'adulte, même en l'absence de siRNA. A l'inverse, si la répression transcriptionnelle précoce n'est pas établie, les siRNA agissent comme un système de sauvegarde en limitant l'expression des ET. En cas de perte conjointe des piRNA et siRNA, l'expression des ET augmente significativement et la durée de vie des mouches adultes se trouve réduite. Les analyses de sequences à grande échelle m'ont par ailleurs conduit à développer des outils logiciels intégrés dans Galaxy et à m'impliquer significativement dans la communauté qui développe ce système au niveau international. / Transposable elements are major components of eukaryotic genomes and have been proposed as important drivers of gene network evolution, as they can move or “transpose” in their host genome, creating gene duplications, gene inactivations or altogether altering gene function. Nevertheless, uncontrolled high-rate transposition leads to DNA damage and genomic instabilities, and therefore needs to be kept at a low level. In the fruitfly Drosophila melanogaster, transposition is counteracted by multiple mechanisms, amongst which the generation of small interfering RNAs (siRNAs) and Piwi-interacting RNAs (piRNAs). siRNAs and piRNAs belong to the category of small RNAs, and these are involved in negative regulation of complementary target RNAs abundance, but siRNAs and piRNAs have distinct mechanisms of biogenesis, target recognition and mechanisms of target regulation. Notably, piRNAs are only abundant in gonads and are transmitted to the embryo. By sequencing small RNAs and normal transcripts in adult heads, I conclude that, while piRNAs are likely absent in adult heads, they induce a repressive state on TEs. If this repressive state is lost, the siRNA pathway can compensate and limit Transposable element levels. If siRNAs are lost, the repressive state induced by piRNAs suffices to limit Transposable element levels. If both piRNAs and siRNAs are lost, the expression level of Transposable elements increases, and flies have a shorter life span. The requirement to analyse large-scale sequencing data led to the development of multiple tools for the reproducible research platform Galaxy.

Le moustigre tigre Aedes albopictus, un des vecteurs de la Dengue et du Chikungunya, est une espèce invasive qui a colonisé le monde entier en 30 ans à partir de son berceau asiatique. Les éventuelles bases génétiques de ce succès sont inconnues. Afin d’étudier l’ampleur de la différenciation génétique entre populations asiatiques et européennes et la part prise par la sélection naturelle dans cette différenciation, nous avons développé de nouveaux marqueurs génétiques reposant sur le polymorphisme d’insertion des éléments transposables. Pour cela, nous avons dans un premier temps conçu un outil bioinformatique –dnaPipeTE— nous permettant de dresser le portrait de la fraction répétée du génome d’Ae. albopictus à partir d’une faible proportion des lectures brutes issues d’un projet de séquençage en cours. Le polymorphisme d’insertion de cinq des familles d’ET décrites a ensuite été étudié par la technique de transposon display couplée à du séquençage Illumina, chez 140 individus issus de trois populations vietnamiennes et cinq populations européennes. L’immense majorité des 128 000 marqueurs analysés montre une différenciation génétique très faible entre Europe et Asie. Nous avons néanmoins pu mettre en évidence un centaine d’insertions ayant des fréquences extrêmement différentes entre ces continents. La majorité d’entre elles ségrège à forte fréquence en Europe, suggérant une adaptation du moustique à son environnement tempéré / The Asian tiger mosquito, one of the main vectors of Dengue and Chikungunya, is an invasive species that colonized the world during the last 30 years from its cradle in Asia. Whether this success has an underlying genetic basis remains to be investigated. In order to study the extent of the genetic differentiation between Asian and European populations and the contribution of natural selection to this differentiation, we developed new genetic markers based on transposable elements insertion polymorphism. We first conceived a bioinformatic pipeline –dnaPipeTE— that allowed to grasp a comprehensive picture of the repetitive fraction of the Tiger’s genome through the analysis of a low proportion of raw reads from a ongoing sequencing project. The insertion polymorphism of five transposable element families was then studied by Illumina based transposon display, in 140 individuals from three Vietnamese populations and five European populations. The vast majority of the 128,000 markers showed a very low genetic differentiation between Europe and Asia. However 92 of them displayed extreme frequency differences between the continents. The majority of them segregate at high frequencies in Europe, a pattern suggestive of adaptive evolution towards temperate environments

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.

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.

De la bactérie à l'homme, dispersées ou en tandem, les répétitions peuvent représenter jusqu'à 90 % de la séquence génomique. Malgré leur impact sur la plasticité et l'évolution des génomes eucaryotes, leurs mécanismes de formation sont encore très spéculatifs. L'insertion continue de nouvelles répétitions devrait conduire à une augmentation constante de la taille des génomes. Or, il ne semble pas que ce soit le cas. Y a t-il régulation de la taille des génomes? Le processus de régulation est-il le même dans l'euchromatine et l'hétérochromatine? Afin d'étudier la dynamique des répétitions, j'ai développé un ensemble de programmes informatiques pour la détection des duplications segmentaires (DS) et des répétitions en tandem (RT). A partir des caractéristiques des DS détectées chez Drosophila melanogaster, j'ai proposé un modèle de formation des DS, basé sur un modèle de recombinaison homologue non-allélique. J'ai également identifié les traces de l'implication des éléments transposables (ET) dans ce processus. Afin de caractériser la relation existante entre les répétitions et la structure de la chromatine, j'ai ensuite réalisé une analyse comparative de la dynamique des répétitions euchromatiques et hétérochromatiques. Pour ce travail, nous avons choisi comme modèle d'étude Arabidopsis thaliana. La construction d'arbres phylogénétiques des séquences répétées m'a permis de dater les répétitions. Nous suggérons ainsi une propagation par « vague » des ET. J'ai ensuite estimé les forces d'élimination des copies d'ET. Nos résultats suggèrent que dans l'euchromatine, la pression de sélection due aux gènes induit l'élimination des répétitions. Dans l'hétérochromatine, la faible densité en gènes permet de maintenir une forte densité en ET. Pourtant, les estimations du taux de perte en ADN, prédisent un turnover aussi rapide dans l'euchromatine que dans l'hétérochromatine. Afin de contre-balancer l'insertion des ET dans l'hétérochromatine, nous pouvons invoquer la recombinaison homologue non-allélique.