Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Évolution des chromosomes“

Cet article rappelle les notions et principes relatifs aux anomalies génétiques dont on observe régulièrement des émergences dans les populations animales d’élevage. Ces anomalies proviennent de mutations naturelles et certaines d’entre elles voient leur fréquence augmenter du fait principalement de la dérive génétique, parfois de la sélection. Lorsqu’elles sont dominantes, elles sont généralement rapidement contre-sélectionnées et tendent à disparaître. Mais lorsqu’elles sont récessives, les cas observables ne représentent qu’une toute petite fraction des individus porteurs. On définit généralement les anomalies génétiques comme des syndromes monogéniques. Toutefois, cette règle a beaucoup d’exceptions, soit parce que l’anomalie se révèle plus complexe qu’initialement supposé, soit parce que le syndrome présente une variabilité phénotypique due à des gènes modulateurs. Les anomalies récessives sont principalement dues à des mutations de type perte de fonction, tandis que les mutations dominantes résultent souvent d’interactions entre gènes ou entre protéines, ou de l’altération d’un gène répresseur. Les anomalies cytogénétiques conduisent à des phénotypes anormaux généralement différents entre types de caryotypes déséquilibrés. Enfin, les anomalies présentent parfois des déterminismes particuliers, par exemple dans le cas de gènes portés par les chromosomes sexuels ou soumis à empreinte parentale.

Taxonomy and evolution in Passiflora : a synthesis of current knowledge. Passiflora L. is the most important genus of the family Passifloraceae, native to tropical America, South-East Asia and Oceania. Mainly distributed in the neotropics, from coastal regions to elevations about 4,300 m, its 576 species have adapted to highly diverse environments and forged many strong interactions with animals (herbivory, mutualisms of pollination and protection), giving rise to a formidable species diversity through a particularly complex evolution and phylogeography. Since the first botanical explorations of the New World, taxonomical studies have faced considerable difficulties in interpreting this morphological diversity in terms of evolution, many traits showing lability and/ or a wide dispersion throughout the genus. The last classification reduced the number of subgenera from 22 to 4 (Decaloba, Passiflora, Astrophea, and Deidamioides). The first three, corresponding to dominant ploidy levels (2n= 12, 18, and 24 chromosomes, respectively), have been validated by molecular phylogenetic studies. The fourth, Deidamioides, has been divided in two clades, at least. Moreover, dioecious species formed a fifth subgenus, Tetrapathea. At lower levels, there remain many problems in the classification of species and the comprehension of their evolution with independent acquisitions of the same trait, cases of reticulate evolution, paternal or biparental inheritance of the chloroplast genome, as well as intraspecific or even intra-individual variability for certain gene sequences.

Au sein des différents pays impliqués dans les programmes de la CEE (BRIDGE et BIOTECH), la structure de recherche française est sans doute à l’heure actuelle, par le nombre de chercheurs, par l’ensemble des secteurs méthodologiques couverts, et par l’ensemble des soutiens dont elle dispose au niveau du Département de Génétique Animale, le regroupement le plus important travaillant sur la cartographie génique des porcs et des bovins. L’activité essentielle de cartographie chez les porcins et les bovins sera de définir, le long du génome, un certain nombre "d’étiquettes" (des microsatellites) permettant d’établir un premier réseau de marques génétiques espacées de 20 cM dont certains seront localisés précisement sur les chromosomes. Cette connaissance recueillie sur le génome sera intégrée aux analyses quantitatives actuelles grâce la mise en oeuvre de nouveaux concepts d’analyse génétique (programme INRA : PRODIGE-MMM). Elle permettra une évolution précoce des génotypes, une amélioration des méthodes d’identification des animaux et de vérification des filiations, la mise en évidence de régions du génome intervenant dans la variabilité de caractères quantitatifs (QTL), une appréciation de la diversité génétique des races. Les connaissances obtenues seront également utiles à la compréhension de certains aspects du génome humain, notamment le séquençage de eDNAs et la recherche de QTL difficile à étudier directement chez l’homme.

Allèle : une des formes alternatives d'un locus. Dans une cellule diploïde, il y a deux allèles pour chaque locus (un allèle transmis par chaque parent), qui peuvent être identiques. Dans une population, on peut avoir plusieurs allèles pour un locus.Annotation structurale : repérage des coordonnées des diverses structures dans le génome, telles que les gènes.Annotation fonctionnelle : renseignements sur les fonctions des séquences, le plus souvent pour les gènes.BAC : Bacterial Artificial Chromosome. Vecteur de clonage permettant l’obtention de clones bactériens contenant un grand fragment d’ADN génomique (taille > 100 kb*). Les BAC assemblés en contigs* sont à la base des cartes physiques du génome.Carte cytogénétique : carte des chromosomes. Réalisée par localisation visuelle (FISH*) au microscope de fragments d’ADN sur les chromosomes au stade métaphase de la mitose.Carte d’hybrides irradiés : réalisée en testant par PCR la présence ou l’absence de fragments d’ADN dans une collection de clones d’hybrides irradiés (RH*). Deux fragments d’ADN sont proches sur le génome s’ils sont trouvés fréquemment dans les mêmes clones.Carte génétique : obtenue par l’étude de la ségrégation dans des familles ou des populations, de marqueurs polymorphes, soit moléculaires, soit phénotypiques, deux séquences étant d’autant plus proches qu’elles sont souvent transmises ensemble lors de la méiose.Clonage positionnel : stratégie visant à identifier un gène responsable de l’expression d’un phénotype en utilisant des informations de position sur le génome.Contig : ensemble de clones (le plus souvent des BAC*) ou de lectures de séquence ordonnés grâce à des informations sur leur parties chevauchantes.Cosmide : vecteur de clonage permettant l’obtention de clones bactériens contenant des fragments d’ADN génomique de taille avoisinant les 50 kb*.CNV : Copy Number Variation ; polymorphisme du génome correspondant à la variation du nombre de copies d’une séquence, pouvant dans certains cas contenir un ou plusieurs gènes.Déséquilibre gamétique : pour deux loci quelconques, c'est le fait que la fréquence des haplotypes* estimée pour tous les gamètes est différente de celle attendue à partir du produit des fréquences alléliques de chaque locus. Synonyme : déséquilibre de liaison. Contraire de : équilibre gamétique.Dominance : qualificatif de l’effet d'un allèle, dont une copie suffit à l'expression du phénotype* approprié. L’allèle A est dominant sur l’allèle a si l’hétérozygote* Aa a le même phénotype* que l’homozygote AA.EST : Expressed Sequence Tag : séquences étiquettes (partielles) de transcrit, obtenues par séquençage aléatoire d’ARN.Evaluation génomique : évaluation de la valeur génétique d’individus d’après leurs génotypes pour un ensemble de loci distribués sur le génome, d’après des équations établies à partir des performances d’individus de référencephénotypés et génotypés.Expression génique : études visant à estimer le niveau de production (expression) des gènes en fonction d’états physiologiques ou de tissus différents.Exon : fraction de la partie codante d’un gène eucaryote. Les gènes des organismes eucaryotes sont le plus souvent fractionnés en plusieurs séquences d’ADN dans le génome, les exons, séparés entre eux par d’autres séquences (introns*).FISH : Fluorescent In Situ Hybridisation. Hybridation de sondes d’ADN marquées à l’aide d’un fluorochrome, sur des chromosomes au stade métaphase de la mitose. Permet la réalisation de la carte cytogénétique.Fingerprinting : technique permettant d’estimer très grossièrement la similarité entre des séquences d’ADN sans les séquencer, par la comparaison des longueurs de bandes produites par des enzymes de restriction coupant l’ADN à des sites précis.Fosmide : vecteur de clonage permettant l’obtention de clones bactériens contenant des fragment d’ADN génomique de taille déterminée et égale à 40 kb*.FPC : FingerPrint Contig* ; contig* de clones (généralement des BAC*) ordonnés par la technique du fingerprinting, afin d’obtenir une carte physique du génome.Génotype 1 : constitution génétique d'un individu. 2. Combinaison allélique* à un locus particulier, ex: Aa ou aa.Haplotype : combinaison allélique spécifique pour des loci appartenant à un fragment de chromosome défini.Héritabilité au sens strict : proportion de la variance phénotypique due à la variabilité des valeurs génétiques = proportion de la variance phénotypique due à la variance génétique additive.Hétérozygote : individu ayant des allèles non identiques pour un locus* particulier ou pour plusieurs loci. Cette condition définit l’ «hétérozygotie». Contraire de: homozygote.Homologues : séquences similaires en raison d’une origine évolutive commune.Hybride irradié : cellule hybride obtenue par fusion entre cellules hôte d’une espèce et donneuse d’une autre espèce, contenant une fraction aléatoire du génome de l’espèce donneuse, après cassures par irradiation, reconstitution aléatoire de chromosomes ou insertion dans des chromosomes de la cellule hôte et rétention partielle. Deux séquences proches sur le génome sont en probabilité dans les mêmes clones RH*, tandis que deux séquences distantes ont une probabilité faible d’être conservées ensemble.IBD : pour identity by descent. Identité entre deux chromosomes (ou parties de chromosomes), liée à leur descendance d’un même chromosome ancestral.Indel : Insertion – deletion ; polymorphisme de présence ou absence d’un ou plusieurs nucléotides.Intron : séquence non-codante dans les gènes, séparant les exons, qui codent pour une protéine.Kb : kilobase ; séquence de mille paires de bases (pb*).Locus (pl. : loci) : Site sur un chromosome. Par extension, emplacement d’un gène ou d’un marqueur génétique sur un chromosome.Marqueur génétique : séquence d'ADN dont le polymorphisme est employé pour identifier un emplacement particulier (locus) sur un chromosome particulier.Mate-pair : séquences appariées (1 à 10 kb* de distance), produites en circularisant les fragments d’ADN, puis par séquençage à travers le point de jointure.Mb : mégabase ; séquence d’un million de paires de bases (pb*) de longueur.Orthologues : séquences homologues* entre deux espèces.Paired-end : séquences appariées produites par la lecture des deux extrémités de courts fragments d’ADN (moins de 500 pb*) dans le cas des nouvelles technologies de séquençage.Paralogues : séquences homologues* résultat de la duplication d’une séquence ancestrale dans le génome. Il s’agit de deux (ou plus) séquences similaires par homologie dans un même génome.Pb : paire de base ; unité de séquence d’ADN, représentée par une base et sa complémentaire-inverse sur l’autre brin.Phénotype : caractère observable d'un individu résultant des effets conjugués du génotype et du milieu.Phylogénomique : utilise les méthodes de la génomique et de la phylogénie. Par la comparaison de génomes entiers, permet de mettre en évidence des pertes et gains de gènes dans les génomes, ainsi que leur variabilité moléculaire, afin (entre autres buts) d’aider à prédire leur fonctions.Plasmide : vecteur de clonage permettant l’obtention de clones bactériens contenant des fragment d’ADN génomique de taille allant de 500 pb* à 10 kb* environ.Polymorphisme d'ADN : existence de deux ou de plusieurs allèles* alternatifs à un locus.Puce à ADN ou puce pangénomique : Système permettant pour un individu le génotypage simultané de très nombreux marqueurs génétiques (de quelques milliers à quelques centaines de milliers).QTL : abréviation de locus à effets quantitatifs (de l’anglais Quantitative Trait Locus).Récessivité : qualificatif de l’effet d'un allèle, où l'homozygotie* est nécessaire pour l'expression du phénotype* approprié. opposé de : dominance*.RH : Radiation Hybrid (hybride irradié*)Sanger (méthode de) : méthode de séquençage publiée en 1977 (Sanger et al 1977) et encore utilisée de nos jours avec les séquenceurs à électrophorèse capillaire.Scaffold : ensemble de contigs* de séquence reliés entre eux par des informations apportées par des lectures appariées (mate-pairs* ou paired-ends*).Sélection assistée par marqueurs (abréviation : SAM) : utilisation d’un jeu restreint de marqueurs de l'ADN pour améliorer la réponse à la sélection dans une population : les marqueurs sont choisis comme étroitement liés à un ou plusieurs loci cibles, qui sont souvent des loci à effets quantitatifs ou QTL*.SNP : polymorphisme d'un seul nucléotide à une position particulière de la séquence d’ADN (abréviation de l’anglais Single Nucleotide Polymorphism).Supercontig : nom alternatif pour les scaffolds*.WGS : Whole Genome Shotgun ; production de lectures de séquence d’un génome entier de manière aléatoire.

Résumé La dystrophie musculaire de Duchenne (DMD) due à la non expression de la dystrophine est liée au chromosome X. Décrite au 19e siècle, est la plus courante dystrophie musculaire de l’enfant [1, 2]. L’incidence est estimée à 30 cas pour 100 000 naissances [1, 2]. But- étudier les caractères cliniques, biologiques et évolutifs de la dystrophie musculaire de Duchenne. Patients et Méthodes : Il s’est agi d’une étude rétrospective portant sur 5 dossiers de DMD, colligés en 7 ans. Résultats Nous rapportons cinq dossiers de garçons colligés entre 2005 et 2012, 2012, d’âge moyen de 7 ans avec des extrêmes de 1 et 12 ans. L’hypertrophie des mollets et la présence d’un signe de Gowers chez 4/5 patients. Le caractère familial était présent chez 2 garçons âgés de 5 et 10 ans à l’inclusion dont un mariage consanguin. L’examen anatomopathologique musculaire a conclu à des lésions dystrophiques. L’immunohistochimie n’a pas trouvé d’expression de la dystrophine. La corticothérapie précocement instituée à 0,5 mg/kg/jour associée à la rééducation kinésithérapie a maintenu l’autonomie des patients. Conclusion La corticothérapie retarderait les complications cardio-pulmonaires. Associée à la rééducation kinésithérapie et aux conseils pratiques elle a diminué les chutes. Mots clés : Dystrophie – Musculaire – Duchenne, Rhumatologie Bamako Abstract: Introduction Duchenne’s muscular dystrophy (DMD) caused by no dystrophin expression is linked to X chromosome. Described in the 19th century, it is the most common muscular dystrophy of the child [1, 2]. The incidence is estimated at 30 cases per 100 000 births [1, 2]. Goal - Study clinical, biological and evolutive aspects of the Duchenne's Muscular Dystrophy. Patients and Methods: It was a retrospective study about 5 cases of DMD, collected in 7 years [2005-2012]. Results During our study from the period of 2005 to 2012, we had 5 cases of boys with an average age of 7 years and the extreme age from 1 year to 12 years. The calf’s hypertrophy and the presence of a Gowers’s sign in 4/5 patients. Family caracteristic was present in two boys aged 5 and 10 years with a consanguineous marriage. Muscular Histological examination concluded dystrophic lesions. The immunohistiochemistry found no expression of dystrophin. Corticosteroids early established at 0.5 mg / kg / day combined with physiotherapy rehabilitation maintained the autonomy of patients. . Conclusion Corticosteroids would slow douwn cardiopulmonary complications. Associated with the physiotherapy rehabilitation and practical advice, it has decreased falls. Keywords: Duchenne’s muscular dystrophy, Rheumatology, Bamako

Un homme de 55 ans est examiné à la consultation des pathologies du pied du CHU de Montpellier pour une tendinopathie bilatérale d’Achille. Il a pour antécédents une paraplégie spastique évolutive, un retard mental léger, un retard d’acquisition de la marche marqué par une démarche spastique, une difficulté à participer aux activités physiques et sportives scolaires depuis l’enfance. Il rapporte, ce qui est confirmé par sa mère présente lors de la consultation, une aggravation progressive des symptômes neurologiques tout au long de sa vie jusqu’en 2016. À l’âge de 53 ans, l’examen clinique retrouve un syndrome tétrapyramidal avec des réflexes vifs et polycinétiques, un signe de Babinski bilatéral, sans déficit sensitif ni moteur, il a de plus une discrète dysarthrie avec une élocution hachée. Sur le plan moteur, la démarche est manifestement neurologique, talonnante dans un premier temps mais aussi associée à un steppage bilatéral ainsi qu’à une légère ataxie. Il marche sans limitation du périmètre de marche et sans aide de marche. L’examen podoscopique ne retrouve pas de désaxation majeure de l’arrière-pied en dehors d’un discret valgus de l’arrièrepied, mais surtout un empâtement bilatéral au niveau des tendons calcanéens. On remarque également une tuméfaction bilatérale des tendons d’Achille à la palpation, sans nodule ni signes inflammatoires locaux, indolore. Devant l’aspect tuméfié des tendons d’Achille et du tableau neurologique aspécifique est évoqué le diagnostic de xanthomatose cérébrotendineuse (XCT), diagnostic probable par les lésions cérébrales à l’examen IRM, l’aspect échographique et IRM des tendons d’Achille et confirmé par l’anomalie chromosomique. La XCT est une maladie rare, autosomique récessive, causée par une mutation génétique du chromosome q33-qter modifiant l’enzyme 27-sterol-hydroxylase (CYP27). Le patient était atteint de troubles neurologiques, et notamment neuro-orthopédiques non étiquetés depuis la petite enfance. La mise en évidence des tuméfactions diffuses et indolores présentées au niveau des deux tendons d’Achille a permis d’orienter vers le diagnostic de XCT et l’instauration d’un traitement palliatif et chélateur, l’acide chénodésoxycholique, visant à ralentir l’évolution de la maladie, le traitement étiologique n’étant pas disponible à ce jour.

Un homme de 55 ans est examiné à la consultation des pathologies du pied du CHU de Montpellier pour une tendinopathie bilatérale d’Achille. Il a pour antécédents une paraplégie spastique évolutive, un retard mental léger, un retard d’acquisition de la marche marqué par une démarche spastique, une difficulté à participer aux activités physiques et sportives scolaires depuis l’enfance. Il rapporte, ce qui est confirmé par sa mère présente lors de la consultation, une aggravation progressive des symptômes neurologiques tout au long de sa vie jusqu’en 2016. À l’âge de 53 ans, l’examen clinique retrouve un syndrome tétrapyramidal avec des réflexes vifs et polycinétiques, un signe de Babinski bilatéral, sans déficit sensitif ni moteur, il a de plus une discrète dysarthrie avec une élocution hachée. Sur le plan moteur, la démarche est manifestement neurologique, talonnante dans un premier temps mais aussi associée à un steppage bilatéral ainsi qu’à une légère ataxie. Il marche sans limitation du périmètre de marche et sans aide de marche. L’examen podoscopique ne retrouve pas de désaxation majeure de l’arrière-pied en dehors d’un discret valgus de l’arrièrepied, mais surtout un empâtement bilatéral au niveau des tendons calcanéens. On remarque également une tuméfaction bilatérale des tendons d’Achille à la palpation, sans nodule ni signes inflammatoires locaux, indolore. Devant l’aspect tuméfié des tendons d’Achille et du tableau neurologique aspécifique est évoqué le diagnostic de xanthomatose cérébrotendineuse (XCT), diagnostic probable par les lésions cérébrales à l’examen IRM, l’aspect échographique et IRM des tendons d’Achille et confirmé par l’anomalie chromosomique. La XCT est une maladie rare, autosomique récessive, causée par une mutation génétique du chromosome q33-qter modifiant l’enzyme 27-sterol-hydroxylase (CYP27). Le patient était atteint de troubles neurologiques, et notamment neuro-orthopédiques non étiquetés depuis la petite enfance. La mise en évidence des tuméfactions diffuses et indolores présentées au niveau des deux tendons d’Achille a permis d’orienter vers le diagnostic de XCT et l’instauration d’un traitement palliatif et chélateur, l’acide chénodésoxycholique, visant à ralentir l’évolution de la maladie, le traitement étiologique n’étant pas disponible à ce jour.

Le but de cette thèse est de réaliser une étude comparée d'une part des caryotypes des trois espèces principales de bovidés domestiques (bovine, ovine et caprine) et d'autre part de leurs cartes géniques physiques. Des techniques d'analyse chromosomique ont été mises au point: cultures synchronisées de fibroblastes, marquage chromosomique par les bandes RBG et RBP et hybridation in situ de sondes non radioactives avec détection simultanée des signaux d'hybridation et des bandes RBP au microscope en fluorescence. Les caryotypes standards bovin, ovin et caprin en bandes RBG ont été établis, les caryotypes de ces trois espèces ont été comparés et sept loci différents (caséine beta, caséine alpha s2, beta lactoglobuline, alpha lactalbumine, lactopéroxydase, rétinoblastome et séquence immunoglobuline mu-like) ont été localises sur les chromosomes bovins, ovins et caprins. Des comparaisons chromosomiques et cartographiques ont été réalisées entre l'homme et le buffle domestique afin de rechercher des régions chromosomiques communes aux deux espèces. Enfin, une reconstitution partielle de la phylogénie chromosomique de 28 espèces de bovidés est proposée

Chez les organismes sexués, des suppressions de recombinaison peuvent évoluer dans certaines régions génomiques pour conserver des combinaisons d’allèles bénéfiques, ce qui aboutit à la transmission de plusieurs gènes en un seul locus, alors appelé « supergène ». Les supergènes déterminent des phénotypes complexes, comme l’identité sexuelle chez les organismes qui ont des chromosomes sexuels. Sur certains chromosomes sexuels, la région sans recombinaison s’est étendue plusieurs fois successivement, produisant des « strates évolutives ». Il est communément admis que ces strates évolutives sont issues de liaisons successives de gènes sexuellement antagonistes (qui ont des allèles bénéfiques à un sexe mais délétère à l’autre) à la région qui détermine le sexe, mais peu de preuves empiriques soutiennent cette hypothèse. Les champignons constituent des modèles intéressants pour étudier les causes évolutives des suppressions de recombinaison parce qu’ils peuvent avoir des chromosomes de types sexuels non recombinants sans être associés à des fonctions mâles ou femelles. Dans cette thèse, nous avons étudié l’évolution de la suppression de recombinaison sur les chromosomes de type sexuel chez les champignons castrateurs de plantes du genre Microbotryum. Chez les champignons Microbotryum, les croisements ne sont possibles qu’entre des gamètes qui ont des allèles distincts aux deux locus de types sexuels. Nous avons montré que les suppressions de recombinaison ont évolué plusieurs fois indépendamment pour lier les deux locus de types sexuels, depuis l’état ancestral avec les locus de types sexuels situés sur deux chromosomes différents. La suppression de recombinaison a soit lié les locus de types sexuels à leur centromère respectif, ou a lié les locus de types sexuels entre eux après que des réarrangements chromosomiques, différents dans les différentes espèces, les aient amenés sur le même chromosome. Les deux sortes de suppression de recombinaison sont bénéfiques sous le mode de reproduction par auto-fécondation intra-tétrade de Microbotryum, parce qu’ils augmentent le taux de compatibilité entre gamètes. Les suppressions de recombinaison ont donc évolué plusieurs fois indépendamment via des chemins évolutifs et des changements génomiques différents, ce qui renseigne sur la répétabilité de l’évolution. De plus, nous avons révélé l’existence de strates évolutives sur les chromosomes de type sexuels de plusieurs espèces de Microbotryum, ce qui remet en cause le rôle de l’antagonisme sexuel dans la formation de strates évolutives, les types sexuels n’étant pas associés à des fonctions mâles / femelles. Des études précédentes ont rapporté peu de différences phénotypiques associées aux types sexuels, ce qui rend peu probable qu’une sélection antagoniste existe entre types sexuels sur de nombreux gènes (l’existence de gènes avec des allèles bénéfiques à un type sexuel mais délétère à l’autre). Certains gènes situés dans les régions non-recombinantes des chromosomes de types sexuels étaient différentiellement exprimés entre types sexuels, mais nos analyses suggèrent qu’un tel différentiel d’expression peut être dû à la dégénérescence. En effet, des mutations délétères s’accumulent dans les régions non-recombinantes, ce qui peut modifier l’expression des gènes ou les séquences protéiques. Nous avons donc conclu que la sélection antagoniste ne peut pas expliquer la formation des strates évolutives chez les champignons Microbotryum. Par conséquent, des mécanismes alternatifs doivent être considérés pour expliquer l’extension progressive des régions non-recombinantes, et ces mécanismes pourraient aussi générer des strates évolutives sur les chromosomes sexuels. Ces travaux incitent de futures études à d’une part identifier d’autres strates évolutives qui ne sont pas associées à des fonctions mâles/femelles, et d’autre part à identifier leurs causes évolutives et leurs conséquences en termes de dégénérescence
In sexual organisms, recombination suppression can evolve in specific genomic regions to protect beneficial allelic combinations, resulting in the transmission of multiple genes as a single locus, which is called a supergene. Supergenes determine complex phenotypes, such as gender in organisms with sex chromosomes. Some sex chromosomes display successive steps of recombination suppression known as “evolutionary strata”, which are commonly thought to result from the successive linkage of sexually antagonistic genes (i.e. alleles beneficial to one sex but detrimental to the other) to the sex-determining region. There has however been little empirical evidence supporting this hypothesis. Fungi constitute interesting models for studying the evolutionary causes of recombination suppression in sex-related chromosomes, as they can display non-recombining mating-type chromosomes not associated with male/female functions. Here, we studied the evolution of recombination suppression on mating-type chromosomes in the Microbotryum plant-castrating fungi using comparative genomic approaches. In Microbotryum fungi, mating occurs between gametes with distinct alleles at the two mating-type loci, as is typical of basidiomycete fungi. We showed that recombination suppression evolved multiple times independently to link the two mating-type loci from an ancestral state with mating-type loci on two distinct chromosomes. Recombination suppression either linked the mating-type genes to their respective centromere or linked mating-type loci after they were brought onto the same chromosome through genomic rearrangements that differed between species. Both types of linkage are beneficial under the intra-tetrad mating system of Microbotryum fungi as they increase the odds of gamete compatibility. Recombination suppression thus evolved multiple times through distinct evolutionary pathways and distinct genomic changes, which give insights about the repeatability and predictability of evolution. We also reported the existence of independent evolutionary strata on the mating-type chromosomes of several Microbotryum species, which questions the role of sexual antagonism in the stepwise extension of non-recombining regions because mating-types are not associated with male/female functions. Previous studies reported little phenotypic differences associated to mating-types, rending unlikely any antagonistic selection between mating types (i.e. “mating-type antagonism”, with genes having alleles beneficial to one mating-type but detrimental to the other). The genes located in non-recombining regions on the mating-type chromosomes can be differentially expressed between mating types, but our analyses indicated that such differential expression was more likely to result from genomic degeneration than from mating-type antagonism. Deleterious mutations are indeed known to accumulate in non-recombining regions resulting in modifications of gene expression or of protein sequence. We concluded that antagonistic selection cannot explain the formation of evolutionary strata in Microbotryum fungi. Alternative mechanisms must be therefore be considered to explain the stepwise expansion of non-recombining regions, and they could also be important on sex chromosomes. This work thus prompts for future studies to identify further evolutionary strata not associated with male/female functions as well as to elucidate their evolutionary causes and consequences in terms of genomic degeneration

Nous avons cherché à évaluer l’impact des réarrangements chromosomiques sur l’évolution des génomes de levures selon deux approches. La première approche a consisté à retracer les réarrangements chromosomiques au cours de l’évolution des Saccharomycotina. Nous avons construit un arbre phylogénétique à partir de 66 génomes issus de bases de données publiques et reconstruit la structure des génomes ancestraux des 66 espèces. La comparaison des génomes ancestraux a permi d’inférer 5150 réarrangements chromosomiques passés. Nous avons montré que selon les clades considérés, les génomes évoluent plutôt par inversion ou par translocation et que les réarrangements chromosomiques et les mutations non-synonymes s’accumulent à un rythme coordonné au cours de l’évolution. La seconde approche a consisté à quantifier l’impact phénotypique des variations structurelles (SV) du génome en termes de taux de croissance végétative et de viabilité méiotique chez Saccharomyces cerevisiae. Nous avons développé une technique pour induire à façon des SV ciblés dans le génome de S. cerevisiae, en induisant deux coupures simultanées dans le génome de S. cerevisiae avec CRISPR/Cas9 et à guider la réparation des cassures par recombinaison homologue avec des oligonucléotides chimériques. Nous avons alors adapté cette technique pour induire en une étape un grand nombre de SV aléatoires. L’impact phénotypique des SV obtenus a été quantifié en méiose et en croissance végétative. Ces travaux montrent que même des réarrangements chromosomiques balancés n’affectant aucune phase codante génèrent une grande diversité phénotypique qui participe à l’adaptation des organismes à leur environnement
The aim of this work was to assess the impact of chromosomal rearrangements on the evolution of yeast genomes with two approaches. The first approach consisted in retracing past rearrangements during the evolution of Saccharomycotina yeast genomes. We have built a phylogenetic tree of 66 genomes gathered from public databases, then reconstructed the structure of all ancestral genomes of these species. By comparing the structure of reconstructed ancestral genomes, we have inferred 5150 past rearrangements. We showed that depending on the clades, genomes tend to evolve mostly by inversion or by translocation. In addition, we showed that chromosomal rearrangements and non-synonymous mutations tend to accumulate at a coordinated pace during evolution. The second approach aimed at quantifying the phenotypic impact of structural variations of chromosomes (SVs) in terms of vegetative growth and meiotic viability in Saccharomyces cerevisiae. We developed a technique to induce easily targeted SVs in the genome of S. cerevisiae by inducing two chromosomal breaks with CRISPR/Cas9 and providing the cells with chimerical donor oligonucleotides to repair the split chromosomes by homologous recombination. We have then adapted this technique to induce multiple random SVs in a single step. The phenotypic impact of obtained variants on vegetative growth and on spore viability was quantified. These results show that even balanced chromosomal rearrangements that do not affect coding sequence generate a wide phenotypic diversity that contributes to the adaptation of organisms to their environment

Un premier pan de ma thèse concerne deux différents mécanismes de sauvetage du Y par le X. Premièrement, j'ai participé à une controverse sur la compensation de dosage chez les mammifères. Une hypothèse avait été proposée dans les années 60 par Susumo Ohno, proposant un mécanisme de compensation en deux temps. Chez les mâles, la perte de nombreux gènes sur le Y entraîne un déséquilibre de dosage car ces gènes qui étaient précédemment présents en deux copies sont devenus unicopie, soit une division d'expression par deux. Selon l'hypothèse d'Ohno, chez les mammifères en réponse à cela le X aurait doublé son expression, mais dans les deux sexes menant ainsi à une expression trop élevée chez les femelles. Ce deuxième problème de dosage aurait alors été résolu par la mise en place d'une inactivation aléatoire de l'un des deux X chez les femelles. Tandis que la deuxième partie de l'hypothèse d'Ohno, l'inactivation du X, a été très étudiée, la première partie est restée spéculative jusqu'aux années 2000. En étudiant des données d'expression du X humain j'ai pu montrer, de manière concomitante avec d'autres auteurs, que la première partie de l'hypothèse d'Ohno n'est pas totalement vraie car seule une partie des gènes sont sur-exprimés. J'ai ensuite participé à l'écriture d'une revue visant à donner une explication alternative à la compensation de dosage pour l'évolution de l'inactivation du X chez les femelles mammifères. Deuxièmement, j'ai étudié la présence de conversion génique X-Y dans plusieurs gènes, au sein de nombreuses espèces de primates. Mes travaux me mènent à discuter le fait que ce type d'évènement soit effectivement favorisé par la sélection. Je pose l'hypothèse que ces conversions géniques ont été maintenues de manière neutre. Ces deux travaux ne vont pas dans le sens d'un chromosome X sauvant le Y avec beaucoup de zèle. Dans un dernier temps, m'éloignant des espèces modèles, j'ai étudié les chromosomes sexuels particuliers d'une algue brune : Ectocarpus siliculosus. Cela m'a permis de vérifier si le scénario évolutif actuel des chromosomes sexuels est toujours valide dans un groupe d'eucaryotes séparé des animaux depuis plus d'un milliard d'années
The first part of my thesis concerns two different mechanisms of the Y being rescued by the X. Firstly, I contributed to a controversy on mammalian dosage compensation. During the 60s Susumo Ohno hypothesized a two-step dosage compensation mechanism. In males, the high loss of Y-linked genes led to a dosage imbalance: these genes were previously present in two allelic copies and became unicopy, meaning that their expression has been halved. According to Ohno’s hypothesis, in response to this imbalance the mammalian X would have doubled its expression in the two sexes, resulting in a to high expression in females. This second dosage imbalance would have been resolved by the random inactivation of one of the two Xs in females. Whereas the second part of Ohno’s hypothesis, the X-chromosome inactivation, has been well studied, the first part remained speculative until the 2000s. I studied human X-linked expression data and was able to show, concomitantly with other authors, that the first part of Ohno’s hypothesis is not totally true as only some of the X-linked genes are hyperexpressed. I later participated in the writing of a review aiming to give an alternative hypothesis for the evolution of X-chromosome inactivation in mammalian females than dosage compensation. Secondly, I studied signatures of X-Y gene conversion in several genes within numerous primate species. Myresults led me to discuss if these events were indeed selected for. I hypothesize that these gene conversion events occurred in a neutral manner. These two different studies suggest that the X chromosome may not be as much a help for the Y as has been suggested. Lastly, moving away from model species, I studied the peculiar sex chromosomes of a brown alga: Ectocarpus siliculosus. This work allowed me to test if the current hypotheses on sex chromosome evolution still hold in a eukaryotic group that diverged from animals more than one billion years ago

La distorsion de ségrégation méiotique est une entorse à la loi de ségrégation équilibrée des allèles via les gamètes. Les gènes ou éléments génétiques causaux (distorteurs de ségrégation) empêchent, chez les hétérozygotes, la production de gamètes qui ne les contiennent pas. Ils peuvent ainsi se répandre dans les populations même s’ils sont délétères pour les individus porteurs.Parce qu'ils induisent un biais du sexe ratio, les distorteurs liés au sexe et s'exprimant dans le sexe hétérogamétique sont générateurs de conflits intragénomiques, caractérisés par l'évolution de suppresseurs qui tendent à rétablir l'équilibre des sexes. Ce processus peut conduire à l’émergence de nouvelles espèces, à l’évolution du comportement reproducteur ou du déterminisme du sexe.Dans l'espèce Drosophila simulans, des distorteurs liés au chromosome X, perturbent la ségrégation du chromosome Y lors de la méiose mâle. La descendance des mâles porteurs est alors très majoritairement femelle. Un de ces éléments distorteurs, le gène HP1D2, code une protéine qui se lie au chromosome Y avant la méiose. La distorsion est le fait d'allèles dysfonctionnels de HP1D2 (qui ont un faible niveau de transcrits testiculaires et/ou ont une délétion du domaine d’interaction protéine-protéine). Dans les populations naturelles envahies par les distorteurs, ceux-ci se trouvent neutralisés par des suppresseurs autosomaux et des chromosomes Y résistants.Le premier volet de ma thèse a été consacré au déterminisme génétique de la suppression autosomale. Par cartographie de QTL, utilisant des lignées recombinantes consanguines, j'ai révélé la complexité de ce déterminisme : 5 QTLs avec de nombreuses relation d’épistasie.Le deuxième volet est consacré au chromosome Y, qui présente, d’importante variations phénotypiques pour la résistance aux distorteurs. Nous avons étudié ses variations moléculaires et structurales et la dynamique des Y résistants dans les populations naturelles. Le séquençage de différents chromosomes Y, résistants ou sensibles, a permis de retracer l’histoire évolutive du chromosome Y en relation avec celle des distorteurs.Le dernier volet est une étude cytologique pour comparer le comportement des formes sauvages et distortrices de la protéine HP1D2 dans les spermatogonies.Dans l’ensemble ces travaux apportent un éclairage sur les bases génétiques et moléculaires du système Paris et sur son évolution
Meiotic drive is an infringement of the law of allele segregation into the gametes. In heterozygote individuals, the causal genes or genetic elements (meiotic drivers), prevent the production of gamete which does not contain it. Thus, they can spread through populations even if they are deleterious for the carriers.Because they induce sex-ratio bias, sex-linked drivers that are expressed in the heterogametic sex, are an important source of genetic conflict, characterized by the evolution of suppressor which tends to restore a balanced sex ratio. This process can lead to the emergence of new species, evolution of reproductive behavior or sex determination.In Drosophila simulans, X-linked meiotic drivers disturb the segregation of the Y chromosome during male meiosis. The progeny of carrier male is mainly composed of females. One of the drivers is the HP1D2 gene, which encodes a protein that binds to the heterochromatic Y chromosome. The distortion is due to dysfunctional alleles of HP1D2 (low level of expression and/or a deletion of its protein-protein interaction domain). In natural populations where the drivers have spread, they are neutralized by autosomal suppressors and resistant Y chromosomes.The first part of my thesis was focus on the genetic determinism of autosomal suppression. I performed a QTL mapping using recombinant inbreed lines which highlighted the complexity of the genetic determinism of suppression: 5 QTLs and multiple epistatic interaction.The second part is about the Y chromosome, which show important phenotypic variation in the resistance of Y chromosomes to the driver. We studied its molecular and structural variation and the dynamic of resistant Y chromosomes in natural population. The sequencing of different Y chromosomes, sensitive and resistant, allowed us to retrace the evolutionary history of the Y chromosome related to the one of the driver.The last part is a cytological study to compare the localization of the functional and the driver form of HP1D2 in spermatogonia.Generally, results presented here give a better insight regarding the genetic bases and the evolution of the multiple actors of the Paris sex ratio system

L'organisation de l'information génétique le long des génomes de mammifères est fortement structurée. Certaines de ces structures sont clairement identifiées bien qu'encore mal comprises (isochores, bandes cytogénétiques) mais d'autres restent à explorer. L'établissement de cartes génomiques, permettant de localiser précisément les éléments porteurs de l'information génétique, et notamment les gènes, est une étape indispensable pour la mise en évidence et la compréhension des phénomènes à l'origine de la mise en place et du maintient de ces structures. Les méthodes de cartographie génomique sont nombreuses et les unités utilisées ainsi que le niveau de précision atteint dépendent des espèces étudiées et des objectifs poursuivis. L'approche comparative, grâce à la mise en parallèle de cartes d'origines et d'espèces différentes, peut apporter des éléments de réponse, à condition que les outils adaptés soient disponibles. GeMME est une interface développée dans le cadre d'un vaste projet autour de la cartographie génomique des mammifères, s'appuyant sur une base de connaissances développée en parallèle et regroupant des informations relatives à la cartographie mais aussi aux séquences, à l'expression et aux relations d'homologie pour les gènes de l'homme et la souris. GeMME permet l'interrogation de la base en fonction de critères biologiquement pertinents, la visualisation des données ainsi que leur analyse grâce à des outils statistiques intégrés. L'utilisation de GeMME nous a permis de confirmer la structuration des génomes aux niveau chromosomiques et cytogénétiques, mais aussi l'existence de structures régionales (isochores, tachychores) et le rôle particulier joué par les régions télomériques. Les relations existant entre les paramètres structuraux, fonctionnels et évolutifs sont difficiles à appréhender, mais cette étude montre que la prise en compte de la composante spatiale s'avère indispensable dans l'analyse des génomes et de leur évolution.

Malgré leur importance dans le déterminisme du sexe chez de nombreux organismes, les chromosomes sexuels ont été étudiés chez quelques espèces seulement du fait du manque de séquences disponibles. En effet, le séquençage et l'assemblage des chromosomes sexuels est rendu très difficile par leurs abondantes séquences répétées. Durant cette thèse, une méthode probabiliste a été développée pour inférer les gènes liés au sexe à partir de données RNA-seq chez une famille. Des tests de cette méthode appelée SEX-DETector sur des données réelles et simulées suggèrent qu'elle fonctionnera sur une grande variété de systèmes. La méthode a inféré ∼1300 gènes liés au sexe chez Silene latifolia, une plante dioïque qui possède des chromosomes sexuels XY pour lesquels quelques données de séquence sont disponibles (dont certaines obtenues lors de cette thèse par séquençage de BACs). Les gènes du Y sont moins exprimés que ceux du X chez S. latifolia, mais le statut de la compensation de dosage (un mécanisme qui corrige la sous-expression des gènes liés au sexe chez les males) est encore controversé. L'analyse des nouveaux gènes liés au sexe inférés par SEX-DETector a permis de confirmer la compensation de dosage chez S. latifolia, qui est effectuée par la surexpression du X maternel, possiblement via un mécanisme epigénétique d'empreinte. Les données ont également été utilisées pour étudier l'évolution de l'expression biaisée pour le sexe chez S. latifolia et ont révélé que la majorité des changements de niveaux d'expression ont eu lieu chez les femelles. Les implications de nos résultats concernant l'évolution de la dioécie et des chromosomes sexuels sont discutés
In many organisms, sexes are determined by sex chromosomes. However, studies have been greatly limited by the paucity of sex chromosome sequences. Indeed, sequencing and assembling sex chromosomes are very challenging due to the large quantity of repetitive DNA that these chromosomes comprise. In this PhD, a probabilistic method was developed to infer sex-linked genes from RNA-seq data of a family (parents and progeny of each sex). The method, called SEX-DETector, was tested on simulated and real data and should performwell on a wide variety of sex chomosome systems. This new method was applied to Silene latifolia, a dioecious plant with XY system, for which partial sequence data on sex chromosomes are available (some of which obtained during this PhD by BAC sequencing), SEX-DETector returned ∼1300 sex-linked genes. In S. latifolia, Y genes are less expressed than their X counterparts. Dosage compensation (a mechanism that corrects for reduced dosage due to Y degeneration in males) was previously tested in S. latifolia, but different studies returned conflicting results. The analysis of the new set of sex-linked genes confirmed the existence of dosage compensation in S. latifolia, which seems to be achieved by the hyperexpression of the maternal X chromosome in males. An imprinting mechanism might underlie dosage compensation in that species. The RNAseq datawere also used to study the evolution of differential expression among sexes in S. latifolia, and revealed that in this species most changes have affected the female sex. The implications of our results for the evolution of dioecy and sex chromosomes in plants are discussed

L'organisation de la diversité génétique des espèces est déterminée par l'interaction entre plusieurs forces évolutives, notamment la mutation, la sélection, la migration et la dérive. Leur effet respectif est en particulier influencé par les caractéristiques écologiques des espèces étudiées, par le mode de transmission de leurs génomes mais aussi par des facteurs historiques. Pour comprendre le rôle de ces différents facteurs les approches comparatives prenant en compte les relations phylogénétiques entre espèces constituent un outil de choix. En s'appuyant sur de telles méthodes nous avons étudié l'évolution du génome des organelles en la mettant en relation avec des caractéristiques des espèces végétales étudiées. De multiples inter-actions ont put être démontrées et interprétées à la lumière du modèle d'évolution quasi-neutre (near neutral theory). Puis nous avons compilé toutes les études de la répartition de la diversité génétique basées sur des marqueurs transmis uniparentalement (chloroplastiques et mitochondriaux) et biparentalement (nucléaires) chez les plantes. Ces données nous ont permis de ré-estimer l'influence du mode de transmission du génome et des traits d'histoire de vie sur la structure génétique des espèces (estimé par le FST). Finalement, nous avons réalisé une étude de la répartition de la diversité au sein d'un complexe d'espèces tropicales d'Amérique du Sud : Carapa procera/guianensis. Ces espèces, difficilement différentiables morphologiquement, ont pu être étudiées individuellement grâce à une étape préalable de caractérisation moléculaire et d'assignation, permettant alors une estimation de leur structuration génétique
The level and the organisation of species genetic diversity are controlled for by mutation, selection, migration and drift. The respective role of these forces is influenced by ecological species traits, inheritance of their genome as well as by historical factors. Understanding the contribution of each of these factors on genetic structure necessitate a comparative framework that control for phylogenetic relatedness of the species. Dealing with phylogenetic controlled comparative method we had first study the evolution of organelle genomes, and its relationships with molecular and biological characteristics of the studied species. Many relationships were demonstrated and interpreted in the light of two different models of molecular evolution: (i) a nearly-neutral model, and (ii) a model of deletional bias. We had, in a second part, compiled plant genetic structure studies based on uniparental (chloroplast and mitochondria) and on biparental (nuclear) markers. The resulting database was then used to (i) study the influence of genome inheritance on the precision of the measure of the genetic structure, (ii) study the relationships between life history traits of the species and the way they partition genetic diversity. Finally, we had studied the repartition of genetic structure in a complex of tropical tree species: Carapa procera/guianensis. Difficulties in morphological recognition of these species were overlapped using genetic identification and a contrasted genetic structure between both species was demonstrated indicating differences in their seed migration abilities

L'évolution moléculaire se manifeste à différentes échelles au sein des génomes. Une de ses expressions les plus spectaculaires est le réarrangement de gènes, un phénomène évolutif par lequel sont modifiés la composition en gènes des chromosomes ou l'ordre dans lequel ces gènes apparaissent. Le développement d'algorithmes sophistiqués est nécessaire pour comprendre les réarrangements qui se sont produits au cours de l'évolution.