Academic literature on the topic 'ADN extrachromosomique circulaire'

Les éléments transposables (TEs) sont des séquences d'ADN répétitives avec la capacité intrinsèque de se déplacer et de s’amplifier dans les génomes. La transposition active des TEs est liée à la formation d'ADN circulaire extrachromosomique (ADNecc). Cependant, le paysage complet de ce compartiment d’ADNecc ainsi que ces interactions avec le génome n’étaient pas bien définies. De plus, il n’existait au début de ma thèse aucun outil bioinformatique permettant d'identifier les ADNecc à partir de données de séquençage en lectures longues. Pour répondre à ces questions au cours de mon doctorat, nous avons tout d'abord développé un outil, appelé ecc_finder, pour automatiser la détection d'eccDNA à partir de séquences en lectures longues et optimisé la détection à partir de séquences de lecture courte pour caractériser la mobilité des TE. En appliquant ecc_finder aux données eccDNA-seq d'Arabidopsis, de l'homme et du blé (avec des tailles de génome allant de 120 Mb à 17 Gb), nous avons documenté l'applicabilité étendue d'ecc_finder ainsi que l’optimisation du temps de calcul, de la sensibilité et de la précision.Dans le deuxième projet, nous avons développé un outil de méta-assemblage appelé SASAR pour réconcilier les résultats de différents assemblages de génomes à partir de données de séquençage en lectures longues. Pour différentes espèces de plantes, SASAR a obtenu des assemblages de génome de haute qualité en un temps efficace et a résolu les variations structurales causées par les TE.Dans le dernier projet, nous avons utilisé le génome assemblé par SASAR et l'ADNecc détecté par ecc_finder pour caractériser les interactions entre les ADNecc et le génome. Dans les mutants épigénétiques hypométhylés d’Arabidopsis, nous avons mis en évidence le rôle de l'épigénome dans la protection de la stabilité du génome non seulement contre la mobilité des TE mais aussi envers les réarrangements génomiques et le chimérisme des gènes. Globalement, nos découvertes sur l'ADNecc, l'assemblage du génome et leurs interactions, ainsi que le développement d'outils, offrent de nouvelles perspectives pour comprendre le rôle des TE dans l'évolution adaptative des plantes à un changement rapide de l’environnement
Transposable elements (TEs) are repetitive DNA sequences with the intrinsic ability to move and amplify in genomes. Active transposition of TEs is linked to the formation of extrachromosomal circular DNA (eccDNA). However, the complete landscape of this eccDNA compartment and its interactions with the genome were not well defined. In addition, at the beginning of my thesis, there were no bioinformatics tools available to identify eccDNAs from long-read sequencing data.To address these questions during my PhD, we first developed a tool, called ecc_finder, to automate eccDNA detection from long-read sequencing and optimized detection from short-read sequences to characterize TE mobility. By applying ecc_finder to Arabidopsis, human and wheat eccDNA-seq data (with genome sizes ranging from 120 Mb to 17 Gb), we documented the broad applicability of ecc_finder as well as optimization of computational time, sensitivity and accuracy.In the second project, we developed a meta-assembly tool called SASAR to reconcile the results of different genome assemblies from long-read sequencing data. For different plant species, SASAR obtained high quality genome assemblies in an efficient time and resolved structural variations caused by TEs.In the last project, we used SASAR-assembled genome and ecc_finder-detected eccDNA to characterize eccDNA-genome interactions. In Arabidopsis hypomethylated epigenetic mutants, we highlighted the role of the epigenome in protecting genome stability not only from TE mobility but also from genomic rearrangements and gene chimerism. Overall, our findings on eccDNA, genome assembly and their interactions, as well as the development of tools, offer new insights into the role of TEs in the adaptive evolution of plants to rapid environmental change

L’adaptation des organismes aux changements environnementaux est devenue une question fondamentale de la recherche, en particulier face aux impacts du réchauffement climatique. Un axe clé de recherche consiste à comprendre comment les éléments génétiques sous jacent, tels que les éléments transposables (ET). Les ET sont des séquences d'ADN répétés présentes chez tous les Eucaryotes, possédant la capacité unique de se déplacer au sein du génome, un phénomène appelé transposition active. Ainsi, ils peuvent provoquer des mutations en générant des insertions polymorphiques d'ET (TIPs) entre individus, voire des insertions somatiques. En général, les ET restent inactifs grâce à des mécanismes épigénétiques qui limitent leur prolifération incontrôlée. Cependant, ils peuvent être réactivés par divers stimuli environnementaux, rendant la transposition active relativement rare. Cette mobilité des ET peut être révélée en utilisant l'ADN circulaire extrachromosomique (ADNecc) comme marqueur de transposition. Le paysage transpostionnel des TEs et leur activité récente ont été décrits chez des organismes modèles, mais restent inexploités chez les espèces pérennes comme les arbres. Cette étude vise à explorer l’activité transpositionelle récente et la mobilité en cours des ET chez des espèces pérennes non modèles en utilisant le hêtre européen (Fagus sylvatica) comme notre modèle d’étude. Nous avons cherché à étudier l'activité récente des ET et leur mobilité continue en identifiant les variants causés par les ET au sein d'une population et chez un individu (à l'échelle somatique) en utilisant le séquençage du génome complet (WGS) et le séquençage du mobilome (ou ADNecc). Nous avons réalisé le séquençage WGS et du mobilome d'arbres de la forêt de Verzy, connue pour abriter des hêtres nains et tortillards, également appelés « mutants ». Ces arbres présentent des traits morphologiques instables, avec chez certains arbres de nouvelles branches qui se développent avec une forme normale. Nous avons identifié deux ET appartenant au type des Miniature Inverted Repeats Transposable Elements (MITEs), nommés SQUIRREL1 et SQUIRREL2, qui se mobilisent activement dans ces arbres, produisant une grande quantité dADNecc et causant même des variations somatiques. SQUIRREL1 et SQUIRREL2 sont également actifs dans les hêtres de la forêt de la Massane. De plus, dans tous ces arbres, plusieurs d’autres ET, principalement des MITEs, produisent une grande quantité dADNecc, bien que leur niveau d’activité semble varier en fonction des tissus, suggérant que l'activité des ET varie selon le stade de développement et indiquant une transposition dominée par les MITEs chez le hêtre. Parallèlement, nous avons étudié les TIPs dans une population de hêtres de la forêt de la Massane, une forêt ancienne classée au patrimoine mondial de l'UNESCO. En séquençant 150 arbres, nous avons cherché à comprendre comment les ET contribuent à la diversité génétique de l'ensemble de la population en détectant les TIPs générés par les Long Terminal Repeats rétrotransposons (LTR RT) et les MITEs en utilisant le séquençage WGS. Nous avons détecté environ 30 000 TIPs de LTR-RT chez chaque individu, contre 70 000 TIPs de MITEs. La plupart de ces TIPs restent à faible fréquence mais de nombreux MITE-TIPs restent localisés près de gènes fonctionnels et conservés au sein de la population. À partir des TIPs, nous avons identifié plusieurs points chauds de variation et des régions conservées le long du génome du hêtre permettant d’abordant la structuration du génome chez cette espèce. Pour conclure, notre étude met en lumière l’importance des ET dans la structuration du paysage génomique des arbres, en particulier dans la manière dont ces éléments contribuent à l’évolution des espèces à longue durée de vie. Les recherches futures pourraient étendre ces travaux à d’autres espèces d'arbres et explorer si les schémas observés se retrouvent dans d’autres espèces d’arbres
The adaptation of organisms to environmental changes has become a fundamental research question,particularly in the context of climate change. A key area of this research is to identify underlying genetic elements, such as transposable elements (TEs), contributing to this process. TEs are repetitive DNA sequences found across all eukaryotes, possessing the unique ability to move within the genome, a phenomenon known as active transposition. They can cause mutations by generating transposable element insertion polymorphisms (TIPs) between individuals, and even somatic insertions. Generally, TEs remain inactive by epigenetic mechanisms that limit their uncontrolled proliferation. However, they can be reactivated upon various environmental stimuli, making active transposition relatively rare. TE mobility can be detected using extrachromosomal circular DNA (eccDNA) as a marker of transposition. The transpositional landscape of TEs and their recent activity have been documented in model organisms but remain underexplored in perennial species such as trees. This study aims to investigate recent transpositional activity and ongoing mobility of TEs in non-model perennial species, using European beech (Fagus sylvatica) as our model. We sought to study recent TE activity and their continuous mobility byidentifying TE-induced variants within a population and in an individual (at the somatic scale) using whole-genome sequencing (WGS) and mobilome sequencing (eccDNA). We conducted WGS and mobilome sequencing of trees from the Verzy forest, known for its dwarf and tortuous beeches, also referred as "mutants." These trees exhibit unstable phenotypical traits, with some trees developing new normal branches. We identified two TEs belonging to the Miniature Inverted Repeat Transposable Elements (MITEs) type, named SQUIRREL1 and SQUIRREL2, which are actively mobilizing in these trees, producing large amounts of eccDNA and even causing somatic variations.SQUIRREL1 and SQUIRREL2 are also active in beech trees from the Massane forest. Furthermore, in all these trees, several other TEs,mainly MITEs, produce significant amounts of eccDNA, although their activity levels appear to vary depending on the tissues, suggesting that TE activity could be tissue-specific indicating MITE-dominated transposition in beech. Simultaneously, we investigated TIPs in a population of beech trees from the Massane forest, an ancient forest classified as a UNESCO World Heritage site. By sequencing 150 trees, we aimed to understand how TEs contribute to the genetic diversity of the entire population by detecting TIPs generated by Long Terminal Repeat retrotransposons (LTR-RTs) and MITEs using WGS. We detected approximately 30,000 LTR-RT TIPs in each individual, compared to 70,000 MITE TIPs. While most of these TIPs remain at low frequency, many MITE-TIPs are located near functional genes and more conserved within the population. Using these TIPs, we identified several hotspots of variation and conserved regions along the beech genome, providing insights into genome structure in this species. In conclusion, our study highlights the importance of TEs in shaping the genomic landscape of trees, particularly in understanding how these elements contribute to the evolution of long-lived species. Future research could expand this work to other tree species and explore whether the patterns observed in beeches are common in other types of trees

Le travail de cette these porte sur les sequences d'adn existant sous forme circulaire dans les embryons de drosophila melanogaster. Une banque d'adn genomique a ete criblee par une sonde constituee d'adn circulaires et une sonde adn genomique ce qui a permis de reveler que les familles majeures de sequences sont constituees de sequences repetees. En plus des familles deja connues, de nouvelles sequences ont pu etre identifiees. L'une d'entre elles, sc1, inconnue jusqu'alors, presente la particularite d'etre sur-representee dans les adn circulaires par rapport a sa representation dans le genome. Cette sequence est constituee de repetitions d'une unite de 11 pb dont la sequence consensus 5 actggtc ccgt 3 est riche en g+g (63%). Elle represente environ 0,06% du genome haploide et elle est localisee essentiellement dans l'heterochromatine pericentrometrique. Elle est organisee preferentiellement sous forme de grands blocs de 20 a 50 kb, qui sont associees a d'autres sequences hautement repetees. Quelques petits blocs de 2 a 15 kb peuvent etre detectes, associes principalement a des sequences repetees dispersees. L'une des hypotheses pour expliquer la sur-representation de sc1 dans la population suppose qu'elle soit capable de replication autonome extrachromosomique. Cependant par un test de replication in vitro, nous avons pu montrer que cette sequence n'avait pas d'activite origine de replication. Une seconde hypothese suppose que sc1 est particulierement sensible aux mecanismes de recombinaison. Nous avons tente de tester l'influence de sc1 sur la recombinaison meiotique mais nous n'avons pu obtenir le materiel biologique necessaire a ce test.