Dissertations / Theses on the topic 'Génétique d'association (GWAS)'

Les stress abiotiques, tels que la salinité excessive ou la carence en nutriments, qui entraînent souvent une perte de rendement importante, constituent des défis majeurs pour l'agriculture mondiale. Ces stress sont particulièrement préjudiciables dans les régions confrontées à la pauvreté, à l'insécurité alimentaire et à la pénurie d'eau. L'amélioration de la résilience des cultures à haute valeur économique et nutritionnelle comme la tomate (Solanum lycopersicum L.) aux stress abiotiques pourrait offrir des avantages significatifs, à la fois sur le plan économique et en termes de santé publique. L'objectif de cette thèse est d'identifier les composantes génétiques de la tolérance aux stress abiotiques chez la tomate et d'explorer le potentiel de la prédiction génomique pour améliorer cette tolérance. Dans le premier chapitre, nous avons examiné l'architecture génétique de la tolérance à la carence en azote. Nous avons utilisé une méthodologie complète qui intègre la cartographie des QTL en utilisant une population multiparentale, une étude d'association à l'échelle du génome (GWAS) en utilisant un panel de diversité, et une analyse RNA-seq pour identifier les gènes candidats liés à la réponse à la carence en azote. Les deux chapitres suivants sont consacrés à l'étude de la tolérance au stress salin. Nous avons tout d'abord étudié plusieurs traits associés à l'accumulation de sodium dans différents organes et stades de développement de la plante dans le panel de GWAS, ce qui nous a permis d'identifier des QTLs et un gène candidat clé impliqué dans le transport du sodium au sein de la plante. En outre, nous avons également étudié l'impact du stress salin sur le métabolome des racines, en caractérisant les métabolites régulés de manière différentielle par le stress salin et en identifiant des biomarqueurs de la tolérance à la salinité. Des QTL et des gènes candidats liés à ces métabolites cibles ont été identifiés. Dans les derniers chapitres, nous avons utilisé la GWAS et la prédiction génomique dans des analyses multi-environnementales à l'aide d'un panel de diversité cultivé dans plusieurs conditions environnementales. Nous avons identifié des QTL d'interaction - dont les effets alléliques varient en fonction des conditions environnementales - et comparé différentes méthodologies GWAS. Nous avons également évalué l'efficacité de différents modèles de prédiction génomique pour améliorer la tolérance aux stress abiotiques. Cette étude a permis d'identifier plusieurs gènes candidats qui nécessitent une validation expérimentale plus poussée afin d'élucider leurs rôles fonctionnels et leurs applications potentielles dans les programmes de sélection. Les résultats préliminaires des modèles de prédiction génomique soulignent l'utilité de l'utilisation de ces approches pour prédire la tolérance aux stress abiotiques
Abiotic stresses, such as excessive salinity or nutrient deficiency, which often result in substantial yield losses, constitute significant challenges to global agriculture. These stresses are particularly detrimental in regions facing poverty, food insecurity and water scarcity. Improving the resilience of crops of high economic and nutritional value such as tomato (Solanum lycopersicum L.) to abiotic stresses could offer significant benefits, both economically and in terms of public health. The aim of this thesis is to identify the genetic components of abiotic stress tolerance in tomato and to explore the potential of genomic prediction to improve these traits. In the first chapter, we looked at the genetic architecture of nitrogen deficiency tolerance. We used a comprehensive methodology that integrates QTL mapping with multiparental population, genome-wide association study (GWAS) using a diversity panel, and RNA-seq to identify candidate genes related to nitrogen metabolism. The next two chapters are devoted to the study of salt stress tolerance. We first studied several traits associated with sodium accumulation in various plant organs and developmental stages in a GWAS panel, which enabled us to identify QTLs and a key candidate gene involved in sodium transport within the plant. In addition, we have also studied the impact of salt stress on the root metabolome, characterising metabolites differentially regulated by salt stress and identifying biomarkers of salinity tolerance. QTLs and candidate genes linked to these target metabolites have been identified. In the following two chapters, we engaged GWAS and genomic prediction in multi-environmental analyses using a diversity panel grown under a range of environmental conditions. We have identified interaction QTLs - whose allelic effects vary according to environmental conditions - and compared different GWAS methodologies. Then we have evaluated the effectiveness of various genomic prediction models for improving tolerance to abiotic stress. Our results revealed several candidate genes that require further experimental validation to elucidate their functional roles and potential applicability in breeding programmes. Preliminary results from genomic prediction models highlight the interest of using these approaches to predict tolerance to abiotic stresses, although further validation in breeding populations is required

La maladie d'Alzheimer (MA) représente la principale cause de démence, et la perte des synapses est perçue comme l'un des éléments centraux dans la physiopathologie de cette maladie. Bien que le premier facteur de risque soit l'âge, la MA présente également une importante composante génétique, et les études d'association pangénomique (GWAS) ont permis de mettre en évidence 76 loci regroupant plusieurs centaines de gènes associés au risque de développer la maladie. Des analyses fonctionnelles post-GWAS sont désormais nécessaires pour préciser la fonction de ces gènes et identifier les mécanismes moléculaires expliquant leurs rôles dans la pathologie.Dans ce contexte, mes travaux ont consisté à mettre en place différentes approches in vitro permettant l'identification et la caractérisation des gènes et des variants impliqués dans la perte synaptique associée à la MA.En développant une nouvelle approche de criblage à haut-contenu, j'ai tout d'abord évalué l'effet de la sous-expression de chacun des facteurs de risque génétiques de la MA sur les synapses de neurones hippocampiques primaires. J'ai ainsi identifié plusieurs gènes impliqués dans la perte synaptique. De manière surprenante, l'un des gènes dont la sous-expression affectait le plus fortement la densité de synapses était le gène PLCG2, dont la fonction neuronale était jusqu'ici inconnue. Dans un second temps, j'ai donc cherché à caractériser de manière plus précise l'impact de l'inhibition de PLCG2 en mesurant l'activité électrique neuronale et les phénotypes classiquement associés à la MA, dans un modèle de neurones humains dérivés de cellules souches pluripotentes induites. Enfin, je me suis intéressée à un autre facteur de risque génétique impliqué dans la fonction synaptique, le gène FERMT2. Afin d'étudier le rôle fonctionnel du variant rs7143400 localisé dans la région 3' non traduite de ce gène, j'ai généré une lignée cellulaire porteuse du variant d'intérêt par CRISPR/Cas9, et évalué son impact sur la régulation de l'expression du gène, et sur le métabolisme du précurseur des peptides amyloïdes.Dans l'ensemble, ces travaux permettent de mieux comprendre comment certains déterminants génétiques influencent le développement de la MA, aidant ainsi à l'identification des mécanismes moléculaires précocement impliqués dans la survenue de cette pathologie
Alzheimer's disease (AD) is the prime cause of dementia, and synaptic loss is central to its pathophysiology. Although the most important risk factor is age, AD also has a significant genetic component, and genome-wide association studies (GWAS) have identified 76 loci encompassing hundreds of genes associated with the risk of developing the disease. Post-GWAS functional analyses are now needed to clarify the function of these genes and to identify underlying molecular mechanisms.In this context, I have developed different in vitro approaches to identify and characterize genes and variants involved in the AD-associated synaptic loss.First, I have developed a high content screening to assess the impact of each GWAS-identified AD genetic risk factor on synapse number in rat primary hippocampal neurons. I have identified several genes whose under-expression led to a significant modulation of synaptic density. Surprisingly, one of the best hits was PLCG2, whose neuronal function was unknown so far. Second, I have characterized the impact of PLCG2 gene silencing on neuronal electrical activity and AD-associated phenotypes in a model of induced pluripotent stem cells-derived neurons. Last, my work has focused on another AD genetic risk factor involved in synaptic function, the FERMT2 gene. In order to assess the functional role of the rs7143400 variant, located within FERMT2 gene 3'UTR, I have generated a cell line carrying this variant through CRISPR-Cas9 editing. This model has been used to evaluate the impact of the FERMT2 rs7143400 variant on gene expression and amyloid peptide precursor metabolism.Overall, this work helped to better understand how the PLCG2 and FERMT2 genetic risk factors influence the development of AD, giving further insights into the mechanisms involved the disease onset

Les techniques de séquençage haut-débit ont permis de révéler la complexité réelle du transcriptome, et ceci par l'identification de nouveaux ARN non-codants. Parmi eux, plus de 120000 longs ARN non-codants (lncRNA) ont été identifiés chez l'homme. Il s'agit d'ARN dépourvus de phase ouverte de lecture et dont la taille excède 200 nucléotides. Accomplissant une variété remarquable de fonctions biologiques, les lncRNA représentent dorénavant une nouvelle classe de régulateurs géniques. Néanmoins, les mécanismes d’action moléculaire de ces lncRNA restent encore largement énigmatiques. Ce projet se concentre sur les principes qui gouvernent l'activité d'un lncRNA appelé ANRIL identifié comme facteur de susceptibilité dans de nombreuses pathologies. Chez l'homme, le gène ANRIL est localisé dans le locus 9p21 qui contient également les gènes CDKN2A et CDKN2B. Ces derniers codent deux inhibiteurs de cyclines impliqués dans la régulation du cycle cellulaire. En liant le complexe PRC2 responsable de la déposition des marques H3K27me3, ANRIL facilite le recrutement de ce complexe au sein du locus 9p21 et par conséquent l'extinction transcriptionnelle des gènes CDKN2A et B. Cette activité d'ANRIL sur son propre locus est qualifiée d'activité -cis. De nombreuses données suggèrent qu'ANRIL est également capable de moduler l'expression de gènes localisés hors du locus 9p21. Cette activité est qualifiée de -trans. Notons que les études n'ont jusqu'alors jamais permis d'identifier à haute résolution ni de façon exhaustive ces régions génomiques. Elles n'ont jamais permis également de documenter les mécanismes mis en jeu par ANRIL pour lier de façon spécifique les loci dont il régule l'expression. Ce travail de thèse vise donc à raffiner l'activité trans d'ANRIL jusqu'ici décrite et ceci en identifiant les gènes contactés et modulés par ANRIL de façon directe. Par des expériences de ChIRP-seq, nous avons montré qu'au sein du génome de HEK293, ANRIL contacte 3227 régions principalement composées de résidus G et A. Le croisement de ces données avec des résultats d'analyse transcriptomique nous a permis de mettre en relation l'occupation génomique d'ANRIL avec les gènes dont l'expression dépend de sa présence. Nous avons pu identifier 189 gènes que nous avons qualifiés de cibles directes. Parmi ces cibles, 123 sont régulées négativement par ANRIL supposément via le recrutement du complexe PRC2. Par des approches in silico, nous avons montré qu'ANRIL contient des éléments répétés de types transposons. En particulier, l'exon 8 d'ANRIL est composé à hauteur de 70% par des éléments ERVL. Nous avons mis en évidence que ces éléments sont impliqués dans la liaison d'ANRIL à la chromatine. Nous montrons également que parmi les 123 cibles directes d'ANRIL, la régulation négative de 9 d'entre elles dépend de la présence de l'exon 8. Nos données suggèrent également que parmi ces 9 gènes, FIRRE et TPD52L1 sont contactés par une région de 42 nucléotides hébergée au sein de l'exon 8 et ceci par la formation vraisemblable de triplex ADN/ADN:ARN. Nous avons également initié l'identification des protéines liant ANRIL. Par des approches in vitro et in cellulo, nous avons identifié hnRNP K comme nouveau partenaire d'ANRIL. La caractérisation fonctionnelle d'hnRNP K suggère qu'elle serait impliquée dans les fonctions d'ANRIL sur le locus 9p21 mais également sur d'autres régions distales codant notamment des facteurs de la réaction inflammatoire. Nous avons aussi initié la recherche de nouveau biomarqueurs ADN et ARN pour certaines pathologies en utilisant la cohorte Stanislas. Les analyses préliminaires de GWAS ont permis de découvrir de nouveaux polymorphismes associés aux pathologies cardiovasculaires et métaboliques. En conclusion, nous pensons que les méthodes de biologie cellulaire, moléculaire et biochimique que nous avons combinées a permis d'apporter une vision plus claire du mode d'action d'ANRIL
The increased knowledge on long non-coding RNA (lncRNA ≥ 200-nts lacking obvious coding regions) and their involvement in global genome regulation push the lncRNA-disease interconnection to a promising and timely field of research. Due to flexible 2D structures and multiple protein binding sites, lncRNAs carry intrinsic features conferring a wide regulatory potential. Although lncRNAs are being extensively studied, the field is still suffering from a lack of knowledge on their structure/function relationships at the molecular and cellular levels. The team focuses on the characterization of the lncRNA named ANRIL (Antisense Non-coding RNA in the INK4 Locus). ANRIL is an ideal study model since it is associated to human diseases and is likely implicated in regulating the fine-tuning of gene expression via the recruitment of nucleoprotein complexes. Until now, ANRIL functions have only been superficially explored at the molecular level. ANRIL belongs to the 9p21 locus that is silenced by ANRIL via the recruitment of the polycomb repressor complex PRC1 and PRC2. Even though the trans-regulatory activity of ANRIL was demonstrated by previous studies, its molecular aspect needed to be refined. For instance, the coding and the non-coding genes contacted and regulated by ANRIL in a direct manner remained unknown. Also not documented were the mechanisms engaged by ANRIL to associate specifically with the genome. Our work tends to refine the so-called trans-activity by identifying the genes directly contacted and regulated by ANRIL. We identified genome-wide the chromatin occupancy of ANRIL in HEK293 by applying the ChIRP-seq approach and found that ANRIL associates with 3227 binding sites mostly composed by G/A residues. By crossing the ChIRP-seq with transcriptomic data from ANRIL knocked-down cells, we established a list of 189 genes corresponding to the primary trans-targets of ANRIL since they were both contacted and affected by the presence of ANRIL. Among them, 123 genes were found to be negatively regulated by ANRIL. In silico approaches highlighted the presence of multiple classes of transposable elements throughout ANRIL exons. In particular, 70% of the longest Exon8 was made up of ERVL element. We investigated its putative role in ANRIL's trans-activity. We showed that it is at least partially responsible for the association of ANRIL to the chromatin since deletion of Exon8 resulted in a severe reduction of ANRIL's genomic occupancy. By applying highly stringent criteria, we accurately identified 9 out of the 123 trans-target genes of ANRIL which expression specifically depends on Exon8. By further in silico, in cellulo and in vitro characterization, we showed that Exon8 contains a 42-nts sequence contributing in the recognition and subsequently in the silencing of the FIRRE and TPD52L1 genes. We brought evidences in favor of a recognition mode involving DNA/DNA:RNA triplex formation. Furthermore, we initiated the identification of ANRIL’s protein partners. By in vitro and in cellulo approaches, we identified hnRNP K as a novel partner of ANRIL. We evidenced a potential coregulatory role of ANRIL and hnRNP K on the 9p21 locus and other distal inflammatory loci. Finally, using the Stanislas Cohort, the identification of RNA and DNA biomarkers for the early diagnosis of cardiovascular and metabolic diseases has been initiated. GWAS data revealed novel associations of 9p21 locus SNPs with cardiovascular and metabolic diseases. We think that the conjugation of cellular, molecular and biochemical approaches we deployed in the study allowed to generate a clearer vision of ANRIL activity and its molecular links to diseases

Les consommateurs se plaignent de la qualité gustative des tomates depuis des décennies. Celle-ci est influencée principalement par les sucres, les acides et un ensemble de divers composés volatils. L’amélioration de la saveur de la tomate reste l’un des principaux défis à relever pour améliorer la qualité de la tomate et l’acceptabilité des consommateurs pour l’amélioration moderne des tomates. Le but principal de cette thèse était de disséquer le contrôle génétique de la saveur de la tomate en utilisant des SNP à haute densité et un ensemble divers de traits liés à la saveur, notamment les sucres, les acides, les acides aminés et les composés volatils. Dans la première partie, j'ai effectué plusieurs analyses basées sur l’exploration des haplotypes dans une collection d’accessions. Plusieurs approches ont été utilisées et comparées pour identifier les régions génomiques en cours de sélection. Les modèles bayésiens de génétique d’association basés sur les haplotypes et une partie des SNP ont identifié 108 associations significatives pour 26 caractères. Parmi ces associations, certains gènes candidats prometteurs ont été identifiés. Certains avantages de l’utilisation des haplotypes ont également été présentés. Dans la deuxième partie, j'ai réalisé une méta-analyse d'études d'association pangénomique à l'aide de trois panels d'associations de tomates. J'ai démontré l'efficacité de l'imputation des génotypes pour augmenter la couverture de SNP à l'échelle du génome. Des méta-analyses de modèles à effets fixes et à effets aléatoires (pour les SNP présentant une hétérogénéité I2 > 25) ont été effectuées afin de contrôler l'hétérogénéité croisée des études. Au total, 305 locus significatifs ont été identifiés, dont 211 nouveaux. Parmi ceux-ci, 24 locus ont présenté des cis-eQTL lors d'une précédente étude d'association à l'échelle du transcriptome de fruits. L'analyse d'enrichissement pour toutes les associations a montré que jusqu'à 10 processus biologiques étaient enrichis de manière significative et que tous étaient étroitement impliqués dans les métabolites liés aux arômes. Une liste de gènes candidats prometteurs a été fournie, qui pourraient présenter un grand intérêt pour la validation fonctionnelle. J'ai également démontré la possibilité d'augmenter de manière significative le contenu en composés volatils qui contribuent de manière positive aux préférences des consommateurs tout en réduisant les volatils désagréables, en sélectionnant les combinaisons d'allèles pertinentes. Globalement, cette thèse augmente les connaissances du contrôle génétique du goût de la tomate, ce qui devrait contribuer à son amélioration
Consumers have been complaining about tomato flavor for decades. Tomato taste is mainly influenced by sugars, acids and a diverse set of volatiles. Improving tomato flavor remains one of the main challenges for improving tomato sensory quality and consumer acceptability in modern tomato breeding. The main purpose of this thesis was to decipher the genetic and evolutionary control of tomato flavor by using high density SNPs and a diverse set of flavor-related metabolites, including sugars, acids, amino acids and volatiles. In the first part, I performed multiple haplotype-based analyses on a tomato core collection. Several approaches were used and compared to identify the genomic regions under selection. Haplotype and SNP-based Bayesian models identified 108 significant associations for 26 traits. Among these associations, some promising candidate genes were identified. I also compared marker local haplotype sharing (mLHS) with LD in determining the candidate regions. In addition, some general benefits of using haplotypes were also provided as general discussions. In the second part, I pioneered in introducing meta-analysis of genome-wide association studies using three tomato association panels. I demonstrated the efficiency of genotype imputation in increasing the genome-wide SNP coverage. Both fixed-effect and random-effect models (for those SNPs with heterogeneity I2 > 25) of meta-analysis were performed in order to control cross-study heterogeneity. A total of 305 significant loci were identified and 211 of which were new. Among them, 24 loci exhibited cis-eQTLs in a previous transcriptome-wide association study in fruit tissue. Enrichment analysis for all associations showed that up to 10 biological processes were significantly enriched and all of which were closely involved in flavor-related metabolites. A list of promising candidate genes was provided, which could be of great interest for functional validation. I also demonstrated the possibility to significantly increase the content of volatiles that positively contribute to consumer preferences while reducing unpleasant volatiles, by selection of the relevant allele combinations. Taken together, this thesis provides a comprehensive knowledge of the genetic control of tomato flavor, which will promote its improvement

Pour lutter contre les agents phytopathogènes, la sélection de plantes résistantes est la stratégie la plus rentable et la plus écologique. Les résistances quantitatives, basées sur des mécanismes de résistances complexes, sont connues pour être sujettes à l’érosion, en cas d’évolution de l’agressivité des agents pathogènes. L’objectif de ce travail basé sur le pathosystème peuplier – rouille du peuplier (Melampsora larici-populina) est d’évaluer le potentiel évolutif des caractères d’agressivité et morphologiques du parasite par des approches de génétique quantitative et d'identifier les bases génétiques par génétique d'association. Pour estimer la plasticité, l’héritabilité et les compromis évolutifs d’un ensemble de caractères quantitatifs, nous avons précisément mesuré leurs variations dans quatre populations contrastées du champignon. Nous avons montré que le volume des spores est un caractère héritable qui évolue rapidement. La quantité de mycélium in planta est aussi héritable mais très conservée car sous sélection stabilisante dans les populations étudiées. Le temps de latence, la taille des lésions et le taux de sporulation présentent une héritabilité faible, ce qui explique l’absence d’évolution observées au cours du temps pour ces trois caractères. Les caractères liés à la fonction de sporulation semblent être les plus plastiques le long d’un gradient de maturité foliaire. Cependant, l’absence de mise en évidence de compromis évolutifs ne nous a pas permis d’identifier des caractères d’agressivité qui seraient les meilleures cibles pour les résistances quantitatives chez le peuplier. Si aucune base génétique de ces caractères quantitatifs n’a été mise en évidence, nous avons localisé un locus d’avirulence potentiel (Avr7) sur lequel une caractérisation fonctionnelle est envisagée
To control plant pathogens, breeding resistant plants is the most cost-effective and ecological strategy. Quantitative resistances, which are based on complex plant mechanisms, are known to be exposed to erosion through an increase of pathogens aggressiveness. Through the study the poplar – poplar rust (Melampsora larici-populina) pathosystem, this work aims to estimate the evolutionary potential of aggressiveness and morphological traits using quantitative genetic approaches and to identify molecular bases through genome-wide association study. To estimate plasticity, heritability, and trade-offs for a set of quantitative traits, we precisely measured their variation in four contrasted pathogen populations. It appeared that spore volume is highly heritable and evolved rapidly. In planta mycelium quantity is also heritable but constant because of stabilizing selection occurring in the studied populations. Latent period, lesion size and sporulation rate exhibit low heritability, which explains the absence of evolution during the studied time period. Traits involved in the sporulating function seem to be the most plastic ones along a leaf maturity gradient. However, the lack of evidence of trade-offs did not allow us to identify aggressiveness traits that would be the best targets for the construction of durable resistance in poplar. No genetic underpinning has been found for quantitative traits, but we have identified a potential avirulence locus (Avr7), opening the way for its functional characterization

Le riz est l'une des céréales les plus importantes au monde. Au Vietnam, le riz est également considéré comme un produit agronomique clé pour l'exportation. Cependant, le stress dû à la sécheresse menace la production de riz de plus en plus fréquemment et sur de plus longues périodes. Les racines coronaires constituent une partie importante du système racinaire du riz et jouent un rôle crucial dans le maintien du rendement en cas de sécheresse. Le nombre de racines coronaires affecte la biomasse de racines et détermine la capacité de la plante à extraire les ressources du sol. Un QTL de NRC, qNCR11, localisé sur le chromosome 11, avait été détecté dans une étude d’association précédente utilisant un panel de riz vietnamiens. Dans notre étude, son effet sur le NCR, léger, a été validé par cartographie de QTL en utilisant une population biparentale . Afin de déterminer les gènes sous-jacents à qNCR11 et régissant l'initiation et le développement des racines coronaires, une étude de séquençage du génome entier et une étude d'expression ont été réalisées. Deux gènes candidats, NCR2 (NBS-LRR) et NCR3 (OsbHLH014) ont été identifiés. NCR2 portait un SNP non synonyme dans son ORF, provoquant un codon stop prématuré corrélé avec un NCR élevé; NCR3 était moins exprimé dans les bases de la tige des plantes à haplotype NCR élevé que chez les plantes à haplotype NCR faible. Des mutations dans ces gènes ont été obtenues à l'aide du système CRISPR / Cas9 et le phénotypage des lignées obtenues est en cours. Le QTL qNCR11 à effet mineur pourrait être utile aux sélectionneurs pour produire des variétés de riz avec un NCR augmenté ou diminué pour les différents écosystèmes-cibles, afin de favoriser l'extraction de l'eau dans des conditions de sécheresse
Rice is one of the most important cereals worldwide. In Vietnam, rice is also known as a key agronomic product for exportation. However, drought stresses threaten rice production with an increasing frequency and for longer periods. Crown roots are a major component of rice root system and play a crucial role in maintaining yield under drought. The number of crown roots (NCR) impacts on root biomass and determines the ability of a plant to acquire soil resources. qNCR11, a QTL for NCR located on chromosome 11, was detected in a previous genome-wide association study using a Vietnamese rice panel. qNCR11 was validated to have a slight effect on NCR by QTL mapping using a biparental population in this study. To determine the genes underlying qNCR11 and governing crown root initiation and development, whole genome sequencing and expression study were performed. Two candidate genes, NCR2 (NBS-LRR) and NCR3 (OsbHLH014) were identified. NCR2 carried a non-synonymous SNP inside its ORF, causing a premature stop-codon that correlates with the high NCR trait; NCR3 was less expressed in stem bases of the high NCR haplotype plants relative to the low NCR haplotype plants. Mutations in these genes were obtained using the CRISPR/Cas9 system and the phenotyping of the obtained lines is on-going. The minor-effect qNCR11 could be useful for breeders to generate rice varieties with increased or decreased NCR for different target agro-systems, in order to enhance water extraction under drought stress

Malgré les moyens importants de prévention et de lutte mis en place ces dernières années, le paludisme reste dévastateur avec près d’un demi-million de décès par an (405 000 en 2018, d'après le dernier rapport de l'OMS). Le rôle clé joué par les facteurs génétiques de l’hôte dans la susceptibilité et la sévérité de la maladie est admis aujourd'hui. Cependant, les bases moléculaires de la sensibilité/résistance au paludisme restent encore mal connues. Ces dix dernières années, les efforts de recherches pour l’identification de gènes impliqués dans la sensibilité au paludisme à P. falciparum se sont concentrés sur les formes graves de paludisme, avec plusieurs plusieurs études d’association sur l’ensemble du génome (Genome-Wide Association Study ou GWAS) publiées. Ce manuscrit porte sur l’extension de cette approche aux formes simples du paludisme, au travers de l’étude d’association génome entier de deux cohortes de nouveau-nés au Sud Bénin (au total 800 enfants), suivis pendant 18-24 mois par l’UMR261 (MERIT IRD/Université de Paris). Dans une première partie nous présentons les résultats de la première GWAS réalisée sur les formes simples de paludisme dans ces deux cohortes. L’association a été testée avec la récurrence des accès palustres et la récurrence de l’ensemble des infections (incluant les accès palustres et les infections asymptomatiques) en prenant en compte un risque environnemental estimé au niveau individuel. Elle met en évidence plusieurs signaux d’association forts, en lien avec des gènes dont la fonction biologique est pertinente pour le paludisme (notamment PTPRT, MYLK4, UROC1 et ACER3). La forte variabilité génétique présente au sein des populations africaines a nécessité de prendre en compte l’effet de confusion potentiel de la structure de population. Dans l’étude les formes simples de paludisme, une approche en deux étapes a été utilisée, le modèle de Cox mixte, utilisé pour l’analyse des données longitudinales, n’étant pas applicable à l’ensemble du génome du fait du temps de calcul nécessaire. Un modèle de Cox mixte a été appliqué pour construire un « effet individuel » ajusté sur les covariables, puis un modèle mixte linéaire pour tester l’association avec les polymorphismes du génome. Ceci nous a conduits à nous intéresser plus généralement aux modèles mixtes non-linéaires. Deux méthodes permettant l’estimation de l’effet des polymorphismes avec le modèle logistique mixte sont proposées, qui pourront être dans le futur généralisé à d’autres modèles, dont le modèle de Cox. Dans une dernière partie, le paludisme ayant constitué une des plus fortes pressions de sélection que l’homme ait connue dans son histoire récente, nous explorons la possibilité d’exploiter l’information de sélection naturelle pour augmenter la puissance de l’analyse, et améliorer la détection des signaux d’association. L’analyse des signaux de sélection positive récente sur l’ensemble du génome a été réalisée avec plusieurs méthodes basées sur les haplotypes longs ((iHS, nsL and XP-EHH). Celle-ci met en évidence plusieurs régions chromosomiques d’intérêt potentiel où les signaux d’association et de sélection co-localisent ; mais confirme également la difficulté à mettre en évidence les signaux de sélection liés au paludisme avec les outils disponibles actuellement
In spite of numerous prevention and control efforts in recent years, malaria remains a major global public health problem with nearly half a million deaths per year (405,000 in 2018). The key role played by genetic factors of the host in the susceptibility and severity of the disease is is admitted nowadays. However, the molecular basis of susceptibility / resistance to malaria has not been elucidated to date. Over the past decade, research efforts to identify genes involved in malaria susceptibility have focused on severe malaria, with several genome-wide association studies (GWAS) published. This manuscript concerns the extension of this approach to uncomplicated forms of malaria, through the genome wide association study of two birth cohorts in South Benin (800 children), followed for 18-24 months by UMR261 (MERIT IRD / University of Paris).In the first part, we present the results of the first GWAS performed on simple forms of malaria in these two cohorts. The association was tested with the recurrence of malaria attacks and the recurrence of all infections (including malaria attacks and asymptomatic infections) taking into account an environmental risk estimated at the individual level. It highlights several strong association signals, linked to genes whose biological function is relevant for malaria (in particular PTPRT, MYLK4, UROC1 and ACER3). The high genetic diversity within African populations has made it necessary to take into account the potential confounding effect of population structure. In this study we proceeded with a two-step strategy as the Cox mixed model, used for the analysis of longitudinal data, is not applicable to the whole genome due to computational burden. In a first step, an analysis was performed with a Cox mixed model to build an "individual effect" fitted on the covariates, then a linear mixed model were used to test the association with genome polymorphisms. This led us to focus more generally on non-linear mixed models. Two methods allowing the estimation of the effect of polymorphisms with the mixed logistic model are proposed, which may in the future be generalized to other models, including the Cox model.In a final part, malaria having been one of the strongest selection pressures that man has known in recent history, we explore the possibility of exploiting natural selection information to increase the power of analysis, and improve the detection of association signals. The analysis of recent positive selection signals were performed using several genome-scan methods focusing on patterns of long-range haplotype homozygosity (iHS, nsL and XP-EHH). This analysis revealed several chromosomic region of potential interest, where the signals of association and selection co-localized but confirms also the difficulty of highlighting the selection signals linked to malaria with tools currently available

Depuis la domestication du pommier, l’homme a progressivement sélectionné des variétés plus performantes, notamment pour la qualité du fruit, la productivité ou la résistance aux pathogènes. Les bases génétiques de ces caractères ont été explorées par cartographie en descendances F1 ne permettant d’explorer qu’une infime partie de la diversité génétique disponible.L’objectif de la thèse portait sur l’analyse des bases génétiques de caractères de qualité du fruit et de résistance du pommier à la tavelure et au feu bactérien dans des collections représentant une diversité plus large. Le génotypage de core collections de variétés anciennes s’est fait à l’aide de deux puces 8k et 480kSNPs ou grâce à du ré-séquençage de gènes. Des traces de différenciation génétique entre pommes à cidre et à couteau ont été identifiées et partiellement reliées à la voie des polyphénols. Après analyse de l’étendue du déséquilibre de liaison à large et fine échelle, une approche de génétique d’association a permis l’identification de régions génomiques associées à la variation de plusieurs caractères de qualité du fruit, dont le haut du groupe de liaison 16 rassemblant l’acidité (locus Ma), la fermeté, la jutosité et l’amertume (gène LAR). Pour la résistance au feu bactérien, une région contenant un homologue du gèneNPR1 (activateur de défenses) a été identifiée.Cette thèse a ainsi permis de préciser la localisation potentielle de QTLs identifiés préalablement par cartographie génétique et d’identifier de nouvelles ressources utiles dans de futurs programmes de sélection assistée par marqueurs
Since apple domestication, humans have progressively selected improved varieties, especially for traits linked with fruit quality, productivity or resistance to pathogens. The genetic bases underlying these traits have been explored thanks to genetic mapping in F1 segregating populations that only allows the study of a small part of the available genetic diversity. The aim of this work was to analyze the genetic bases of fruit quality and disease resistance against apple scab and fire blight, in collections of old apple varieties representing a much larger diversity. Genotyping of core collections was performed either with arrays of 8k and 480k SNPs or by resequencing of chosen genes. Signs of genetic differentiation were identified between cider and dessert apples and were partially linked to the polyphenols pathway. After studying linkage disequilibrium, both on a large and a small scale, an association genetics approach allowed the identification of genomic regions associated with the variation of several fruit quality traits. Especially, the top of linkage group 16 was found to be linked with acidity (locus Ma), firmness, juiciness and bitterness (LAR gene). Concerning the resistance of apple to fire blight, a region containing a homolog of the NPR1 gene (defense activator) was identified. This thesis allowed the refining of the putative localization of previously identified QTLs and the identification of new genetic resources that could be useful in future selection programs using marker assisted selection

Pour lutter contre les agents phytopathogènes, la sélection de plantes résistantes est la stratégie la plus rentable et la plus écologique. Les résistances quantitatives, basées sur des mécanismes de résistances complexes, sont connues pour être sujettes à l’érosion, en cas d’évolution de l’agressivité des agents pathogènes. L’objectif de ce travail basé sur le pathosystème peuplier – rouille du peuplier (Melampsora larici-populina) est d’évaluer le potentiel évolutif des caractères d’agressivité et morphologiques du parasite par des approches de génétique quantitative et d'identifier les bases génétiques par génétique d'association. Pour estimer la plasticité, l’héritabilité et les compromis évolutifs d’un ensemble de caractères quantitatifs, nous avons précisément mesuré leurs variations dans quatre populations contrastées du champignon. Nous avons montré que le volume des spores est un caractère héritable qui évolue rapidement. La quantité de mycélium in planta est aussi héritable mais très conservée car sous sélection stabilisante dans les populations étudiées. Le temps de latence, la taille des lésions et le taux de sporulation présentent une héritabilité faible, ce qui explique l’absence d’évolution observées au cours du temps pour ces trois caractères. Les caractères liés à la fonction de sporulation semblent être les plus plastiques le long d’un gradient de maturité foliaire. Cependant, l’absence de mise en évidence de compromis évolutifs ne nous a pas permis d’identifier des caractères d’agressivité qui seraient les meilleures cibles pour les résistances quantitatives chez le peuplier. Si aucune base génétique de ces caractères quantitatifs n’a été mise en évidence, nous avons localisé un locus d’avirulence potentiel (Avr7) sur lequel une caractérisation fonctionnelle est envisagée
To control plant pathogens, breeding resistant plants is the most cost-effective and ecological strategy. Quantitative resistances, which are based on complex plant mechanisms, are known to be exposed to erosion through an increase of pathogens aggressiveness. Through the study the poplar – poplar rust (Melampsora larici-populina) pathosystem, this work aims to estimate the evolutionary potential of aggressiveness and morphological traits using quantitative genetic approaches and to identify molecular bases through genome-wide association study. To estimate plasticity, heritability, and trade-offs for a set of quantitative traits, we precisely measured their variation in four contrasted pathogen populations. It appeared that spore volume is highly heritable and evolved rapidly. In planta mycelium quantity is also heritable but constant because of stabilizing selection occurring in the studied populations. Latent period, lesion size and sporulation rate exhibit low heritability, which explains the absence of evolution during the studied time period. Traits involved in the sporulating function seem to be the most plastic ones along a leaf maturity gradient. However, the lack of evidence of trade-offs did not allow us to identify aggressiveness traits that would be the best targets for the construction of durable resistance in poplar. No genetic underpinning has been found for quantitative traits, but we have identified a potential avirulence locus (Avr7), opening the way for its functional characterization

L'essor des marqueurs moléculaires (SNPs) a révolutionné les méthodes de génétique quantitative en permettant l'identification de régions impliquées dans le déterminisme génétique des caractères (QTLs) via la génétique d'association (GWAS), ou encore la prédiction des performances d'individus sur la base de leur information génomique (GS). La stratification des populations en groupes génétiques est courante en sélection animale et végétale. Cette structure peut impacter les méthodes de GWAS et de GS via des différences de fréquence et d'effets des allèles des QTL, ainsi que par des différences de déséquilibre de liaison (LD) entre SNP et QTL selon les groupes.Pendant cette thèse, deux panels de diversité de maïs ont été utilisés, présentant des niveaux différents de structuration: le panel “Amaizing Dent” représentant les lignées dentées utilisées en Europe et le panel “Flint-Dent” incluant des lignées dentées, cornées européennes, ainsi que des lignées admixées entre ces deux groupes.En GS, l'impact de la structure génétique sur la qualité des prédictions a été évalué au sein du premier panel pour des caractères de productivité et de phénologie. Cette étude a mis en évidence l'intérêt d'une population d'entraînement (TS) dont la constitution en matière de groupes génétiques est similaire à celle de la population à prédire. Assembler les différents groupes au sein d'un TS multi-groupe apparaît comme une solution efficace pour prédire un large spectre de diversité génétique. Des indicateurs a priori de la précision des prédictions génomiques, basés sur le coefficient de détermination, ont également été évalués, mettant en évidence une efficacité variable selon le groupe et le caractère étudié.Une nouvelle méthodologie GWAS a ensuite été développée pour étudier l'hétérogénéité des effets capturés par les SNPs selon les groupes. L'intégration des individus admixés à l'analyse permet de séparer les effets des facteurs responsables de l'hétérogénéité des effets alléliques: différence génomique locale (liée au LD ou à une mutation spécifique d'un groupe) ou interactions épistatiques entre le QTL et le fonds génétique. Cette méthodologie a été appliquée au panel “Flint-Dent” pour la précocité de floraison. Des QTL ont été détéctés comme présentant des effets groupe-spécifiques interagissant ou non avec le fonds génétique. De nombreux QTL présentant un profil original ont pu être mis en évidence, incluant des locus connus tels que Vgt1, Vgt2 ou Vgt3. Une importante épistasie directionnelle a aussi été mise en évidence grâce aux individus admixés, confortant l'existence d'interactions épistatiques avec le fonds génétique pour ce caractère.Sachant l'existence de cette hétérogénéité d’effets alléliques, nous avons développé deux modèles de prédictions génomiques nommées Multi-group Admixed GBLUP (MAGBLUP). Ceux-ci modélisent des effets groupe-spécifiques aux QTLs et sont adaptés à la prédiction d'individus admixés. Le premier permet d'identifier la variance génétique additionnelle créée par l'admixture (variance de ségrégation), alors que le second permet d'évaluer le degré de conservation des effets alléliques entre groupes. Ces deux modèles ont montré un intérêt certain par rapport à des modèles standards pour prédire des caractères simulés, mais plus limité sur des caractères réels.Enfin, l'intérêt des individus admixés dans la constitution de TS multi-groupes a été évalué à l'aide du second panel. Si leur intérêt a clairement été mis en évidence pour des caractères simulés, des résultats plus variables ont été observés avec les caractères réels, pouvant s'expliquer par la présence d'interactions avec le fonds génétique.Les nouvelles méthodes et l'utilisation d'individus admixés ouvrent des pistes de recherches intéressantes pour les études de génétique quantitative en population structurée
The advent of molecular markers (SNPs) has revolutionized quantitative genetics methods by enabling the identification of regions involved in the genetic determinism of traits (QTLs) thanks to association studies (GWAS), or the prediction of the performance of individuals using genomic information (GS). The stratification of populations into genetic groups is common in animal and plant breeding. This structure can impact GWAS and GS methods through group differences in QTL allele frequencies and effects, as well as in linkage disequilibrium (LD) between SNP and QTL.During this thesis, two maize diversity panels were used, presenting different levels of structuration: the "Amaizing Dent" panel representing the diversity of dent lines used in Europe and the "Flint-Dent" panel including dent, flint and admixed lines between these two groups.In GS, the impact of genetic structure on genomic prediction accuracy was evaluated in the first panel for productivity and phenology traits. This study highlighted the interest of a training population (TS) whose constitution in terms of genetic groups is similar to that of the population to be predicted. Assembling the different groups within a multi-group TS appears as an effective solution to predict a broad spectrum of genetic diversity. A priori indicators of genomic prediction accuracy, based on the coefficient of determination, were also evaluated and highlighted a variable efficiency depending on the group and the trait.A new GWAS methodology was then developed to study the heterogeneity of the allele effects captured by SNPs depending on the group. The integration of admixed individuals to such analyses allows to disentangle the factors causing the heterogeneity of allele effects across groups: local genomic difference (related to LD or group-specific mutation) or epistatic interactions between the QTL and the genetic background. This methodology was applied to the "Flint-Dent" panel for flowering time. QTLs have been detected as presenting group-specific effects interacting or not with the genetic background. QTLs with an original profile have been highlighted, including known loci such as Vgt1, Vgt2 or Vgt3. Significant directional epistasis has also been demonstrated using admixed individuals and supported the existence of epistatic interactions with the genetic background for this trait.Based on the existence of such heterogeneity of allele effects, we have developed two genomic prediction models named Multi-group Admixed GBLUP (MAGBLUP). Both model group-specific QTL effects and are suited to the prediction of admixed individuals. The first allows the identification the additional genetic variance created by the admixture (segregation variance), while the second allows the evaluations of the degree of conservation of SNP allele effects across groups. These two models showed a certain interest compared to standard models to predict simulated traits, but it was more limited on real traits.Finally, the interest of admixed individuals in multi-group TS was evaluated using the second panel. Although their interest has been clearly demonstrated for simulated traits, more variable results have been observed with the real traits, which can be explained by the presence of interactions with the genetic background.The new methods and the use of admixed individuals open interesting lines of research for quantitative genetics studies in structured population

La lèpre, maladie infectieuse chronique causée par Mycobacterium leprae, affecte principalement la peau, les nerfs et les yeux avec des séquelles majeures en l’absence de traitement. Avec 200 000 nouveaux cas diagnostiqués chaque année (1 toutes les 2 minutes), il s’agit de la mycobactériose la plus commune après la tuberculose et requalifiée « maladie tropicale négligée » en 2017 par l’Organisation Mondiale de la Santé (OMS). Si la contribution génétique de l’hôte dans l’histoire naturelle de la maladie est maintenant bien établie, son architecture reste lacunaire. Dans cette continuité et afin de la préciser, nous avons, pour la première fois, utilisé une approche de génétique épidémiologique familiale. Plus précisément, nous avons réalisé la première étude d’association pangénomique (Genome-Wide Association Study, GWAS) familiale sur la lèpre. Ainsi, au cours des 20 dernières années, un échantillon de 481 familles nucléaires, parents et enfants, sélectionnées à partir d’un enfant atteint, a été constitué au Vietnam. Sur cet échantillon primaire de 1749 individus incluant 622 enfants atteints, nous avons testé l’association de près de 6 millions de variants bi-alléliques (Single Nucleotide Polymorphism, SNP), génotypés ou imputés, avec la lèpre. Dans un second temps, nous avons testé les signaux les plus prometteurs dans un échantillon de réplication, c’est-à-dire, indépendant et issu de la même population, constitué de 1 181 cas et 668 contrôles. Les résultats les plus significatifs ont été observés au sein de la région HLA et l’analyse multivariée a permis d’identifier trois signaux indépendants. Deux dans la région HLA classe I : rs1265048 [Odds-ratio (OR) = 0,69 ; p-val = 5,5.10⁻¹¹] et rs114598080 [OR = 1,47 ; p-val = 8,8.10⁻¹³] ; Et un dans la région HLA classe II : rs3187964 [OR = 1,67 ; p-val = 8,4.10⁻¹⁶]. Nous avons également identifié deux signaux hors HLA : un variant faux-sens dans le gène LACC1 (rs3764147 : OR = 1,52 ; p-val = 5,1.10⁻¹⁴), et un variant à proximité du gène IL12B (rs6871626 : OR = 0,73 ; p-val = 6.4.10⁻⁸). Les contraintes de coûts des études pangénomiques imposent une réduction majeure du nombre de SNPs à tester dans d’autres échantillons. Dans les études familiales, les parents sont de fait génotypés et pourraient permettre une réplication immédiate sans coûts ajoutés. Au moyen d’une large étude de simulation, nous avons montré que cette approche était pertinente. Une étude cas-contrôle chez les parents de l’échantillon primaire est une réplication valide, statistiquement indépendante de l’étude d’association familiale. C’est un argument fort en faveur des approches familiales pour l’exploration pangénomique de la contribution génétique de l’hôte dans les phénotypes complexes. La compréhension de la physiopathologie de l'infection à M. leprae est cruciale pour optimiser les approches préventives selon les profils génétiques à plus haut risque, et ouvrir de nouvelles pistes thérapeutiques en précisant les cascades fonctionnelles pertinentes. En ce sens, la dissection du contrôle génétique de l'infection par l'hôte est indispensable. Enfin, remettre la famille au cœur de la quête génétique, c’est remettre la génétique dans son milieu naturel
Leprosy is a chronic infectious disease caused by Mycobacterium leprae. It primarily affects the skin and peripheral nerves, and can cause an irreversible impairment of nerve function, often leading to severe disabilities and social stigma if left untreated. The disease, re-qualified by WHO (World Health Organization) as a “Neglected Tropical Disease” in 2017, remains a major public health problem in regions of endemic countries, with over 200,000 new cases per year (one every two minutes). It is ranked second as the most common mycobacterial infectious disease, right after tuberculosis. While it has been well established that there is a genetic contribution to this disease, the underlying genetic causes remains unknown. In our study, we sought to reveal the host´s genetic architecture of leprosy by taking of a familial epidemiological approach. We conducted the first Family-Based Genome-Wide Association Study (GWAS) of leprosy in 481 Vietnamese nuclear families (parents and children) selected based on one affected child and collected over the past 20 years. Using this sample of 1,749 individuals, including 622 affected offspring, we performed association tests between six million biallelic genetic variants (Single-Nucleotide Polymorphism, genotyped or imputed) and the binary phenotype of disease status. Following this first analysis, we conducted a replication analysis of the most promising results in an independent sample of the same ethnic origin, accounting for 1,181 cases and 668 controls. The most significant results were observed within the HLA (Human Leukocyte Antigen) region, in which 3 independent SNPs displayed genome-wide significant associations. Among these, two were for the HLA class I region and one for the HLA class II (rs1265048 [OR = 0.69; p-value = 5.5x10⁻¹¹], rs114598080 [OR = 1.47; p-value = 8.8x10⁻¹³] and rs3187964 [OR = 1.67; p-value = 8.4x10⁻¹⁶] respectively). We also identified a missense variant in the LACC1 gene (rs3764147: OR = 1.52; p-value = 5.1x10⁻¹⁴) and an intergenic variant located close to the IL12B gene (rs6871626: OR = 0.73; p-value = 6.4x10⁻⁸). LACC1 encodes a central regulator of the metabolic function and bioenergetic state of macrophages and IL12B encodes IL-12p40, which is common to two interleukins, IL-12 and IL-23. Large GWAS are expensive, strongly limiting the number of variants to test in a replication set. Here, we took advantage of the available parental phenotypic and genotypic information to perform a classical case-control study among the parents of the family-based sample. Indeed, using of extensive computer simulations, we demonstrated that this population-based parental study is a valid, powerful and costless replication strategy to confirm family-based associations. Overall, our observations add to the attractiveness of family-based designs and should provide valuable help for investigators planning to perform GWA studies. Understanding leprosy pathophysiology infection is crucial to optimize preventive approaches based on genetic profiles. Dissection of the genetic control of the infection by M. leprae by its human host, therefore, constitutes an indispensable step. Finally, repositioning the family at the heart of the genetic quest means repositioning genetics into its natural environment

Les variétés traditionnelles sont génétiquement hétérogènes et constituent une source de diversité contribuant à la productivité et à la stabilité des agroécosystèmes. En effet, la diversité végétale fournit des services écosystémiques, dont la réduction globale des pressions parasitaires. Pour une meilleure gestion des maladies, la compréhension des mécanismes d’interaction plante-pathogène est primordiale. Dans cette optique, j’ai étudié l’adaptation entre variétés traditionnelles tunisiennes de blé dur et populations fongiques de Zymoseptoria tritici responsable de la septoriose. Dans un premier temps, le génotypage de 14 variétés traditionnelles dites «populations», à l'aide de 9 microsatellites, a montré que la diversité génétique était aussi importante au sein des populations (45%) qu'entre les populations (54%). Cette diversité est structurée en sept groupes génétiques qui s'expliquent en partie par la combinaison « nom de variété » x « localité ». La caractérisation de 15 traits phénotypiques, dont la résistance à la septoriose, a révélé que ces populations étaient également diversifiées phénotypiquement. La résistance à la septoriose est de nature qualitative (résistance majeure) dans deux populations mais plus généralement de nature quantitative dans les autres populations. Une comparaison Pst-Fst a démontré une adaptation locale des variétés traditionnelles, soulignant des trajectoires de sélection intimement liées au territoire et pratiques des agriculteurs les cultivant. Parallèlement, un génotypage SNP à haute densité (puce TaBW35K) d’un panel de 127 individus provenant de quatre populations portant le même nom de variété ‘Mahmoudi’ a mis en évidence deux groupes génétiques partagés par les quatre populations. Ce panel d’individus a été phénotypé au champ et en conditions contrôlées pour sa résistance à une souche tunisienne de Z. tritici, ce qui a permis de conduire une analyse GWAS. Cette analyse a mis en évidence 6 loci associés à la résistance contre la septoriose sur les chromosomes 1B, 4A, 5B et 7A, dont un locus sur le chromosome 1B associé à une résistance majeure de type qualitative. La fréquence des allèles favorables à la résistance oscille entre 6 et 46% dans le panel et est variable d’une population à une autre. Côté agent pathogène, quatre populations de Z. tritici collectées sur le cultivar moderne majoritaire en Tunisie ‘Karim’ et une population collectée sur une des variétés traditionnelles ‘Mahmoudi’ ont été génotypées à l'aide de 12 microsatellites. La faible différenciation génétique entre ces populations fongiques suggère l’existence de flux de gènes importants entre localités. La population collectée sur ‘Mahmoudi’ est apparue comme étant moins diversifiée et ayant une fraction clonale plus importante que les populations collectées sur ‘Karim’, suggérant un effet significatif de l’hôte sur la diversité de Z. tritici. Des tests d'inoculations croisées ont révélé une agressivité supérieure des isolats collectés sur ‘Mahmoudi’ sur les lignées de la variété ‘Mahmoudi’ que des isolats collectés sur le cultivar ‘Karim’, interprétée comme une adaptation locale des populations pathogènes à leur hôte sympatrique. Cette adaptation a été particulièrement marquée par la période de latence des isolats, soulignant à nouveau l’importance de la résistance quantitative dans les processus adaptatifs mis en évidence. Les variétés traditionnelles tunisiennes de blé dur sont des cas concrets de populations hôtes hétérogènes limitant efficacement les épidémies de l’agent pathogène responsable de la septoriose. Les résultats obtenus suggèrent que la combinaison de gènes de résistance, principalement à effet quantitatif et occasionnellement à effet majeur, à des fréquences variables d’une variété à une autre, est la clé de la robustesse sanitaire de ces variétés. Les enseignements acquis au cours de cette étude pourront être mobilisés pour améliorer la gestion de la diversité cultivée dans d’autres environnements
Traditional varieties are heterogeneous and constitute a source of diversity, which contributes to the productivity and the stability of agroecosystems. Indeed, plant diversity provides services to a given ecosystem, including reducing disease pressure. Understanding the mechanisms underlying plant-pathogen interactions is fundamental to improve disease management. With this in mind, I studied the adaptation between traditional Tunisian durum wheat varieties and populations of Zymoseptoria tritici, the fungus responsible for Septoria Tritici Blotch (STB). Firstly, genotyping 14 traditional varieties, considered as populations, using 9 SSR, showed that genetic diversity is equally important within a population (45%) as it is between populations (54%). This diversity is structured in seven genetic groups that can be explained in part by the nested effect of the « variety name » and the « location ». 15 phenotypic traits, including resistance to STB, were characterized and showed that the populations were also phenotypically diverse. Resistance to STB is qualitative (major resistance) for two of the populations, but generally more quantitative for the other populations. A Pst-Fst comparison demonstrated a local adaptation of traditional varieties, underlining selection trajectories that are closely linked to the territory and the agricultural practices in place. Meanwhile, a high density SNP genotyping (TaBW35K array) of a panel of 127 individuals hailing from four populations all carrying the same variety name ‘Mahmoudi’ brought to light two genetic groups shared by the four populations. This panel of individuals was phenotyped for resistance to a Tunisian Z. tritici strain in a field trial and in controlled conditions. The resulting data was used in a GWAS analysis. This analysis led to the detection of 6 loci associated to STB resistance on chromosomes 1B, 4A, 5B and 7A, including a locus on chromosome 1B associated to a qualitative major resistance. The frequency of the resistant alleles oscillates between 6 and 46% and is variable between populations. On the fungus side, four populations of Z. tritici collected on modern cultivar ‘Karim’ widely cultivated in Tunisia and one population collected on traditional variety ‘Mahmoudi’ were genotyped using 12 SSR. A low level of genetic differentiation was identified between these fungal populations suggesting a significant gene flow between locations. The population collected on ‘Mahmoudi’ was less diversified and had a higher clonal fraction than the populations collected on ‘Karim’. This points towards host-effect on Z. tritici diversity. Cross-inoculation tests highlighted a higher aggressiveness of isolates collected on ‘Mahmoudi’ to ‘Mahmoudi’ lines than that of isolates collected on ‘Karim’, interpreted as a local adaptation of pathogen populations to their sympatric host. This adaptation was especially pronounced for the latency period of isolates, once again underlining the importance of quantitative resistance in the adaptive processes evidenced here. Traditional Tunisian durum wheat varieties are practical cases of heterogeneous host populations effectively limiting STB epidemics. Our results suggest that a combination of resistance genes, mainly quantitative and occasionally with a major effect, with variable frequencies from one variety to another, is key to the sanitary success of these varieties. Findings from this study can be utilized to improve our management of crop diversity in other environments

Plus de 170 millions d'individus sont infectés par le VHC dans le monde et 37 millions par le VIH. La coinfection VIH/VHC est fréquente et représente un élément clé de la prise en charge des patients infectés par le VIH. Depuis l'arrivée des HAART, les maladies du foie sont devenues la cause principale de mortalité chez les patients coinfectés VIH/VHC. L'évolution naturelle et le pronostic de l'hépatite C sont plus sévères en cas de coinfection par le VIH du fait d'une fibrose accélérée et d'une évolution rapide vers la cirrhose et ses complications. Certains facteurs accélérant la fibrose hépatique sont clairs aujourd'hui comme: l'absence de recours au traitement anti-VHC, la réplication active du VHC et la consommation excessive d'alcool. De plus, il existe de plus en plus de preuves que les variants génétiques contribuent à la fibrose hépatique chez les patients monoinfectés par le VHC, mais cet aspect a été peu étudié dans la coinfection VIH/VHC.Durant ma thèse, j'ai eu accès aux données d'un échantillon de 494 patients coinfectés génotypés issu de la cohorte ANRS CO13 HEPAVIH. L'histoire naturelle du VIH et du VHC y est renseignée de manière très détaillée et le suivi clinique des patients permet d'avoir des informations précises sur l'état de fibrose hépatique. J'ai pu alors réaliser deux études d'association « génome-entier » pour identifier des polymorphismes associés à la sévérité de la fibrose à l'aide de données complètes de 292 patients. La première étude a mis en évidence une association entre la quantification de l'élasticité hépatique par Fibroscan® et un locus, également répliqué dans la monoinfection par le VHC. Cette association a permis d'identifier deux gènes impliqués dans des mécanismes de maintien de structure et de signalisation cellulaire (CAV3) mais aussi dans la réplication du VHC (RAD18). La seconde étude a identifié deux associations significatives en comparant deux groupes de scores METAVIR (F0F1F2 vs F3F4), en particulier dans le gène CTNND2 qui est impliqué dans un réseau d'interaction associé à des mécanismes moléculaires lié à des maladies hépatiques.Ces deux études sont en cours de publication dans des revues scientifiques internationales à comité de lecture. Ces nouvelles perspectives dans la compréhension des mécanismes de fibrose dans le contexte de la coinfection VIH/VHC pourraient aider à l'identification de nouvelles cibles pour la création de médicaments ou de tests diagnostiques afin d'améliorer les soins des patients
Over 170 million people worldwide are infected by HCV and 37 million by HIV. Both viruses share the same modes of transmission, and HIV/HCV coinfection is common and represents a key element in the management of patients infected with HIV. Since the appearance of HAART, liver diseases have become the leading cause of death in HIV/HCV coinfected patients. The natural history and prognosis of hepatitis C are more severe in case of coinfection with HIV due to accelerated rate of fibrosis progression and rapid progression to cirrhosis and its complications. Factors accelerating liver fibrosis are known today such as the lack of recourse to anti-HCV treatment, active HCV replication and excessive alcohol consumption. There is increasing evidence that genetic variants contribute to liver fibrosis in HCV monoinfection, but this aspect has been little studied in HIV/HCV coinfection.I have exploited the genotype information from 494 coinfected patients from the cohort ANRS CO13 HEPAVIH. These patients are very-well documented regarding the history of their HIV/HCV infection and are very carefully followed-up, especially regarding the status of liver fibrosis. I have performed two genome-wide association studies to identify polymorphisms associated with the severity of fibrosis from complete data of 292 patients. The first study has dealt with the quantification of liver stiffness by Fibroscan® and an association with the 3p25 region has been identified, also replicated in monoinfection HCV. Two genes involved in cell signaling and structure of holding mechanisms (CAV3) but also in HCV replication (RAD18) appear as good candidates. The second study has unraveled two significant associations by comparing the METAVIR score group (F0F1F2 vs F3F4), especially in the CTNND2 gene implicated in a network of interactions with molecular mechanisms involved in liver diseases.These results are under publications in peer-review international scientific journals. These new insights into the molecular mechanisms of liver fibrosis in patients with HIV/HCV co- infection may help to define new targets for drug development or new diagnostic tests, to improve patient care

Le prolapsus de la valve mitrale (MVP) est une valvulopathie fréquente qui touche près de 1 personne sur 40 dans la population générale. Il s'agit de la première indication de réparation et / ou de remplacement de la valve. De nombreux gènes comme FLNA, DCHS1 pour les formes familiales et TNS1 et LMCD1 pour les formes sporadiques ont récemment été décrit comme associés au MVP. Cependant, les défauts génétiques touchant ces gènes n'expliquent pas tous les cas du MVP. De plus, les mécanismes biologiques expliquant la susceptibilité génétique au MVP, notamment pour les formes sporadiques les plus fréquentes restent mal compris. Dans cette thèse, mon objectif était 1) de caractériser globalement les mécanismes biologiques impliqués dans le risque génétique du MVP dans le contexte des études d'association pangénomique (GWAS), et 2) d'améliorer la résolution du génotypage par l'imputation génétique et par l'addition d'une nouvelle étude cas témoins, (UKBioBank) afin de permettre la découverte de nouveaux loci de prédisposition. Dans la première partie, j'ai appliqué des outils d'enrichissement de voies biologiques ou sets de gènes (i-GSEA4GWAS, DEPICT) aux données GWAS. J'ai pu montrer que les gènes présents autour des loci GWAS sont impliqués dans l'organisation des filaments d'actine, l'organisation du cytosquelette et le développement cardiaque. Nous avons également décrits de nombreux régulateurs de la transcription impliqués le développement, la prolifération cellulaire et la migration, comme le gène GLIS1 qui joue un rôle dans les transitions morphologiques cellulaires (EndoMT, MET). Afin de confirmer le rôle de GLIS1 dans l'association avec le MVP, j'ai réalisé une analyse génétique dans UKBiobank et, en combinaison avec les données françaises, l'association a atteint le seuil de significativité génomique. Des expériences d'immunohistochimie ont indiqué que Glis1, la protéine orthologue de la souris est exprimée au cours du développement embryonnaire principalement dans les noyaux des cellules endothéliales et interstitielles des valves mitrales. D'autre part, l'inactivation de Glis1 à l'aide d'oligonucléotides de type Morpholinos ont été l'origine d'une régurgitation atrio-ventriculaire chez le poisson zèbre. Dans la deuxième partie, j'ai généré des données de génotypage plus dense à l'aide d'une imputation basée sur Haplotype Reference Consortium (HRC) et TOPMed. J'ai d'abord comparé la précision d'imputation entre les données utilisant les différents panels et constaté qu'aucun panel n'atteignait une précision optimale pour les variants rares (MAF <0,01) dans nos échantillons. La précision d'imputation s'améliorait pour les variants fréquents (MAF> 0,05), en particulier pour les cohortes dont le génotypage étaient réalisé avec des puces identiques. J'ai pu ainsi cartographier avec plus de précision les loci déjà confirmés (ex. Chr 2 autour de TNS1). J'ai également identifié 6 nouveaux loci associés au MVP prometteurs. Les nouveaux variants associés sont tous fréquents. L'annotation fonctionnelle fine à l'aide de données publiques a indiqué leurs rôles potentiels dans la régulation transcriptionnelle de plusieurs gènes candidats (ex. PDGFD et ACTN4). En résumé, mes travaux de thèse ont apporté des résultats génétiques originaux mettant en lumière de nouveaux mécanismes biologiques en rapport avec la biologie et le développement de la valve. Ces travaux ont fait appel à de nombreuses stratégies génétiques d'association et d'enrichissement, d'imputation haute densité et d'annotations fonctionnelles. Mes travaux ont également été renforcés par des validations dans des modèles animaux en collaboration. Il sera nécessaire toutefois de confirmer par réplication, et potentiellement par des expériences biologiques, les résultats nouveaux issus des travaux d'imputation haute densité afin de déclarer ces nouveaux gènes de prédispositions au MVP
Mitral valve prolapse (MVP) is a common heart valve disease affecting nearly 1 in 40 individuals in the general population. It is the first indication for valve repair and/or replacement and moreover, a risk factor for mitral regurgitation, an established cause of endocarditis and sudden death. MVP is characterized by excess extracellular matrix secretion and cellular disorganization which leads to bulky valves that are unable to coapt correctly during ventricular systole. Even though several genes including FLNA, DCHS1 TNS1, and LMCD1 were reported to be associated with MVP, these explain partially its heritability. However, understanding the biological mechanisms underlying the genetic susceptibility to MVP is necessary to characterize its triggering mechanisms. In this thesis, I aimed 1) to characterize globally the biological mechanisms involved in the genetic risk for MVP in the context of genome-wide association studies (GWAS), and 2) improve the genotyping resolution using genetic imputation, which allowed the discovery of additional risk genes for MVP. In the first part of my study, I applied pathway enrichment tools (i-GSEA4GWAS, DEPICT) to the GWAS data. I was able to show that genes at risk loci are involved in biological functions relevant to actin filament organization, cytoskeleton biology, and cardiac development. The enrichment for positive regulation of transcription, cell proliferation, and migration motivated the follow-up of GLIS1, a transcription factor that regulates Hedgehog signalling. I followed up the association with MVP in a dataset of cases and controls from the UK Biobank and, in combination with previously available data, I found a genome-wide significant association with MVP (OR=1.22, P=4.36 ×10-10). Through collaborative efforts, immunohistochemistry experiments in mouse indicated that Glis1 is expressed during embryonic development predominantly in nuclei of endothelial and interstitial cells of mitral valves, while Glis1 knockdown using morpholinos caused atrioventricular regurgitation in zebrafish. In the second part of my work, I generated larger genotyping datasets using a imputation based on Haplotyp Refernece Consortium and TOPMed, two large and highly dense imputation panels that were recently made available. I first compared the imputation accuracy between data using HRC and TopMED and found that both panels have low imputation accuracy for rare allele (MAF<0.01). However, the imputation accuracy increased with the input sample size for common variants (MAF>0.05), especially when genotyping platforms were harmonised. I was able to fine map established loci (e.g Chr 2) and also able to identify six novel and promising associated loci. All new loci are driven by common variants that I confirmed as high profile regulatory variants through an extensive computationally-based functional annotations at promising loci that pointed at several candidate genes for valve biology and development (e.g PDGFD and ACTN4). In summary, my PhD work applied up-to-data high throughput genetic association methods and functional enrichment and annotation to GWAS data. My results provide novel insights into the genetics, molecular and cellular basis of valve disease. Further genetic confirmation through replication, but also through biological experiments are expected to consolidate these statistically and computationally supported results

La Maladie Thrombo-Embolique Veineuse (MTEV) est une maladie dont les facteurs de risque sont à la fois environnementaux et génétiques. Les facteurs de risque génétiques bien établis sont les déficits en anti-thrombine, en protéine S, en protéine C, la mutation du Facteur V de Leiden (FVL), la mutation du Facteur (F) II G20210A, ainsi que le gène ABO dont les allèles A1 et B augmentent le risque de MTEV par rapport aux allèles A2 et O. Alors qu’une part importante de l’héritabilité de la MTEV reste inexpliquée, les études contemporaines se heurtent à un manque de puissance pour découvrir de nouveaux facteurs génétiques dont les effets sont de plus en plus faibles. En vue d’augmenter la puissance de détection de nouveaux gènes de susceptibilité à la MTEV, j’ai recherché les déterminismes génétiques de deux de ses phénotypes intermédiaires : les taux d’activité plasmatique du FVIII et les taux d’antigénémie de sa protéine de transport, le Facteur de von Willebrand (vWF). Dans un premier temps, j’ai réalisé une analyse de liaison des taux de FVIII et de vWF à partir d’un échantillon de cinq grandes familles franco-canadiennes (totalisant 255 personnes) recrutées via un cas de MTEV avec mutation FVL. Quatre régions liées aux taux de FVIII et/ou vWF ont été identifiées. L’une de ces régions correspondait au locus du gène ABO déjà connu pour influencer les taux de FVIII et vWF. La recherche de gènes candidats au sein des autres signaux de liaison s’est effectuée par l’étude in silico d’une analyse d’association pangénomique de la MTEV incluant 419 cas et 1228 témoins. Deux gènes candidats ont été identifiés : STAB2 et BAI3. J’ai ensuite réalisé des études d’associations de cinq polymorphismes de BAI3. L’un d’entre eux était d’une part associé à une élévation des taux de vWF (résultat obtenu dans un échantillon de 108 familles nucléaires en bonne santé et reproduit dans un échantillon de 916 patients non apparentés atteints de MTEV), et d’autre part associé au risque de survenue de MTEV parmi les sujets non porteurs de mutations FVL et FII de deux échantillons cas-témoins (respectivement 916 cas et 801 témoins, et 250 cas et 607 témoins). Quant à STAB2, durant le courant de ma thèse, deux de ces polymorphismes ont été décrits comme associés aux taux de FVIII et vWF au cours d’une vaste étude d’association pangénomique (GWAS) menée par le consortium CHARGE rassemblant 23 600 personnes. Dans un second temps, j’ai réalisé une méta-analyse de trois GWAS des taux de FVIII et vWF. Ces analyses avaient été conduites avec l’échantillon des cinq grandes familles franco-canadiennes et deux échantillons de 972 et 570 patients atteints de MTEV. Elles étaient ajustées sur les polymorphismes du gène ABO permettant de distinguer les allèles A1, A2, B et O, dans l’optique d’augmenter la puissance des analyses en diminuant la variance résiduelle des phénotypes. Aucun polymorphisme n’était associé ni aux taux de vWF ni à ceux de FVIII après prise en compte de la correction de Bonferroni pour tests multiples (p<10-7). Cependant, parmi les onze gènes qui présentaient des polymorphismes associés aux taux de vWF ou de FVIII avec une significativité p<10-5, de manière intéressante se trouvait STAB2. Cette étude a de plus permis de confirmer les associations nouvellement découvertes de polymorphismes situés dans les gènes VWF, STXBP5 et STX2
The Venous Thromboembolism (VTE) risk factors are environmental and genetic. The well established risk factors are anti-thrombin, protein C, protein S deficiency, Factor V Leiden and factor II mutation and ABO gene, with A1 and B allele increasing the risk of VTE. While an important part of VTE heritability remains unexplained, contemporary studies fail to discover new susceptibility genes with weaker effects. In order to increase the discovery power, I searched for genetic geterminism of two intermediary phenotypes of VTE : Factor VIII plasmatic activity (FVIII) and von Willebrand factor antigenemia (vWF)First, I performed a linkage study of FVIII and vWF from a sample of 5 large pedigrees (N=255). Four loci have been identified. One included ABO gene. I searched for candidate genes located in the others loci by studying in silico results from o Genome Wide Association Study (GWAS) of the VTE including 419 cases and and 1228 controls. témoins. Two candidate genes were identified : STAB2 et BAI3. Then I performed association studies of five SNPs in BAI3 with FVIII and vWF. One of them was associated to vWF (in a sample of 108 nuclear families and 916 VTE patients), and associated to VTE in two case-controls samples (respectively 916 cases and 801 controls, and 250 cases et 607 controls).Second, I performed a meta-analysis of three GWAS of FVIII and vWF from the same 5 pedigrees and two samples of VTE (N=972 and 570) adjusted on ABO blood group. No polymorphisms were significant after Bonferoni correction (p<10-7). Nevertheless, among 11 genes carrying polymorphisms with a p<10-5, interestingly was STAB2. Futhermore, this study allowed to confirm newly discoverd association with VWF, STXBP5 et STX2

La Maladie Thrombo-Embolique Veineuse (MTEV) est une maladie dont les facteurs de risque sont à la fois environnementaux et génétiques. Les facteurs de risque génétiques bien établis sont les déficits en anti-thrombine, en protéine S, en protéine C, la mutation du Facteur V de Leiden (FVL), la mutation du Facteur (F) II G20210A, ainsi que le gène ABO dont les allèles A1 et B augmentent le risque de MTEV par rapport aux allèles A2 et O. Alors qu'une part importante de l'héritabilité de la MTEV reste inexpliquée, les études contemporaines se heurtent à un manque de puissance pour découvrir de nouveaux facteurs génétiques dont les effets sont de plus en plus faibles. En vue d'augmenter la puissance de détection de nouveaux gènes de susceptibilité à la MTEV, j'ai recherché les déterminismes génétiques de deux de ses phénotypes intermédiaires : les taux d'activité plasmatique du FVIII et les taux d'antigénémie de sa protéine de transport, le Facteur de von Willebrand (vWF). Dans un premier temps, j'ai réalisé une analyse de liaison des taux de FVIII et de vWF à partir d'un échantillon de cinq grandes familles franco-canadiennes (totalisant 255 personnes) recrutées via un cas de MTEV avec mutation FVL. Quatre régions liées aux taux de FVIII et/ou vWF ont été identifiées. L'une de ces régions correspondait au locus du gène ABO déjà connu pour influencer les taux de FVIII et vWF. La recherche de gènes candidats au sein des autres signaux de liaison s'est effectuée par l'étude in silico d'une analyse d'association pangénomique de la MTEV incluant 419 cas et 1228 témoins. Deux gènes candidats ont été identifiés : STAB2 et BAI3. J'ai ensuite réalisé des études d'associations de cinq polymorphismes de BAI3. L'un d'entre eux était d'une part associé à une élévation des taux de vWF (résultat obtenu dans un échantillon de 108 familles nucléaires en bonne santé et reproduit dans un échantillon de 916 patients non apparentés atteints de MTEV), et d'autre part associé au risque de survenue de MTEV parmi les sujets non porteurs de mutations FVL et FII de deux échantillons cas-témoins (respectivement 916 cas et 801 témoins, et 250 cas et 607 témoins). Quant à STAB2, durant le courant de ma thèse, deux de ces polymorphismes ont été décrits comme associés aux taux de FVIII et vWF au cours d'une vaste étude d'association pangénomique (GWAS) menée par le consortium CHARGE rassemblant 23 600 personnes. Dans un second temps, j'ai réalisé une méta-analyse de trois GWAS des taux de FVIII et vWF. Ces analyses avaient été conduites avec l'échantillon des cinq grandes familles franco-canadiennes et deux échantillons de 972 et 570 patients atteints de MTEV. Elles étaient ajustées sur les polymorphismes du gène ABO permettant de distinguer les allèles A1, A2, B et O, dans l'optique d'augmenter la puissance des analyses en diminuant la variance résiduelle des phénotypes. Aucun polymorphisme n'était associé ni aux taux de vWF ni à ceux de FVIII après prise en compte de la correction de Bonferroni pour tests multiples (p<10-7). Cependant, parmi les onze gènes qui présentaient des polymorphismes associés aux taux de vWF ou de FVIII avec une significativité p<10-5, de manière intéressante se trouvait STAB2. Cette étude a de plus permis de confirmer les associations nouvellement découvertes de polymorphismes situés dans les gènes VWF, STXBP5 et STX2.

Les technologies actuelles permettent d'explorer le génome entier pour identifier des variants génétiques associés à des phénotypes particuliers, notamment de maladies. C'est le rôle de la bioinformatique de répondre à cette problématique. Dans le cadre de cette thèse, un nouvel outil logiciel a été développé qui permet de mesurer avec une bonne précision le nombre de marqueurs génétiques effectivement indépendants correspondant à un ensemble de marqueurs génotypés dans une population donnée. Cet algorithme repose sur la mesure de l'entropie de Shannon contenue au sein de ces marqueurs, ainsi que des niveaux d'information mutuelle calculés sur les paires de SNPs choisis au sein d'une fenêtre de SNPs consécutifs, dont la taille est un paramètre du programme. Il a été montré que ce nombre de marqueurs indépendants devient constant dès que la population est homogène avec une taille suffisante (N > 60 individus) et que l'on utilise une fenêtre assez grande (taille > 100 SNPs). Ce calcul peut avoir de nombreuses applications pour l'exploitation des données.Une analyse génome-entier a été réalisée sur le photo-vieillissement. Elle a porté sur 502 femmes caucasiennes pour lesquelles un grade de photo-vieillissement a été évalué selon une technologie bien établie. Les femmes ont été génotypées sur des puces Illumina OmniOne (1M SNPs), et deux gènes ont été identifiés (STXBP5L et FBX040) associés à un SNP passant le seuil de Bonferroni, dont l'implication dans le photo-vieillissement était jusqu'alors inconnue. De plus, cette association a aussi été retrouvé dans deux autres phénotypes suggérant un mécanisme moléculaire commun possible entre le relâchement cutané et les rides. On n'observe pas de réplication au niveau du critère lentigines, la troisième composante étudiée du photo-vieillissement.Ces travaux sont en cours de publication dans des revues scientifiques internationales à comité de lecture.

La génomique d'association cherche à déterminer des liens entre le génome et des traits ou phénotypes, notamment dans le contexte de maladies. Aujourd'hui, les études les plus fréquentes en génomique d’association sont les études génome entier, qui analysent autant de variants du génomes (SNPs) que possible, sans avoir de préjugé a priori sur leur fonction biologique. Cependant, les méthodes de génotypage utilisées pour ces études ne permettent pas toujours d'obtenir des informations précises dans une région hypervariable comme la région HLA, qui joue un rôle crucial dans l'immunité, et les variants génétiques de ces régions sont souvent prédits par des approches bioinformatiques. J'ai durant ma thèse créé un nouvel outil, HLA-Check, permettant d'évaluer, à partir des génotypes obtenus par puce de génotypage, la plausibilité de données d'allèles HLA d'un même individu, et démontré que cette technique permettait d'identifier plus précisément les individus dont les allèles HLA avaient été mal caractérisés afin de les retyper ou de les écarter de l'étude. Un article documentant cet outil a été publié dans BMC Bioinformatics. J'ai également effectué une étude d'association génome entier sur le déclenchement de la cirrhose chez les patients co-infectés par le VIH (virus de l'immunodéficience humaine) et le VHC (virus de l'hépatite C). La coinfection par ces deux maladies est fréquente en raison de modes d’infection similaires, et l'infection par le VIH stimule l'activité du VHC et accélère la fibrose du foie puis sa cirrhose, causant la mort des patients co-infectés. Mon étude porte sur 306 patients co-infectés issus de la cohorte ANRS CO-13 HEPAVIH. J'ai ainsi pu mettre en évidence trois signaux associés avec le déclenchement de la cirrhose, dont deux ont un lien pertinent avec les maladies hépatiques (gene CTNND2 et gene MIR7-3HG). L'identification de ces nouveaux variants devrait permettre une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires de la cirrhose, et contribuer au développement de nouvelles stratégies diagnostiques ou thérapeutiques. L’article documentant cette étude est en cours de publication
Association genomics aims at finding links between the genome and some traits or illnesses. Today, the most frequent studies in this field are genome wide association studies (GWAS), which analyze as many genome variants (mainly Single Nucleotide Polymorphisms) as possible, without any a priori on their biological function. However, genotyping methods used in these studies may be insufficient to get reliable information in higly variable regions such as the HLA which plays a crucial role in immunity, and the genetic variants of such regions are often predicted using bioinformatics approaches. During my PhD, I have created a new tool, HLA-Check, that allows to rate the plausibility of HLA alleles from the genotypes obtained from genotyping chips. I also assesses its performances and showed that it was able to point out individuals with a wrong HLA typing, in order to retype them or remove them from the study. An article documenting this tool was published in BMC Bioinformatics. I have also performed a genome-wide association study on cirrhosis outbreak in individuals coinfected with HIV (human immunodeficiency virus) and HCV (hepatitis C virus). Because of similar infection routes (blood-related), co-infection with those two viruses are frequent, and the infection by HIV enhances HCV activity and increases liver fibrosis leading to cirrhosis and death of co-infected patients. Our study has dealt with 306 co-infected patients from the ANRS CO-13 HEPAVIH cohort. I could point out three statistically significant signals, two of them being highly relevant for their involvement in liver diseases (gene CTNND2 and gene MIR7-3HG). The identification of these new variants should lead to a better understanding of the molecular mechanisms involved in cirrhosis, and should contribute to the rational developement of new diagnostic or therapeutic strategies. A publication is under way

PROX1 étant un facteur de susceptibilité au diabète de type 2 (DT2), nousavons réalisé des études génétiques et moléculaires afin de comprendre son rôledans l'étiologie du DT2.Nous avons analysé l'impact de 80 SNPs de PROX1 sur des phénotypescliniques associés au DT2 dans l'étude HELENA (n=1155 adolescents) et montréque trois SNPs (rs340838, rs340837 et rs340836) sont associés à l'insulinémie àjeun. Nous avons évalué la fonctionnalité de 9 SNPs (les 3 SNPs associés et 6 SNPsen déséquilibre de liaison) en utilisant un gène rapporteur Luciférase dans descellules HepG2 et MIN6. Les allèles associés à la diminution de l'insulinémie desSNPs rs340874, rs340873 et rs340835 sont associés à une diminution del'expression du gène rapporteur Luciférase, suggérant que l'expression de PROX1est diminuée chez les individus porteurs des allèles à risque.Nous avons aussi montré que l'inhibition de l'expression de Prox1 par siRNAsdans les cellules INS-1E engendrait une diminution de 1,7 fois de la sécrétiond'insuline en réponse au glucose et qu'une concentration élevée en glucose modulaitpositivement l'expression de la protéine Prox1.Des analyses transcriptomiques réalisées dans les cellules INS-1E ont permisde montrer que certains des gènes cibles de PROX1 dans les cellules bêta sont desgènes impliqués dans des voies de sécrétion d'insuline.Enfin, nous avons également observé que l'agoniste de PPARgamma, latroglitazone, diminuait l'expression de Prox1 dans les cellules INS-1E.Ces résultats suggèrent qu'une altération de l'expression de Prox1 par desvariants cis-régulateurs pourrait conduire à une sécrétion d'insuline en réponse auglucose altérée des cellules bêta, conférant ainsi une susceptibilité au DT2.

Les études d'association à grande échelle consistent à étudier la corrélation de plusieurs millions de polymorphismes nucléotidiques avec un risque de cancer chez des milliers d'individus, sans avoir besoin de connaissances préalables sur la fonction biologique de ces variants. Ces études ont été utiles pour établir des hypothèses étiologiques et comprendre l'architecture génétique sous-jacente de plusieurs maladies humaines. Cependant, la plupart des facteurs héréditaires de ces maladies restent inexpliqués. Une partie de cette variation pourrait venir de variants rares qui ne sont pas ciblés par les puces de génotypage actuelles ou encore de variants avec un effet plus modéré voire faible pour lesquels une détection par les études d'association actuelles n'est pas envisageable. Dans ce contexte et comme illustré dans cette thèse, les récentes études d'association peuvent maintenant servir de point de départ pour de nouvelles découvertes, en mettant en place des stratégies innovantes pour étudier à la fois les variants rares et les maladies rares. Nous avons plus particulièrement exploré ces techniques dans le cadre du cancer du poumon, des voies aérodigestives et du lymphome de Hodgkins. L'utilisation de la bioinformatique pour combiner les résultats des études avec d'autres sources d'information, l'intégration de différents types de données génomiques ainsi que l'investigation de la relation entre altérations germinales et somatiques représentent les principales opportunités poursuivies dans ce travail de thèse
Genome-wide association (GWA) studies consist in testing up to one million (or more) single nucleotide polymorphisms (SNPs) for their association with cancer risk in thousands of individuals, without requiring any prior knowledge on the functional significance of these variants. These studies have been valuable for establishing etiological hypotheses and understanding the underlying genetic architecture of human diseases. However, most of the heritable factors of these traits remain unexplained. Part of this variation may come from rarer variants that are not targeted by current genotyping arrays or variants with moderate to low effects for which detection by current GWA studies is impractical. In this context and as illustrated in this thesis, GWA studies can now serve as starting points towards further discoveries, looking for new strategies to study both rarer variants and rarer diseases. We have specifically explored these approaches in the context of lung cancer, head and neck cancer and Hodgkin's lymphoma. The use of bioinformatics to combine recent GWA study results with other sources of information, the integration of different types of genomic data as well as the investigation of the interrelationship between germline and somatic alterations represent the main opportunities pursued in this thesis work

Les présents travaux réalisés sur le noyer ont consisté en l’exploitation des riches ressources génétiques disponibles à l’INRAE de Nouvelle-Aquitaine-Bordeaux, afin d’apporter les outils qui pourront être utilisés dans un nouveau programme de création variétale mené par le CTIFL, centre opérationnel de Lanxade. En effet, au regard du développement économique important de la noix, le choix variétal en France ne semble pas suffisant pour répondre aux futures nouvelles contraintes telles que la concurrence mondiale et le changement climatique. Le travail de prospection que l’on doit principalement à l’équipe d’Éric Germain a permis de rassembler sur l’UEA de Toulenne la majeure partie des espèces du genre Juglans et de nombreuses accessions de noyer cultivé, Juglans regia L. L’exploitation de ses archives accumulées pendant 30 ans a permis de rendre publiques d’importantes données chronologiques de phénotypage concernant cette collection. Ces données ont permis de montrer l’avancée de la phénologie des deux variétés témoins ‘Lara’ and ‘Franquette’, en lien avec le changement climatique. Grâce à un ensemble de 13 marqueurs SSR, des allèles spécifiques aux espèces Juglans ont été identifiés et la structure de la collection a été étudiée. Cette structure montre deux sous-groupes principaux, l’un comprenant des accessions d’Europe de l’est et d’Asie et l’autre, d’Europe de l’ouest et des Etat-Unis. Aussi, une core collection a été définie pour réaliser des études de GWAS sur les principaux caractères d’intérêt agronomique, de la fleur au fruit, grâce à l’utilisation d’une puce de 600 000 SNP mise au point par l’Université de Davis en Californie. Des associations entre des SNP et plusieurs caractères liés à la phénologie ont été mises en évidence, grâce aux données des archives et à celles nouvellement acquises. Un SNP fortement lié à la date de débourrement des feuilles et fleurs femelles a été identifié sur le chromosome 1 et co-localise avec un QTL détecté en parallèle sur une descendance F1. Un marqueur de type KASP a été validé avec du matériel végétal de l’Université de Davis. D’autres associations ont également été identifiées pour le type de dichogamie et de fructification, caractère intervenant directement sur le rendement, et ont mené à la définition de gènes candidats. D’autres analyses GWAS ont été conduites sur les caractères liés au fruit, comme la taille de la noix, son poids, le rendement au cassage et la force nécessaire pour rompre la coque. En parallèle, des méthodes utilisant des techniques de phénotypage robustes ont été développées, comme l’utilisation de la microtomographie à rayons X pour mesurer tous les caractères morphologiques, sans casser la noix. Enfin, un travail de comparaison de l’efficacité des deux types de marqueurs utilisés dans ces travaux, SSR et SNP, a été mené. Les résultats montrent que les 13 marqueurs SSR donnent des résultats similaires à plusieurs milliers de SNP en ce qui concerne les étapes de détermination de structure et de construction de core collections, incontournables dans le management des ressources génétiques. A terme, les résultats de ces travaux permettront d’initier une sélection assistée par marqueurs pour la création de nouvelles variétés, dans le cadre d’un nouveau programme d’amélioration qui sera mené par le CTIFL. Ces nouvelles variétés seront aptes à répondre aux critères recherchés dans les années à venir, prenant en compte le changement climatique
The present work carried out on walnut consisted in exploiting the rich genetic resources available at the INRAE of Nouvelle-Aquitaine-Bordeaux, in order to provide the tools that can be used in a new breeding program conducted by the CTIFL, centre opérationnel de Lanxade. In fact, in view of the walnut's significant economic development, the choice of varieties in France does not seem to be sufficient to meet future new constraints such as global competition and climate change. The prospecting work carried out mainly by Éric Germain's team has made it possible to gather most of the species of the genus Juglans and numerous accessions of cultivated walnut, Juglans regia L, at the UEA of Toulenne. The use of his archives accumulated over 30 years permitted to make public important chronological phenotyping data concerning this collection. These data showed the advance of the phenology of the two control varieties 'Lara' and 'Franquette' in relation to climate change. Using a set of 13 SSR markers, alleles specific to Juglans species were identified and the structure of the collection was studied. This structure shows two main subgroups, one comprising accessions from Eastern Europe and Asia and the other from Western Europe and the USA. Also, a core collection was defined to carry out GWAS studies on the main traits of agronomic interest, from flower to fruit, using a 600,000 SNP chip developed by the University of Davis in California. Associations between SNPs and several phenology-related traits were identified using archives and newly acquired data. A SNP strongly related to the budbreak date of leaves and female flowers was identified on chromosome 1 and co-localized with a QTL detected in parallel on a F1 progeny. A KASP marker was validated with plant material from the University of Davis. Other associations were also identified for dichogamy and bearing habit, a trait directly affecting yield, and led to the definition of candidate genes. Further GWAS analyses were conducted on fruit-related traits such as nut size, weight, breaking yield and force required to break the shell. In parallel, methods using robust phenotyping techniques have been developed, such as the use of X-ray microtomography to measure all morphological traits without breaking the nut. Finally, work was carried out to compare the efficiency of the two types of markers used in this work, SSR and SNP. The results show that the 13 SSR markers give similar results to several thousands of SNPs with regard to structure determination and construction of core collections, which are essential in the management of genetic resources. In the long term, the results of this work will make it possible to initiate marker-assisted selection for the creation of new varieties, within the framework of a new improvement program to be carried out by the CTIFL. These new varieties will be able to meet the criteria sought in the coming years, taking into account climate change

Les maladies neurodégénératives, telles que la maladie d'Alzheimer (AD) et Charcot Marie Tooth (CMT), sont des maladies complexes. Leurs mécanismes pathologiques ne sont toujours pas bien compris et les progrès dans la recherche et le développement de nouvelles thérapies potentielles modifiant la maladie sont lents. Les données catégorielles, comme les échelles de notation et les données sur les études d'association génomique (GWAS), sont largement utilisées dans les maladies neurodégénératives dans le diagnostic, la prédiction et le suivi de la progression. Il est important de comprendre et d'interpréter ces données correctement si nous voulons améliorer la recherche sur les maladies neurodégénératives. Le but de cette thèse est d'utiliser la théorie psychométrique moderne: théorie de la réponse d’item pour analyser ces données catégoriques afin de mieux comprendre les maladies neurodégénératives et de faciliter la recherche de médicaments correspondante. Tout d'abord, nous avons appliqué l'analyse de Rasch afin d'évaluer la validité du score de neuropathie Charcot-Marie-Tooth (CMTNS), un critère important d'évaluation principal pour les essais cliniques de la maladie de CMT. Nous avons ensuite adapté le modèle Rasch à l'analyse des associations génétiques pour identifier les gènes associés à la maladie d'Alzheimer. Cette méthode résume les génotypes catégoriques de plusieurs marqueurs génétiques tels que les polymorphisme nucléotidique (SNPs) en un seul score génétique. Enfin, nous avons calculé l'information mutuelle basée sur la théorie de réponse d’item pour sélectionner les items sensibles dans ADAS-cog, une mesure de fonctionnement cognitif la plus utilisées dans les études de la maladie d'Alzheimer, afin de mieux évaluer le progrès de la maladie
Neurodegenerative diseases, such as Alzheimer’s disease (AD) and Charcot Marie Tooth (CMT), are complex diseases. Their pathological mechanisms are still not well understood, and the progress in the research and development of new potential disease-modifying therapies is slow. Categorical data like rating scales and Genome-Wide Association Studies (GWAS) data are widely utilized in the neurodegenerative diseases in the diagnosis, prediction and progression monitor. It is important to understand and interpret these data correctly if we want to improve the disease research. The purpose of this thesis is to use the modern psychometric Item Response Theory to analyze these categorical data for better understanding the neurodegenerative diseases and facilitating the corresponding drug research. First, we applied the Rasch analysis in order to assess the validity of the Charcot-Marie-Tooth Neuropathy Score (CMTNS), a main endpoint for the CMT disease clinical trials. We then adapted the Rasch model to the analysis of genetic associations and used to identify genes associated with Alzheimer’s disease by summarizing the categorical genotypes of several genetic markers such as Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs) into one genetic score. Finally, to select sensitive items in the most used psychometrical tests for Alzheimer’s disease, we calculated the mutual information based on the item response model to evaluate the sensitivity of each item on the ADAS-cog scale