Academic literature on the topic 'Polyploïdes'

La polyploïdie (amplification du génome entier) fait référence à des organismes dont les cellules ont plus de deux jeux complets de chromosomes homologues. La polyploïdie a été observée pour la première fois chez les plantes, il y a plus d'un siècle. Il est dorénavant connu que ce processus se produit chez de nombreux eucaryotes dans diverses circonstances. Chez les mammifères, le développement de cellules polyploïdes peut contribuer à la différenciation des tissus. Il peut donc présenter un gain de fonction. Alternativement, il peut être associé au développement de différentes pathologies comme le cancer. Il existe différents mécanismes qui favorisent la genèse des cellules polyploïdes, dont la fusion cellulaire ou une division cellulaire anormale. Chez les mammifères, la polyploïdie est une des caractéristiques des cellules hépatiques. La polyploïdisation survient en effet principalement au cours du développement du parenchyme hépatique, mais également chez l'adulte, à la suite de différents stress. Des progrès récents ont permis de comprendre les mécanismes de polyploïdisation du tissu hépatique et ses conséquences fonctionnelles dans un contexte physiologique et pathologique.

Le genre Afzelia Smith est connu pour comporter sept espèces africaines d’arbres dont deux se retrouvent dans la région zambézienne, une en région soudanienne et les quatre autres en région guinéo-congolaise. Ces taxons, à haute valeur commerciale, sont difficiles à distinguer les uns des autres. Ils sont donc commercialisés sous un même nom : « doussié » ou « afzelia ». Ces difficultés de distinction peuvent s’avérer préjudiciables à la gestion durable des populations.Le but de cette thèse de doctorat est de caractériser l’histoire évolutive du genre Afzelia. Plus spécifiquement, cette étude vise à : (i) évaluer le niveau des divergences morphologiques au sein du genre et décrire les relations phylogénétiques, afin de quantifier l’isolement reproductif entre les taxons d’Afzelia en mettant en évidence le rôle des changements climatiques passés et/ou des gradients écologiques dans la spéciation ; (ii) procéder à une analyse approfondie de la diversité et de la structuration génétique spatiale d’Afzelia spp. ; (iii) identifier et décrire les facteurs écologiques, biotiques et abiotiques susceptibles d’influencer les flux géniques à l’échelle des populations d’une espèce d’Afzelia (A. bipindensis).Une analyse morphogénétique des espèces a été effectuée et a confirmé la forte ressemblance botanique entre les taxons. Les espèces de savane se sont avérées être diploïdes et présentent la moitié de la taille du génome des espèces forestières qui sont donc tétraploïdes. Les phylogénies de gènes, nucléaires et chloroplastiques, diffèrent entre elles. De telles différences peuvent être générées à la suite d’épisodes d’hybridation ancestrale entre espèces. Ces hybridations seraient probablement anciennes et seraient survenues entre les lignées des espèces forestières et celles d’A. quanzensis (une espèce des savanes zambéziennes). La polyploïdie serait survenue entre 7 et 9,4 millions d’années au cours de l’histoire évolutive du genre. De plus, une assignation bayésienne et des analyses d’isolement reproductif ont suggéré l’existence de croisements interspécifiques, mais uniquement chez les espèces forestières distribuées en sympatrie. À une échelle spatiale plus limitée, deux groupes génétiques bien différenciés ont été observés en sympatrie chez A. bipindensis. Ceux-ci présentent une différenciation morphologique et un décalage phénologique de la floraison qui peut contribuer à leur isolement reproductif.Cette étude a permis de mettre en évidence quelques points importants que sont : la découverte d’un complexe polyploïde au sein du genre Afzelia ; la confirmation de la délimitation des espèces diploïdes de savane ; et la nécessité de réviser la taxonomie des espèces tétraploïdes forestières.

Les progrès récents des techniques de protéomique offrent de nouvelles perspectives pour la biologie circadienne, et en particulier la possibilité d’étudier des modifications post-traductionnelles telles que la phosphorylation et l’acétylation. En utilisant la protéomique in vivo sur des extraits totaux de foie de souris ou des extraits nucléaires, nous avons pu caractériser le protéome rythmique du foie avec une résolution sans précédent, et ainsi révéler de nouveaux processus rythmiques tels que la sécrétion des protéines, la synthèse des ribosomes, la réparation de l’ADN ou la polyploïdie. De plus, l’analyse des modifications post-traductionnelles a permis de mettre en évidence les voies de signalisation impliquées et les conséquences sur le métabolisme hépatique.

Les conséquences de la spéciation divergente ou réticulée (par hybridation) ont été explorées au cours de la diversification des spartines depuis 6-10MA à travers l’analyse des séquences répétées, de leur expression et régulation. Nous avons montré une corrélation entre éléments transposables, tailles de génome, et relations phylogénétiques, tout en mettant en évidence une dynamique variable des catégories d’éléments transposables ou de séquences satellites selon les lignées, et l’ancienneté des évènements de spéciation. L’abondance des éléments transposables a été mise en relation avec leur niveau d’expression et le rôle des petits ARN dans leur contrôle. Cette régulation se met rapidement en place suite à l’hybridation interspécifique et explique la « quiescence génomique » (absence de prolifération d’éléments transposables) détectée chez l’allododécaploïde récent S. anglica. Les annotations d’éléments transposables et de petits ARNs, les nouveaux transcriptomes de références réalisés chez différentes espèces au cours de ce travail représentent des ressources additionnelles qui permettront d’explorer de manière plus exhaustive la dynamique des génomes de spartines et de comprendre les mécanismes génomiques impliqués dans l’adaptation et l’écologie de ces espèces ingénieurs d’écosystèmes
We explored the consequences of divergent speciation or reticulate evolution (resulting from hybridization) during diversification of the Spartina genus in the last 6-10 MY, based on the analysis of repeated sequences, their expression and regulation. Transposable element amounts, genome size, and phylogenetic relationships were found correlated, although differential dynamics of specific transposable element families or satellite sequences were encountered according to lineages, and to divergence times following the speciation events. The abundance of transposable elements appears related to their level of expression and the role of small RNAs in their control. This regulation is rapidly established following interspecific hybridization and explains the "genomic quiescence" (absence of transposable element “burst”) detected in the recent allododecaploid S. anglica. Annotations of transposable elements and small RNAs, new reference transcriptomes generated for different species during this work represent additional resources that will allow a more comprehensive exploration of the Spartina genome history and dynamics for a better understanding of the genomic mechanisms involved in the adaptation and ecology of these “ecosystem engineers” species

Les nouvelles technologies de séquençage (NTS) offrent de nouvelles opportunités d'explorer les génomes et transcriptomes d'espèces polyploïdes. L'assemblage de transcriptomes et l'identification des copies de gènes dupliqués par allopolyploïdisation (homéologues) constituent cependant un véritable défi C ‘est plus particulièrement le cas dans un contexte de superposition de plusieurs évènements de polyploïdie et en l'absence de génome de référence diploïde. Les Spartines (Poaceae, Chloridoideae) représentent un excellent système pour étudier les conséquences à court terme des évènements d'hybridation et de polyploïdisation. En effet, S. maritima (hexaploïde) s'est hybridée à deux reprises avec S. alterniflora (hexaploïde) suite à son introduction récente en Europe, formant deux hybrides homoploïdes (S. x townsendii et S. x neyrautii). La duplication du génome de S. x townsendii a formé une nouvelle espèce allododécaploïde S. anglica (à la fin du XIXème siècle) qui a depuis envahi les marais salés de plusieurs continents. L'identification des gènes dupliqués au sein de S. anglica et de ses parents est importante pour la compréhension de son succès évolutif. Cependant, leurs niveaux de ploïdie, et l'absence d'espèce diploïde de référence chez les spartines nécessitent le développement d'outils adaptés. Dans ce contexte, nous avons développé et validé différents outils bioinformatiques permettant de détecter des polymorphismes afin d'identifier les différents haplotypes au sein de jeux de données NTS. Ces approches nous ont permis d'étudier l'hétérogénéité des domaines de l'ADN ribosomique 45S de S. maritima. Nous avons mis en évidence la perte de copies homéologues en conséquence de la diploïdisation en cours. Afin de développer les ressources transcriptomiques de ces espèces, cinq nouveaux transcriptomes de référence (110 423 contigs annotés pour les 5 espèces dont 37 867 contigs non-redondants) ont été assemblés et annotés. Les co-alignements des haplotypes parentaux et hybrides/allopolyploïdes nous ont permis d'identifier les homéo-SNPs discriminant les séquences homéologues. De plus, nous avons évalué la divergence entre les copies de gènes, identifié et confirmé les évènements de duplications récents au sein des Spartines. Au cours de cette thèse, nous avons également initié des approches de phylogénomique des spartines, qui permettront de préciser l'origine évolutive des copies dupliquées
Next generation sequencing (NGS) technologies offer new opportunities to explore polyploid genomes and their corresponding transcriptomes. However, transcriptome assemblies and identification of homoeologous gene copies (duplicated by polyploidy) remain challenging, particularly in the context of recurrent polyploidy and the absence of diploid reference parents. Spartina species (Poaceae, Chloridoideae) represent an excellent system to study the short term consequences of hybridization and polyploidization in natural populations. The European S. maritima (hexaploid) hybridized twice with the American S. alterniflora (hexaploid) following its recent introduction to Europe, which resulted in the formation of two homoploid hybrids (S. x townsendii and S. x neyrautii). Whole genome duplication of S. x townsendii resulted in the fertile new allododecaploid S. anglica species (during the 19th century) that has now invaded saltmarshes on several continents. Identification of duplicated genes in S. anglica and its parental species is critical to understand its evolutionary success but their high ploidy levels require the development of adapted tools. In this context, we developed and validated different bioinformatics tools to detect polymorphisms and identify the different haplotypes from NGS datasets. These approaches enabled the study of the heterogeneity of the highly repeated 45S rDNA in S. maritima. In order to develop transcriptomic resources for these species, 5 new reference transcriptomes (110 423 annotated contigs for the 5 species with 37 867 non-redundant contigs) were assembled and annotated. Co-alignments of parental and hybrid/allopolyploid haplotypes allowed the identification of homoeoSNPs discriminating homoelogs. The divergence between duplicated genes was used to identify and confirm the recent duplication events in Spartina. Phylogenomic approaches on Spartina were also initiated in this thesis in the perspective of exploring the evolutionary history of the duplicated copies

Chez les plantes, la polyploïdie est un phénomène fréquent et un processus de spéciation majeur. La majorité des espèces cultivées, dont le fraisier cultivé F. X ananassa (2n = 8x = 56)sont polyploïde. L'objectif de cette thèse était de contribuer à l'amélioration des connaissances sur la polyploïdie au sein du genre Fragaria par l'étude de l'évolution de ses espèces polyploïdes. Une première partie de ce travail a permis d'établir l'histoire évolutive de l'ensemble des espèces diploïdes (11) et polyploïdes (9) du genre Fragaria grâce à l'analyse phylogénétique de deux gènes nucléaires en faible nombre de copies, GBSSI et DHAR. Les résultats ont permis d'identifier les espèces diploïdes parentales de l'ensemble des espèces polyploïdes et de mettre en évidence une origine allopolyploïde des espèces hexaploïdes et octoploïdes. La seconde partie de cette étude a permis l'analyse de l'évolution de la structure des génomes de Fragaria tout au long du processus de polyploïdisation et de spéciation. La comparaison des cartes de liaison génétiques obtenue à partir de deux populations de niveaux différents de ploïdie, 2x et 8x, a permis de mettre en évidence l'absence de remaniements structuraux majeurs après spéciation des espèces polyploïdes. Par ailleurs, la prédominance des groupes de liaison en couplage/répulsion suggérait un comportement méiotique majoritairement disomique mais pas exclusivement. En conclusion, cette étude a permis d'enrichir les connaissances sur l'origine des espèces polyploïdes appartenant du genre Fragaria et en particulier sur l'origine allopolyploïde du fraisier cultivé. La fraise des bois (fraisier diploïde) pourra être utilisée comme modèle d'étude génomique chez Fragaria compte tenu de la macrosynténie et de la colinéarité des marqueurs au sein de ce genre.

En 2006, après un siècle d’investigations, le gène majeur de domestication 5AQ, conférant de nombreux caractères comme la non-déhiscence et un battage facile des épillets des blés polyploïdes, a été identifié comme un facteur de transcription homologue au gène Apetala2 d’Arabidopsis. Bien que ceci représente une avancée importante, le rôle des autres homéologues de ce gène, présents dans le blé tétraploïde (Triticum turgidum) et le blé hexaploïde (T. aestivum), reste à élucider. Dans ce contexte mon sujet de recherche porte sur l’appréciation de l’organisation, l’évolution et le fonctionnement du gène majeur de domestication (Q) et de ses homéologues chez les blés polyploïdes. J’ai tout d’abord séquencé et analysé 11 régions génomiques (clones BAC) portant les copies du gène Q/q dans différents génomes de blés polyploïdes et diploïdes; constituant ainsi la plus grande analyse comparative réalisée aujourd’hui chez le blé. Les comparaisons entre les différents génomes et différents niveaux de ploïdie montrent que le gène Q/q est la seule séquence conservée, en commun dans les régions génomiques comparées, et que l’homéologue 5Bq est pseudogénéisé dans les blés hexaploïdes. Les comparaisons montrent que le reste des séquences génomiques sont constituées d’environ 80% d’éléments transposables (TEs) qui sont entièrement différents quand on compare les génomes A, B, D et S entre eux. A l’inverse, les TEs sont relativement mieux conservés entre haplotypes du même génome et continuent leurs dynamiques d’insertions et de délétions différentielles, conduisant à 19 événements de rupture de synténie. Parmi ces événements, j’ai pu identifier le premier Hélitron actif du blé, inséré dans le pseudogène 5Bq du cultivar Renan. La recherche de son origine par comparaison de séquences et l’étude de la variabilité haplotypique m’ont permis de confirmer l’insertion récente et l’origine commune de cet élément au blé sauvage Aegilops ventricosa. Cette espèce a été introgressée dans certaines variétés de blés hexaploïdes. L’analyse fonctionnelle comparant les caractères de domestication ainsi que l’expression et les interactions entre les différents homéologues du gène Q/q dans le blé hexaploïde a été rendue possible par la caractérisation des « lignées de délétion », où une ou plusieurs copies homéologues ont été perdues ou substituées. J’ai pu ainsi caractériser l’hyper-fonctionalisation de l’homéologue 5AQ, et la sous-fonctionalisation des homéologues 5Dq et plus étonnamment 5Bq, pseudogénéisé ; les trois homéologues contribuent aux caractères de domestication et se régulent entre eux. Les comparaisons précises des séquences des allèles 5AQ et 5Aq pour plusieurs génotypes domestiqués et sauvages m’ont permis d’identifier une mutation SNP associée, dans le site d’adressage d’un micro RNA (miR172). L’utilisation d’une technique RACE-PCR semi-quantitative montre que la mutation dans l’allèle 5AQ conduit à moins d’ARNm clivés par les miR172 et donc à sa plus forte expression ; comparée à celle de l’allèle 5Aq. Ceci suggère un rôle des miR172 dans la régulation des différents homéologues du gène Q/q
In 2006, and after a century of investigations, the major domestication gene in polyploid wheat (5AQ), involved in non free threshing and spike easy beating, among many other traits, has been identified as a homolog of Apetala2 gene of Arabidopsis. While this represents an important breakthrough, nothing was yet known about the role of other homoeologs of the Q/q gene present in tetraploid (Triticum turgidum) and hexaploid (T. aestivum) wheat. In this context, my PhD thesis consists in characterizing organization, evolution and function of the major wheat domestication (Q/q) gene and its homoeologs in polyploid wheat. I realized first comparative sequencing and analysis of 11 genomic regions (BAC clones) spanning the Q/q gene homolog’s in different hexaploid, tetraploid and diploid wheat; constituting the most important comparative analysis done for this group of species. Comparisons show that only Q/q gene homologs are conserved in different genomes and across different ploidy levels and that the 5Bq homoeolog is pseudogenized in hexaploid wheat. The remaining genomic sequences, constituted of ~80% of transposable elements (TEs) are completely different when comparing A, B, D and S genomes between each others. On the contrary, TEs are more conserved between different haplotypes of a same genome and continue their active insertion and deletion dynamic, leading to 19 identified synteny breaks. Among these, I identified the first active Hélitron in wheat inserted into the 5Bq pseudogene of a hexaploid wheat cv. Renan. The Hélitron insertion was subsequently retraced as recently occurring whereas it could have been originated from the wild wheat Aegilops ventricosa which has been introgressed into hexaploid wheat. Functional analysis comparing phenotype, domestication traits, expression and interaction between different Q/q homoeologs was rendered possible using series of “deletion lines”, where one or several homoeologs were deleted. This allows determining the hyper-functionalization of 5AQ and the subfunctionalization of 5Dq and more interestingly the subfunctionalization of the pseudogene 5Bq. All three homoeologs were shown to contribute to the domestication traits and regulate each others.Precise sequence comparison of 5AQ and 5Aq alleles from different domesticated and wild genotypes allow identification of a SNP mutation, associated with domestication, in the target site of a micro RNA (miR172). Using an adapted semi-quantitative RACE-PCR, I showed that the mutation leads to less cleaved mRNA of the 5AQ gene by the miR172 and consequently its higher expression than the 5Aq allele. This also suggests a general role of miR172 in regulating the different homoeologs of the Q/q gene

Le Dimethylsulfoniopropionate (DMSP) est une molécule à fort impact écologique couramment produite par le phytoplancton marin, mais très rarement chez les plantes à fleurs: seulement chez quelques genres (dont Spartina chez les Poacées). Bien que les étapes enzymatiques impliquées dans la voie de biosynthèse du DMSP soient connues chez les spartines, son origine ainsi que les gènes impliqués restent encore à découvrir chez les plantes. Cette étude s’est fixée pour objectif de contribuer à élucider les mécanismes à l’origine de cette fonction chez les spartines. Cette question a été appréhendée à travers différentes approches : biochimique, métabolomique, transcriptomique, génomique comparative et phylogénétique. Les résultats ont montré que la capacité à synthétiser le DMSP a une origine unique au sein du genre Spartina et se serait mise en place il y a 3-10 millions d’années. Cette capacité est intervenue chez l’ancêtre d’un des deux principaux clades (hexaploïde) de spartines, puis a été héritée chez toutes les espèces dérivant de ce clade (hexaploïdes à dodécaploïdes). Les espèces de l’autre clade (tétraploïde) et leurs descendants (quel que soit leur niveau de ploïdie) n’accumulent pas de DMSP. En utilisant les génomes séquencés des espèces de Poacées ainsi que les ressources génomiques et transcriptomiques disponibles chez les spartines, les gènes candidats intervenant dans les 4 étapes de la voie de biosynthèse proposée dans la littérature ont été explorés. L’identification des gènes intervenant dans les deux étapes intermédiaires, supposées spécifiques de la capacité de synthèse du DMSP représente un véritable défi dans la mesure où seules des activités enzymatiques putatives ont été proposées à ce jour (sans connaissance des enzymes spécifiques ni de leur séquence protéique). Nous avons pu identifier une série de gènes candidats pour chacune des deux fonctions concernées (décarboxylase et amine oxydase), comparer leur niveau de transcription entre les espèces DMSP+ et DMSP-, et prédire leur localisation cellulaire. De plus, des analyses d’activités enzymatiques ont permis de formuler de nouvelles hypothèses et pistes de recherches sur l’émergence de cette nouvelle voie de biosynthèse chez les spartines
Dimethylsulfoniopropionate (DMSP) is an ecologically important molecule produced by most marine phytoplankton species, but very rarely by flowering plants: only in a few genera (including Spartina in Poaceae). Despite the different enzymatic steps involved in DMSP biosynthesis are well known, the origin of the function and the genes encoding the different enzymes are yet to be discovered. To explore the evolutionary mechanisms involved in the DMSP accumulation in Spartina, we used various approaches, including biochemical analyses, metabolomics, transcriptomics, comparative genomics and phylogenetics. Notably, we demonstrate that the ability to synthesize DMSP evolved once in the Spartina genus, sometimes 3-10 million years ago. This functional innovation occurred following the emergence of the hexaploid clade, and was inherited by all Spartina species deriving from this hexaploid ancestor. Spartina species belonging to the tetraploid clade and their deriving species do not accumulate DMSP (whatever their ploidy level). Using Poaceae sequenced genomes as well as Spartina genomic and transcriptomic resources obtained in our laboratory, candidate genes involved in the four different enzymatic steps of the DMSP biosynthesis pathway were searched. Identifying genes involved in the intermediate (2nd and 3rd) steps that are specific to this pathway was particularly challenging as only putative enzymatic activities have been proposed so far (corresponding protein sequences and genes are unknown). A set of candidate genes potentially involved in these two steps (with decarboxylase and amine oxydase activities) were identified and their transcription levels were compared among DMSP producing (DMSP+) and non-producing (DMSP-) Spartina species. Their putative cellular localization was also predicted. Moreover, enzymatic activity assays open new hypotheses and research perspectives regarding this enigmatic biosynthesis pathway in Spartina

Nous avons étudié les phénomènes de polyploïdisation chez l'igname Dioscorea alata qui comprend trois cytotypes diploïde (2n=40), triploïde (2n=60) et tétraploïde (2n=80) en vue d'optimiser les stratégies de production d'hybrides polyploïdes. Chez ce complexe polyploïde l'augmentation de la ploïdie est corrélée avec une augmentation de la vigueur et des rendements plus élevés et plus stables. Dans un premier temps nous avons démontré l'autotétraploïdie des variétés tétraploïdes à l'aide de trois approches différentes: des analyses d'hérédité de marqueurs microsatellites, l'observation de phénomènes de double réduction et l'étude des méioses des cellules mères de pollen. Nous avons ensuite déterminé quels sont les mécanismes les plus probables à l'origine des polyploïdes naturels via l'étude de la transmission de l'hétérozygotie parentale à l'aide de microsatellites et par l'étude des incompatibilités au niveau de l'albumen lors de différents croisements intracytotypes et intercytotypes en utilisant la cytométrie en flux. Les résultats obtenus montrent que les polyploïdes de D. alata seraient apparus via la formation de gamètes non réduits de clones diploïdes. Le pool triploïde se serait édifié et diversifié uniquement par voie femelle, du fait de la non viabilité des croisements intercytotypes et de la stérilité des femelles et mâles triploïdes. Le pool tétraploïde serait apparu par union de deux gamètes non réduits de clones diploïdes (polyploidisation sexuelle bilatérale). Par la suite ce pool aurait été diversifié via des croisements intercy
We studied polyploidisation phenomena in the yam Dioscorea alata that includes three cytotypes -diploid (2n=40), triploid (2n=60) and tetraploid (2n=80) -in order to optimise polyploid hybrid production strategies. In this complex polyploid, the increase in ploidy is correlated with an increase in vigour and higher and more stable yields. We first showed the autotetraploidy of tetraploid varieties using three different approaches: heredity analyses of microsatellite markers, the observation of double reduction phenomena, and the study of meiosis of pollen mother cells. We then determined the mechanisms most likely to be at the origin of natural polyploids through the study of the transmission of parental heterozygoty using microsatellites and the study of incompatibilities at the endosperm level at the time of different intracytotypic and intercytotypic crosses using flow cytometry. The results obtained reveal that the polyploids of D. alata probably appeared through the formation of non-reduced gametes of diploid clones. The triploid pool would then have been constituted and diversified through the female pathway as a result of the non-viability of intercytotypic crosses and the sterility of female and male triploids. The tetraploid pool would have appeared as a result of the union of two non-reduced gametes of diploid clones (bilateral sexual polyploidisation). This pool would then have diversified through intercytotypic crosses with the formation of 2n gamètes through both the female and the male pathway, as well as by intracytotypic crosses within the 4X pool

Les Spartines jouent un rôle écologique majeur sur les marais salés. Elles représentent un excellent modèle pour appréhender les conséquences écologiques de la spéciation par hybridation et polyploïdie dans le contexte d'invasion biologique. On s'intéresse plus particulièrement, à l'hybridation récente entre une espèce hexaploïde d'origine américaine Spartina alterniflora et une espèce hexaploïde européenne S. maritima ayant donnés deux hybrides F1 (S. x townsendii et S. x neyrautii) et la nouvelle espèce envahissante allododécaploïde (S. anglica). Les nouvelles technologies de séquençage haut-débit facilitent l'exploration de ces génomes peu connus. L'assemblage et l'annotation d'un transcriptome de référence ont permis d'annoter 16 753 gènes chez les spartines hexaploïdes et d'identifier des gènes d'intérêts écologique et évolutif. Une sélection de ces gènes a ensuite été analysée à travers une étude d'expression par PCR quantitative sur les populations naturelles des 5 espèces du complexe. Les résultats ont permis de mettre en évidence une expression homogène intra-populations mais une grande variabilité entre les espèces. L'analyse du génome des Spartines a ciblé prioritairement le développement de ressources génomiques concernant l'espèce S. maritima pour l'analyse des compartiments codant et répété à l'aide de séquençage d'une banque BAC et d'un run de pyroséquençage d'ADN génomique. Les analyses ont permis d'évaluer une proportion d'éléments répétés représentant près de 30% du génome. Les données générées ont alors été comparées avec les génomes séquencés phylogénétiquement proches et ont permis de premières comparaisons entre les spartines et les autres Poaceae.

La polyploïdie est un phenomene d'importance capitale : la plupart des plantes sont des polyploïdes ou des paleopolyploïdes, dont de nombreuses plantes d'interet agronomique. Il est donc de premiere importance pour la genetique evolutive et l'amelioration des plantes de comprendre comment une plante fonctionne avec une information genetique redondante. Dans un contexte d'autopolyploïdie ou d'allopolyploïdie les objectifs de cette these etaient i- de decrire l'expression des genes homologues chez un polyploïde par rapport aux diploïdes correspondants ii- de caracteriser les genes cibles des phenomenes de regulation qui accompagnent la polyploïdisation iii- de preciser les mecanismes genetiques ou epigenetiques a l'Œuvre les profils d'expression d'une serie autopolyploïde de brassica oleracea (ha-, di- et tetra- ploïde) ont ete analyses a l'aide d'une approche de proteomique comparative. Nos resultats indiquent que le doublement le colza tetraploïde b. Napus, re-synthetise a partir de ses progeniteurs diploïdes b. Oleracea et b. Rapa, a ete utilise comme modele d'allopolyploïdie. Nous avons teste l'hypothese de l'additvite des genomes (sous laquelle un amphiploïde presente un profil d'expression intermediaire a ses parents diploïdes). Notre approche proteomique revele de tres nombreux ecarts a l'additivite (26-39%). La comparaison d'amphiploïdes independants montre que plus de 98% des variations observees sont reproducitbles, illustrant le caractere non-stochastique des mecanismes a l'origine de celles-ci. Les proteines dont l'abondance varie sont en cours d'identification
Polyploidisation is a major evolutionary process in eukaryotes most flowering plants are polyploids or paleopolyploids, including major crop species understanding the mechanisms of regulation of duplicated gene expression in polyploids is thus essential for evolutionary genetics and plant breeding. The purposes of these thesis were i- to describe homologous gene expression in an autopolyploid (in which ihe chromosome sets originated from the same species) and in an allopolyploid model (in which the homeologous chromosome sets derived from more than one species through hybridization); ii- to characterize the genes targeted by differential gene regulation during polyploidisaiion and iii- t0 precise the underlying mechanisms. We first studied a brassica oleracea autopolyploidy series involving haploid, diploid and tetraploid cabbages. Gene expression was investigated at the protein level using comparative proteomics. Our results indicated that genome doubling did not alter significantly the proteomes of green tissues in b. Oleracea. To study gene expression during the early steps of allopolyploid formation, the oilseed rape b. Napus allotetraploid model was chosen. Comparative proteomics was applied to neo-synthesized b. Napus and its diploid progenitors b. Rapa and b. Oleracea. Several deviations from the additivity hypothesis (predicting a midparent proteome for the amphiploids) were observed (26-39% of polypeptides) non-stochastic gene expression re-patterning was found since 98% of the detected variations were reproducible in four independently created amphiploids the identification of the proteins displaying non-additive patterns is under process

Les duplications de génomes ont joué un rôle important dans la spéciation et l’adaptation chez les plantes. Ce travail vise à élucider l’histoire évolutive de lignées polyploïdes présentant un intérêt écologique particulier en raison de leur expansion rapide dans les genres Bromus et Spartina (Poaceae). Différentes analyses phylogénétiques combinant les informations des génomes chloroplastique et nucléaire ont permis d’élucider l’origine des espèces polyploïdes et de montrer la prépondérance de l’évolution réticulée (allopolyploïdie) dans les groupes étudiés où l’origine hybride semble avoir joué un rôle important dans le succès écologique de ces espèces. L’étude plus particulière du gène Waxy a montré une rétention variable des copies homéologues selon les lignées. Les taux d’évolution de ces copies dupliquées restent sous contrainte sélective
Genome duplication is an important speciation process in plants promoting diversification and adaptation. This work aims at unravelling the evolutionary history of polyploid lineages in genus Bromus and Spartina (Poaceae) that display polyploid species of ecological interest, due to their rapid expansion. Various phylogenetic analyses based on sequences from the chloroplast and the nuclear genomes have helped to elucidate the origin of the polyploidy. Reticulate evolution through allopolyploidy appears to be the rule in these groups, having an important impact on the ecological success of these species. Variable retention rates of homeologues were encountered for the nuclear Waxy gene depending on the lineages. The nuclear Waxy gene presented a variable retention rate of the homeologous copies depending on the lineages. No relaxation of selective constraints was detected on the retained gene copies

Cette étude vise à explorer les mécanismes de tolérance des plantes aux xénobiotiques organiques de la famille des HAPs (phénanthrène), à travers l’analyse de l’impact des évènements de spéciation par hybridation et duplication génomique (allopolyploïdie). Nous avons pour cela mené une approche comparative sur un modèle de spéciation allopolyploïde récente, constitué des espèces parentales hexaploïdes S. alterniflora et S. maritima, et de l’allopolyploïde S. anglica qui résulte de la duplication du génome de leur hybride F1 S. x townsendii. Une approche intégrative basée sur des analyses physiologiques et moléculaires nous a permis de montrer que chez Spartina l’hybridation et le doublement du génome augmentent la tolérance aux xénobiotiques. Le parent paternel S. maritima se montre particulièrement sensible au phénanthrène par rapport au parent maternel S. alterniflora. Différentes analyses transcriptomiques ont permis l’identification de novo de transcrits spécifiquement exprimés en condition de stress, et l’annotation des petits ARNs (miARNs, leurs gènes cibles, et siARNs) agissant en tant que régulateurs de l’expression des gènes et la régulation des éléments transposables. Les analyses d’expression différentielle en réponse au stress ont permis de générer un modèle de régulation (miARN/gènes cibles) en réponse aux HAPs, testé par validation fonctionnelle en système hétérologue chez Arabidopsis. Un travail exploratoire de profilage du microbiome de la rhizosphère des spartines exposées au phénanthrène a été réalisé pour préciser les mécanismes de dégradation des xénobiotiques dans l’environnement en vue d’une application dans les stratégies de remédiation verte
We explored mechanisms involved in tolerance to organic xenobiotics belonging to PAHs (phenanthrene), in the context of allopolyploid speciation (hybrid genome duplication). We developed a comparative approach, using a recent allopolyploidization model including the hexaploid parental species S. alterniflora and S. maritima, and the allopolyploid S. anglica, which resulted from genome doubling of the F1 hybrid S. x townsendii. Integrative approach based on physiological and molecular analyses highlights that hybridization and genome doubling enhance tolerance to xenobiotics in Spartina. The paternal parent S. maritima exhibits higher sensitivity compared to the maternal parent S. alterniflora. Various transcriptomic analyses were performed, to identify de novo stress responsive transcripts, and to annotate small RNAs (miRNAs, their target genes, and siRNAs) involved in gene expression and transposable element regulations. Differential expression analyses in response to stress allowed us to develop a putative miRNA regulatory network (miRNA/target genes) in response to PAH, functionally validated in Arabidopsis as heterologous system. An exploratory profiling of Spartina rhizosphere microbiome exposed to phenanthrene was also performed to characterize environmental degradation abilities, in the perspective of optimizing green remediation strategies