Letteratura scientifica selezionata sul tema "Trait génomique"

RésuméLa génomique de la volaille a bénéficié des avancements technologiques rapides acquis en génomique humaine et sur les organismes modèles. Certains outils et certains approches sont maintenant bien établis chez le poulet, y compris les cartes et marqueurs (génétiques comme physiques), mapping loci pour caractéres quantitatifs, mapping comparative, ressources expressed sequence tag et bacterial artificial chromosome, et mapping physique. De plus, la phase suivante de la découverte génétique, la génomique fonctionnelle, est en cours. Les progre`s dans le mapping de loci pour caracte`res quantitatifs de croissance et d'adiposité seront discutés pour illustrer ces nouvelles technologies et ces nouvelles approches dans l'étude de la génétique et de la physiologie avicole.

La démocratisation des outils de la génomique et plus particulièrement du séquençage à haut débit a permis le séquençage du génome du canard commun. Des projets complémentaires sont déjà initiés pour prolonger et exploiter au mieux ces premiers acquis. En tout premier lieu, il s’agit de poursuivre la description de la structure du génome et d’en exploiter les connaissances : cartes d’hybrides irradiés pour ordonner la séquence le long des chromosomes ; génomique comparée avec le génome de la poule pour bénéficier des connaissances sur ce génome modèle ; recherche de SNP (Single Nucleotide Polymorphism) pour les études et la gestion de populations ; carte génétique pour la détection des QTL (Quantitative Trait Locus). La première détection de QTL influençant les performances du mulard, réalisée à l’aide de marqueurs microsatellites chez la cane commune, sera complétée par une seconde étude utilisant des marqueurs SNP développés spécifiquement et permettant une bien meilleure couverture du génome. Par ailleurs, il est important de réaliser une annotation fonctionnelle du génome, ce qui peut être abordé par le séquençage de transcrits. A terme, le génome annoté sera utilisé pour analyser son expression dans différents tissus et/ou conditions d’élevage, la connaissance des modèles de transcrits et de protéines facilitant les études en transcriptomique et protéomique. Le canard mulard, produit du croisement de la cane commune avec le canard de Barbarie, devra également être étudié en raison de son intérêt agronomique, lié à ses performances exceptionnelles dans la filière des palmipèdes gras.

De nombreux progrès ont été réalisés ces dernières années en génomique. Le développement de technologies à base de supports miniaturisés, permet aujourd’hui d’explorer les génomes tant au niveau de leur structure que de leur expression. Les puces à ADN permettent ainsi de génotyper plusieurs milliers de marqueurs SNP d’un génome ou encore de mesurer le niveau d’expression de plusieurs milliers de gènes d’un tissu. Combiner l’information génotypique avec des mesures phénotypiques élémentaires (ARNm, protéines ou encore métabolites) ouvre de nouvelles perspectives dans l’étude du fonctionnement du vivant et a donné naissance à un nouveau concept, la «génétique génomique». Cet article est centré sur les apports de la «génétique génomique» dans le contexte de la détection de QTL (Quantitative Trait Locus). Après avoir défini la notion de QTL d’expression (eQTL), cet article propose dans un premier temps un bilan des différents programmes de cartographie de QTL d’expression décrits dans la littérature. Sont ensuite présentés les différentes méthodes utilisant des données d’expression pour préciser ou caractériser fonctionnellement des régions QTL responsables de la variation de caractères d’intérêt avec des exemples concernant les animaux d’élevage.

Le séquençage et l’annotation du génome des principaux animaux producteurs de viande ou de chair, ont permis l’essor des études de génomique au cours de la dernière décennie. Les techniques utilisées concernent d’une part la détection de mutations sur des régions du génome (QTL : « Quantitative Trait Loci »). Cette approche dite de génomique structurale a permis la détection de gènes majeurs (mutations ayant un effet majeur sur un caractère), comme le gène « culard » chez le bovin et le mouton, les gènes halothane et « Rendement Napole » chez le porc. Des QTL associés à une qualité, comme la vitesse de chute de pH chez le poulet, ont été identifiés. D’autre part, le niveau d’expression des gènes mesuré au travers de l’abondance relative d’ARN messagers et de protéines est analysé respectivement dans les études de transcriptomique et de protéomique. Des protéines ou des ARN messagers dont l’abondance est associée à une composante de qualité de viande, ont été identifiés chez le porc, le bovin, le poulet et la truite. Ils constituent des biomarqueurs d’intérêt pour la compréhension et la maîtrise des qualités d’intérêt pour chaque espèce. Le développement en cours d’outils d’évaluation de la qualité à destination des acteurs des filières permettra des applications sur l’animal vivant pour l’évaluation de son potentiel de qualité et l’adaptation de la conduite d’élevage à ce potentiel. Sur la carcasse, ils serviront à orienter sa destination bouchère ou celle des pièces ou morceaux de découpe. Ces biomarqueurs seront également utiles pour fournir des mesures phénotypiques pour la sélection génomique appliquée à la qualité de la viande.

La maîtrise des caractères de production et de qualité des oeufs représente un enjeu majeur pour les différents acteurs des filières avicoles. A ce jour, 41 études ont permis la détection de nombreuses régions chromosomiques influençant la production et la qualité des oeufs chez la poule. Ainsi, 442 " Quantitative Trait Loci " (QTL), répartis sur 26 chromosomes, ont été détectés par l’étude de 27 populations différentes. Certaines de ces régions ont des effets conjoints sur plusieurs caractères. Certaines ont des effets significatifs dans différentes populations, soulignant leur rôle essentiel dans l’établissement du niveau de performance des poules. Plusieurs gènes candidats ont été révélés par ces études, tel le gène RARRE1 qui affecte de nombreux caractères. Toutefois, la validation fonctionnelle des effets de ces gènes reste à entreprendre pour démontrer leur causalité. Dans l’avenir, l’existence de nombreuses données phénotypiques et génotypiques, de par l’émergence de la sélection génomique, permettra de préciser la localisation des polymorphismes causaux des effets observés et, probablement, la détection de nouvelles régions.

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

L’évaluation génomique est une nouvelle méthode d’estimation de la valeur génétique des animaux d’élevage qui est en train de révolutionnerl’organisation des schémas d’amélioration génétique bovins laitiers. La récente disponibilité d’une puce porcine de 60 000marqueurs SNP permet d’envisager la mise en place de cette méthodologie chez le porc. Dans cette espèce, les perspectives les plusintéressantes de l’évaluation génomique semblent être la possibilité d’améliorer les populations pour des caractères non mesurablesen routine, d’augmenter la précision des valeurs génétiques estimées, et de sélectionner les individus de l’étage de sélection pour leurvaleur en croisement et en milieu de production. Les coûts de mise en oeuvre d’une sélection génomique chez le porc seraient élevés,en raison principalement de la taille des populations de référence nécessaires à une évaluation précise, du nombre élevé de candidatsà génotyper, et de la variété des populations et lignées sélectionnées. Le partage de ressources entre Organisations de Sélection et lerecours aux techniques d’imputation génotypiques permettraient de maîtriser ces coûts.

RésuméL’article articule une analyse comparative de trois terrains de la société islandaise : le projet de fichage génomique deCode Genetics à la fin du vingtième siècle, l’émergence du spiritualisme au début du siècle et les rituels médiumniques des groupes du Nouvel Âge contemporain. Or, ces trois lieux d’observation montrent comment un partenariat attentif entre morts et vivants s’impose comme une structure symbolique récurrente. Celle-ci est à chaque fois présente dans tout processus de construction cosmologique par lequel les Islandais se pensent dans le monde, se donnent un sens et, ce faisant, bâtissent une conception d’eux-mêmes et de l’autre. En dégageant la structuration symbolique de ce partenariat attentif, l’auteur tente une double lecture atypique : d’une part celle des significations insoupçonnées d’un événement scientifico-médiatique qui a suscité beaucoup d’incompréhension et, d’autre part, celle des formes de religiosité contemporaine qui se présentent en Islande sous les traits d’un échange coutumier.

Les chèvres Créole de Guadeloupe sont considérées comme appartenant à une même race. Néanmoins, selon leur origine géographique, elles peuvent être résistantes ou sensibles à la cowdriose. Une étude antérieure a montré que la résistance est probablement sous contrôle génétique. Le but de l’étude actuelle est de fournir les outils de base pour trouver des marqueurs génomiques de chèvre ayant une corrélation avec la résistance à la cowdriose. Afin d’accomplir cette tâche il faut détecter des régions très polymorphiques distribuées de façon égale sur le génome pour servir de repères. Ainsi, des portions du génome impliquées dans la détermination d’un caractère donné peuvent être suivies dans des populations. De tels repères existent, ce sont les microsatellites; ils ont déjà été utilisés avec succès pour cartographier certains traits de la souris et de l’espèce humaine. Des séquences microsatellites sont composées de répétitions de di- ou tri-nucléotides, le polymorphisme étant basé sur le fait que le nombre de répétitions peut varier entre individus. Si elles sont flanquées par des séquences non-répétitives, elles peuvent être détectées facilement parla technique de réaction en chaîne de polymérase (RCP). Des amorces délimitant cinq microsatellites, caractérisés auparavant dans le génome bovin, ont été appliquées avec succès au génome caprin. De l’ADN de 70 chèvres, dont 30 chèvres Créole, 10 Sahélienne, 10 Guinéenne, 10 de race Saanen et 10 de race Alpine, a été préparé et soumis à la RCP. Du polymorphisme a été détecté dans les cinq satellites et 3, 4, 8, 14 et 15 allèles ont été démontrés respectivement pour chaque microsatellite. D’autres microsatellites ont été trouvés utiles et seront soumis à des tests plus approfondis. En même temps, des familles de chèvres Créole sont constituées par croisements d’animaux résistants et sensibles. La technologie décrite ici sera appliquée à l’ADN de chèvres de la génération F1 pour déterminer si la ségrégation d’une région polymorphe donnée est liée au caractère de la résistance à la cowdriose.

Les nombreuses différences qui existent entre les organismes illustrent que le processus de variation est un phénomène universel en biologie. Ces variations sont particulièrement observables chez les espèces sexuées, entre mâles et femelles. Comprendre les différents facteurs biologiques, environnementaux et génétiques, à l'origine de ce dimorphisme sexuel est le cœur de mon sujet de thèse. Pour cela, j’ai établi un nouveau modèle d'étude, l’insecte semi-aquatique Microvelia longipes. Ces insectes ont évolué un dimorphisme sexuel spectaculaire où les mâles présentent une croissance extrême et hypervariable spécifiquement au niveau de la troisième paire de pattes. Pour étudier ce phénomène, nous avons, en premier lieu, émis l’hypothèse que cette croissance exagérée était associée à des pressions de sélection sexuelle. Nous avons mis en évidence la présence de compétition intense entre males, qui utilisent leurs pattes arrière comme arme, pour s’accoupler avec les femelles. Les males à pattes plus longues gagnent souvent dans ces combats, expliquant l’importance adaptative de ces pattes exagérées chez les mâles. De plus, nous montrons que l’intensité que mettent les mâles à se battre est associée aux variations de taille de pattes chez les mâles, de la même espèce ou d’espèces différentes. Nous avons également développé un génome et une approche transcriptomique comparant les sexes et les pattes afin d’identifier les gènes responsables de cette croissance exagérée. Ceci a permis de dresser une liste de gènes dont l’expression corrèle avec l’exagération de la croissance des pattes chez les mâles et d’identifier des régions génomiques associées à la sélection sexuelle
From the DNA molecule to the more complex phenotypes, variation is a universal process in life and living organisms. The innumerable differences that exist between species are probably one of the most manifest examples. Yet, all this diversity would never have occurred in nature without some pre-existing divergence within species. One of the most striking examples of intraspecies variation appears in sexual organisms, between males and females. Understanding the environmental and genetic factors influencing sexual divergence is a longstanding question in evolutionary biology. To this end, I focus here on a new insect model system, Microvelia longipes, which has the particularity to have evolved an extreme case of sexual dimorphism in the rear legs. Males display exaggerated long rear legs compared to females but also an extreme variability in these leg lengths from one male to another. We identified that M. longipes males use their exaggerated legs as weapons during male-male competition. Males with longer legs have more chance to access females on egg-laying sites and therefore increase their reproductive success. Moreover, fitness assays and comparative studies between Microvelia species revealed that the intensity of male competition was associated with the exaggeration and hypervariability of the rear legs in M. longipes males. In a second approach, we studied the developmental and genomic basis of this sexual dimorphism through a comparative transcriptomic analysis and identified genes and genomic regions associated with male exaggerated legs and ultimately with sexual selection. Overall, the integrative approach used in this work allows to establish Microvelia longipes as a promising new model system to study the influence of sexual selection in adaptive evolution

Les microbes sont affectés par les perturbations environnementales qui affectent la stabilité fonctionnelle des communautés microbiennes. Cependant, leurs réponses sont complexes, difficiles à élucider et les mécanismes de la stabilité fonctionnelle sont encore mal compris. Dans cette thèse, j'ai étudié les réponses microbiennes aux perturbations environnementales, des populations uniques aux communautés complexes. Dans le cas d'une population unique, nous avons étudié la réponse transcriptionnelle de populations bactériennes uniques dont la niche varie le long d'un gradient environnemental. Pour aborder les conséquences des perturbations au niveau de la communauté, nous avons établi et testé un protocole de cryoconservation de communautés microbiennes complexes afin d'améliorer la reproductibilité des études expérimentales avec des assemblages de communautés microbiennes aquatiques naturelles comme sources d'inoculum. En outre, nous avons exposé expérimentalement des communautés microbiennes aquatiques complexes à des perturbations pulsées afin d'étudier les conséquences de ces perturbations sur les changements structurels de la communauté et les paramètres fonctionnels généraux, tels que l'efficacité de la croissance bactérienne. Enfin, nous avons inspecté plus en détail les conséquences des perturbations pulsées sur les processus impliqués dans le cycle de l'azote. Au cours de cette thèse, je me suis particulièrement intéressé aux isolats et aux communautés provenant d'habitats aquatiques côtiers qui fournissent d'importants services écosystémiques
Microbes are impacted by environmental disturbances affecting the functional stability of microbial communities. However, their responses are complex, difficult to elucidate and the mechanics of functional stability are still poorly understood. In this thesis, I investigated microbial responses to environmental disturbances from single populations to complex communities. For the single population approach, we addressed the transcriptional response of single bacterial populations with varying niche breadths along an environmental gradient. To address the consequences of disturbances at the community level, we have established and tested a protocol for cryopreserving complex microbial communities to improve the replicability of experimental studies with natural microbial aquatic community assemblies as inoculum sources. Furthermore, we have experimentally exposed complex aquatic microbial communities to pulsed disturbances to study the consequences of such disturbances on community structural changes and broad functional parameters, such as bacterial growth efficiency. Finally, we have inspected in more detail the consequences of pulsed disturbances on processes involved in nitrogen cycling. During this thesis, I particularly focused on isolates and communities that originated from coastal aquatic habitats that provide important ecosystem services

La spéciation est le processus évolutif au cours duquel une espèce se scinde en deux lignées qui divergent en accumulant des barrières reproductives, jusqu'à l’acquisition d’un isolement reproductif total. Durant ce processus, les lignées divergentes peuvent toujours s’échanger des gènes par hybridation, mais le flux génique est progressivement limité par l’accumulation des barrières. Il en résulte une semi-perméabilité des génomes, où certains locus s’échangent librement entre lignées et restent indifférenciés tandis que d’autres n’introgressent pas, contribuant ainsi à l’établissement de régions génomiques divergentes, appelées îlots génomiques de spéciation. L'étude de l’établissement, l’accumulation, l’érosion et la maintenance de ces barrières et de leurs effets sur la semiperméabilité des génomes de lignées en cours de spéciation permet de comprendre comment de nouvelles espèces se forment. L'avènement des techniques de séquençage à haut débit a permis de caractériser le paysage génomique de divergence chez de multiples lignées en cours de spéciation à travers l’arbre du vivant. Ces études ont permis de mesurer l’influence de l’histoire démographique et de l’architecture génomique comme déterminants majeurs du paysage génomique de divergence. Toutefois, d'autres facteurs pourraient intervenir et expliquer la diversité des trajectoires évolutives pouvant conduire ou non à la spéciation. Le principal objectif de cette thèse est d'évaluer l'impact des traits d'histoire de vie des espèces sur la spéciation. Nous avons choisi d’étudier 20 espèces de poissons marins subdivisées en deux lignées (Atlantique et Méditerranéenne), et présentant une large diversité de niveaux de divergence et de traits d’histoire de vie. Dans le premier chapitre, nous avons étudié les déterminants de la diversité génétique, substrat sur lequel s’établit la divergence lors de la séparation initiale des lignées. Nous avons observé que la longévité adulte des po issons marins est corrélée négativement à la diversité génétique, et nous avons démontré que cette relation pouvait s’expliquer par une plus grande variance du succès reproducteur chez les espèces longévives à cause de stratégies reproductives particulières aux poissons marins (forte mortalité juvénile, faible mortalité adulte et augmentation de la fécondité avec l’âge). Puis, dans un second chapitre, nous avons détecté une grande diversité d’histoires évolutives entre espèces, caractérisée par un fort gradient de divergence génétique entre lignées atlantiques et méditerranéennes. Ce gradient reflète en partie le niveau de semi-perméabilité des génomes. Les espèces à faible différentiation présentent un isolement reproductif faible, alors que les espèces les plus fortement différenciées montrent un isolement reproductif quasi-complet. Les traits d’histoire de vie des espèces expliquent en partie cette diversité de niveaux d’isolement via différents mécanismes. La durée de vie larvai re influence négativement la différenciation génétique en modulant les capacités de dispersion, l’effet de la taille du corps indique un effet négatif de l’abondance long-terme sur la divergence, et la longévité semble impacter le nombre de générations écoulées depuis la séparation ancestrale. En conclusion, les 20 espèces étudiées présentent une variabilité surprenante d’histoires évolutives au regard des similitudes de leur histoire biogéographique et leur architecture génomique. Les relations entre traits d’histoire de vie et histoire évolutive des espèces sont complexes, mais nous avons pu éclairer certaines d’entre elles en décomposant l’implication des traits dans les différentes étapes de la spéciation. L’application de l’approche de génomique comparative développée au cours de cette thèse dans d’autres zones de suture permettra d’étendre nos connaissances des déterminants du tempo et du mode de la spéciation
Speciation is the evolutionary process through which a species splits into two lineages that diverge and accumulate reproductive barriers, until complete reproductive isolation is achieved. During this process, the diverging lineages can still exchange genes by hybridisation, but gene flow is progressively restricted by the accumulation of barriers. This results in semi-permeable genomes, whereby some loci exchange freely between lineages and remain undifferentiated while others do not introgress, thus contributing to the establishment of divergent genomic regions, called genomic islands of speciation. The study of the establishment, accumulation, erosion and maintenance of these barriers and their effects on the semipermeability of the genomes of lineages undergoing speciation helps to understand how new species are formed. The advent of high-throughput sequencing techniques has made it possible to characterise the genomic landscape of divergence in multiple lineages undergoing speciation across the tree of life. These studies have shown the influence of the demographic history and genomic architecture as major determinants of the genomic landscape of divergence. However, other factors could intervene and explain the diversity of evolutionary trajectories that may or may not lead to speciation. The main objective of this thesis is to assess the impact of species' life history traits on speciation. We have chosen to study 20 marine fish species subdivided into two lineages (Atlantic and Mediterranean), and presenting a wide diversity of degrees of divergence and life history traits. These traits are thought to impact on the intensity of genetic drift, dispersal abilities and generation time of the species. In the first chapter, we studied the determinants of genetic diversity, the substrate on which divergence is built during the initial separation of lineages. We observed that adult longevity of marine fishes is negatively correlated w ith genetic diversity, and we demonstrated that this relationship could be explained by a greater variance in reproductive success in long-lived species due to reproductive strategies specific to marine fishes (high juvenile mortality, low adult mortality and increased fecundity with age). Then, in a second chapter, we discovered a great diversity of evolutionary histories between species, characterised by a strong gradient of genetic divergence between Atlantic and Mediterranean lineages. This gradient partly reflects the level of semi-permeability of the genomes. Species with low differentiation show low reproductive isolation, whereas the most highly differentiated species show almost complete reproductive isolation. Species' life history traits partly explain this diversity in isolation levels via different mechanisms. Larval duration negatively influences genetic differentiation by modulating dispersal capacities, the effect of body size indicates a negative effect of long-term abundance on divergence, while longevity seems to impact the number of generations elapsed since ancestral separation. In conclusion, the 20 species studied show a surprising variability of evolutionary histories considering the similarities of their biogeographic history and genomic architecture. The relationships between life-history traits and the evolutionary history of the species proved to be complex, but we were nevertheless able to shed light on some of them by decomposing the involvement of traits in the different stages of speciation. The application of the comparative genomics approach developed in this thesis to other suture zones will further extend our knowledge of the determinants of the tempo and mode of speciation

La mise en place de la sélection génomique rend possible l’inclusion de nouveaux caractères dans les objectifs de sélection, en profitant des marges offertes par l’augmentation du progrès génétique sur les caractères historiques. En parallèle, les attentes des éleveurs, de la société et des filières orientent la sélection génétique vers des objectifs plus larges et complexes. Deux groupes de nouveaux caractères ont été analysés dans le cadre de l’amélioration génétique des bovins laitiers : les caractères de carcasse des jeunes bovins de races mixtes et les caractères de résistance aux lésions podales en race Holstein, afin de préparer la mise en place d’une sélection génétique et génomique de ces caractères. Pour ces deux caractères, les modèles d’évaluation polygénique les plus pertinents ont été développés et les paramètres génétiques correspondant ont été estimés. Ces derniers révèlent que la sélection génétique des caractères de carcasse des jeunes bovins sera relativement aisée, alors que celle de la résistance aux lésions podales sera plus difficile, mais possible, du fait de l’existence d’une variabilité génétique. Ils mettent également en évidence qu’un progrès génétique sur les caractères de carcasse des jeunes bovins n’est pas génétiquement opposé à un progrès génétique sur la production laitière. Ils mettent enfin en évidence deux groupes de lésions podales génétiquement distinctes. Par ailleurs, plusieurs stratégies pour prendre en compte la nonexhaustivité des données de lésions podales ont été testées. Plusieurs approches d’évaluation ont été comparées. Pour les deux groupes de caractères, l’approche dite « Single-Step Genomic BLUP » s’est révélée la plus prometteuse, même si les autres approches génomiques « en deux étapes », donnaient des résultats aux caractéristiques relativement proches. Ces études ont mené à la mise en place d’évaluations génétiques et génomiques en routine pour les deux groupes de caractères, pour lesquelles les méthodes d’évaluation classiques ont été retenues par souci de cohérence avec les évaluations actuelles, tout en démontrant l’intérêt d’une évolution vers l’approche en une étape à moyen terme. Les principales questions soulevées et les grandes étapes identifiées lors des études de ces deux caractères ont été rassemblées au sein d’une ébauche de méthodologie pour le développement d’évaluations génétiques pour de nouveaux caractères
The implementation of genomic selection makes possible the inclusion of new traits in breeding goals, by taking advantage of the opportunities coming from the increased genetic trend on traits currently under selection. Breeders, breeding companies and society all have changing expectations regarding genetic selection. Two groups of new traits were analyzed in the context of genetic improvement of dairy cattle: carcass traits of young bulls in dual-purpose breeds and claw health traits in Holstein, in order to prepare the implementation of genetic and genomic selection on these traits. For both sets of traits, suitable genetic evaluation models were developed and genetic parameters were estimated. Genetic parameters reveal that genetic selection of carcass traits of young bulls appears to be fairly easy and that selection of claw health traits is going to be more difficult, but possible, given the existing genetic variation. They also highlight that there is no strong negative genetic correlation between carcass traits of young bulls and dairy production traits. Finally, they reveal that there are two genetically distinct groups of claw health traits. Several strategies to account for non-exhaustive recording of cows for trimming were tested. Several evaluation approaches were compared. For both sets of traits, Single-Step Genomic BLUP was the most promising approach, although other (two-step) genomic approaches allowed for relatively similar accuracies and control of bias. These studies led to the implementation of routine genetic and genomic evaluations for both sets of traits, for which a usual two-step genomic approach was preferred over Single-Step Genomic BLUP for consistency with the current evaluation of other traits. However these two examples illustrate the benefit of implementing routine Single-Step Genomic BLUP evaluations. The main questions and principal steps identified in these studies were gathered into tentative guidelines for the development of genetic evaluations for new traits

Des changements de méthylation de l'ADN peuvent affecter l'expression des gènes et pour certains être transmis au travers des générations. De telles " épimutations " qui concernent des groupes de cytosines à proximité ou dans les gènes sont donc une source potentielle de variation phénotypique héritable en absence de changements de la séquence de l'ADN. Chez les plantes la méthylation de l'ADN est cependant principalement observée au niveau des séquences répétées. Il reste à déterminer dans quelle mesure les changements de méthylation au niveau de ce type de séquences peuvent être héritées et affecter les phénotypes. Afin de répondre à ces questions, plus de 500 épiRIL (epigenetic Recombinant Inbred Lines) quasi-isogéniques a été générée chez Arabidopsis thaliana. Cette population a été obtenue par le croisement d'un parent sauvage et d'un parent mutant pour le gène DDM1 présentant une très forte réduction du taux de méthylation de l'ADN. Après un rétrocroisement de la F1 avec une plante sauvage, les individus sauvages pour le gène DDM1 ont été sélectionnés et propagées sur 6 générations par autofécondation. Nous avons montré par l'analyse du méthylome de plus de 100 épiRIL que l'hypométhylation induite par ddm1 présente selon les séquences affectées différents degrés de transmission au travers des générations. La réversion de l'hypométhylation concerne des régions associées à une abondance élevée en sRNA de 24 nt. Nous avons utilisé l'hypométhylation stablement transmise dans les épiRIL induite par ddm1 afin de détecter des QTL (Quantitative Trait Loci) affectant le temps de floraison et la longueur de la racine primaire, deux caractères pour lesquels les variations observées dans les épiRIL présentent une héritabilité importante. En dernier lieu, nous avons recherché par différentes approches les variations causales de ces QTL.

L'élucidation des liens réciproques unissant le génotype et le phénotype constitue un objectif central de la biologie moderne. De nombreux aspects de l'évolution à l'échelle moléculaire sont ainsi connus pour répondre aux caractéristiques démographiques ou d'histoire de vie des espèces. En particulier, la théorie quasi-neutre postule que les petites populations accumulent davantage de substitutions faiblement délétères dans leur génome, en raison d'une dérive génétique accrue. La composition en bases, à travers le mécanisme de la conversion génique biaisée, s'est également révélée obéir à l'influence de paramètres macroscopiques. Cependant, l'élaboration et la vérification empirique de ces théories se sont bien souvent fondées sur une gamme limitée de groupes d'organismes, incluant principalement les mammifères. Dans cette thèse, sur la base de l'étude comparative de plusieurs dizaines de transcriptomes, nous avons étendu à l'échelle des amniotes la compréhension des déterminants des patrons moléculaires observés. Grâce à l'analyse simultanée des principaux clades de reptiles, oiseaux et mammifères, nous avons pu confirmer et généraliser le rôle majeur de la taille efficace des populations sur la capacité des espèces à purger les changements d'amino-acide désavantageux, tout en exhibant un comportement inattendu du ratio dN/dS chez les oiseaux – soulevant au passage une énigme stimulante. La conversion génique biaisée est apparue comme le principal moteur de l'évolution du taux de GC des séquences codantes chez les vertébrés, y compris chez les reptiles et les poissons, dont la composition génomique homogène en avait masqué l'action. En parallèle, l'exploitation des relations entre traits d'histoire de vie et paramètres moléculaires nous a permis de réaliser de nouvelles avancées concernant l'objectif de reconstruction des masses ancestrales, pour lequel nous nous sommes focalisés sur l'ordre des cétartiodactyles, qui se caractérise aujourd'hui par une majorité de grosses espèces (comme le chameau, la girafe ou les cétacés). L'analyse combinée du marqueur mitochondrial, encore jamais testé, et des marqueurs nucléaires, incluant une vingtaine de transcriptomes nouvellement séquencés, a témoigné en faveur du résultat singulier d'un ancêtre cétartiodactyle de petite taille, comme suggéré par la paléontologie, démontrant ainsi le potentiel prometteur des données de séquence à dévoiler le passé des organismes
Understanding the reciprocal influence between genotype and phenotype has been a long-standing goal of modern biology. Many aspects of evolution at the molecular level are well known to respond to demographic or life history characteristics of species. In particular, the nearly-neutral theory postulates that small populations accumulate a heavier load of slightly deleterious substitutions in their genome as a result of increased genetic drift. Base composition has also been shown to reflect the influence of macroscopic parameters through the mechanism of GC-biased gene conversion. However, the development and empirical validation of these theories are mostly based on a restricted diversity of organisms, in which mammals stand as a major contributor. In this thesis, using a comparative approach and tens of transcriptomes, we aimed at extending to Amniota our understanding of the determinants of molecular evolutionary patterns. With the incorporation of all clades of reptiles, we confirmed the major role of the effective population size on species ability to purge deleterious amino-acid changes, while revealing a paradoxical response of the dN/dS ratio in birds, raising a stimulating enigma. The biased gene conversion also emerged as the main driver of coding sequence GC content in vertebrates, including reptiles and fishes, whose genomic homogeneity had kept its signal hidden for long. In parallel, the relations between life-history traits and molecular parameters have enabled us to investigate and make progress in the field of ancestral body mass reconstruction. We focused on the Cetartiodactyla order, a group which is mainly characterized by large extant species (such as camel, giraffe or whales). The combined analysis of the yet untested mitochondrial marker and nuclear genes, including 21 newly sequenced transcriptomes, testified in favor of the singular result of a small cetartiodactyl ancestor, in agreement with the palaeontological record, demonstrating the strong potential of DNA sequences to reveal the past of organisms

Les protocoles de détection de QTL varient selon le modèle étudié, car ils dépendent de nombreux paramètres. Cette thèse s’est intéressée à la façon d’adapter ces protocoles à travers deux exemples de recherches de QTL chez la Poule, en utilisant deux méthodes statistiques différentes : maximum de vraisemblance (MV) et régression linéaire (RL), qui ont été comparées. Dans un premier temps, des QTLs de résistance au portage de salmonelles ont été identifiés, d’effets faibles et dont les positions varient selon la méthode utilisée. Dans un deuxième temps, des QTLs de caractères de digestibilité et d’anatomie du tube digestif ont été identifiés, avec des résultats semblables avec les deux méthodes. De nombreux QTLs d’effets faibles à modérés ont été identifiés. Les résultats de cette thèse montrent que la comparaison des deux méthodes est toujours utile et car dans certaines conditions les résultats obtenus diffèrent entre les deux méthodes
The QTL detection protocols vary depending on the model studied, because they depend on many parameters. This thesis has focused on how to adapt these protocols through two examples of QTL detection in Chicken, using two different statistical methods: maximum likelihood (ML) and linear regression (LR), which results were compared on two examples. Initially, QTLs controlling resistance to Salmonella carrier-state have been identified, of small effects and whose positions vary according to the method. In a second step, QTLs controlling digestibility and anatomy of the gastro-intestinal tract were identified with similar results for both methods. Many QTLs of small to moderate effects were identified. The results of this thesis show that the comparison of the two methods is always helpful as under certain conditions the results may vary with the method

L’étude de la l’adaptation de traits complexes passe par deux approches complémentaires. La première approche vise à décrire les architectures et les bases génétiques de variation naturelle adaptative. La seconde approche, vise à décrire les échelles géographiques de la variation phénotypique et les facteurs écologiques agissant comme pressions de sélection sur le trait étudié. Ces deux approches sont utilisées pour étudier la variation naturelle de traits phénologiques chez Arabidopsis thaliana.Les architectures et les bases génétiques de la variation naturelle de traits phénologiques, phénotypés dans deux environnements, ont été étudiées en tirant avantage de la combinaison ‘genome-wide association (GWA) mapping’ et cartographie de QTL. Cette combinaison a permis de mettre en évidence que les effets alléliques et l’identité des gènes liés à la variation naturelle étaient fortement dépendants de l’environnement et que les populations naturelles pourraient avoir suivi des marches adaptatives différentes. La caractérisation phénologique, écologique et génétique d’un échantillonnage hiérarchique de populations d’A. thaliana a mis en évidence que la variation des traits phénologiques était adaptative à une échelle très locale en réponse à de nombreux facteurs climatiques et édaphiques. Cette double approche génomique - écologie suggère que l’étude des marches adaptatives des populations naturelles d’A. thaliana vers des optimums phénotypiques doit passer par l’étude des architectures et des bases génétiques à différentes échelles géographiques, suivant un dispositif hiérarchisé et que l’estimation de la variation naturelle doit s’effectuer dans des conditions réalistes
Two complementary approaches need to be considered in the study of adaptation. The first approach aims at describing the genetic architectures and the genetic bases of phenotypic variation in order to better understand the adaptive walk followed by natural populations toward a phenotypic optimum. The second approach aims to identify the environmental grain of the ecological factors acting as selective pressures in natural populations. In this work we studied the natural variation of phenological traits in Arabidopsis thaliana. We used a powerful combination of genome wide association (GWA) mapping and traditional QTL mapping to fine map the genetics of phenological traits measured under two environments. This dual mapping strategy revealed a strong environmental dependency of both allelic effect and identity of the genes underlying natural variation, but also that natural A. thaliana populations may have followed different adaptive walks. A. thaliana populations were sampled according a hierarchical geographic pattern and characterized ecologically, phenologically and genetically. This strategy revealed that phenological traits were adaptive to fine-grained environmental conditions defined by both climate and soil conditions. In the study of the adaptive walks followed by A. thaliana natural populations, this two sided approach, combining both genomics and ecology, suggests that the description of the genetic architectures and the identification of causal genes should be performed at different spatial scales, following a hierarchical geographic design, and that phenotypes must be measured in ecologically realistic conditions

La variabilité phénotypique existante au sein d’une population est d’une importance cruciale ; elle permet l’adaptation à de nouvelles conditions par la sélection naturelle de traits bénéfiques. La variabilité phénotypique est le résultat du polymorphisme génétique de chaque individu, couplé à l’influence de divers facteurs environnementaux. Ces travaux ont pour objectif d’élucider quels sont les facteurs génétiques responsables de la variabilité phénotypique de chaque individu afin de comprendre comment celle-ci évolue de génération en génération et peut s’accentuer au-delà des prédispositions parentales. Finalement, les résultats obtenus seront utilisés pour prédire un phénotype à partir d’un génotype inconnu. Nous avons utilisé des techniques de phénomique et de génomique de haut débit pour décomposer avec une précision inédite la variabilité phénotypique d’une large population de souches diploïdes de Saccharomyces cerevisiae. Le génotype exact de plus de 7000 souches uniques a ainsi été obtenu via le croisement et le séquençage de souches haploïdes distinctes. Nous avons mesuré la capacité de croissance de ces souches et identifié les composants génétiques influant sur ce trait. De plus, nous avons identifié des « loci de caractères quantitatifs » additifs et non-additifs, et étudié la fréquence du phénomène d’hétérosis et ses mécanismes. Enfin, en utilisant les données phénotypiques et génotypiques de la même population de levures, nous avons pu prédire les traits de chaque individu avec une presque parfaite exactitude. Ces travaux ont ainsi permis d’identifier avec précision les facteurs génétiques modulant la variation phénotypique d’une population diploïde, et de prédire un trait à partir du génotype et de l’ensemble des données phénotypiques. En plus de ce projet, nous travaillons aussi sur l’identification des bases génétiques à l’origine de la non-viabilité des gamètes, ainsi que sur la compréhension des caractères complexes chez des souches hybrides intra-espèce. De par l’étude de 9000 gamètes séquencés issus de six hybrides différents, nous avons pour objectif de caractériser leur profil de recombinaison et d’observer quelle est l’influence du fond génétique sur ce dernier. De plus, nous avons caractérisé la capacité de croissance de ces gamètes dans neuf conditions environnementales différentes et nous prévoyons de disséquer l’architecture génétique de ces traits dans différents fonds génétiques
The phenotypic variation between individuals in a population is of crucial importance. It allows populations to evolve to novel conditions by the natural selection of beneficial traits. Variation in traits can be caused by genetic or environmental factors. This work endeavors to study the genetic factors that underlie phenotypic variation in order to understand how variation can be created from one generation to the next; to know what genetic mechanisms are most prominent; to learn how variation can extend beyond the parents; and finally, to use this in order to predict phenotypes of unknown genetic constellations. We used large scale phenomics and genomics to give an unprecedented decomposition of the phenotypic variation in a large population of diploid Saccharomyces cerevisiae strains. Constructing phased outbred lines by large scale crosses of sequenced haploid strains allowed us to infer the genetic makeup of more than 7,000 colonies. We measured the growth of these strains and decomposed the phenotypic variation into its genetic components. In addition, we mapped additive and nonadditive quantitative trait loci, we investigated the occurrence of heterosis and its genetic basis, and using the same populations we used phenotypic and genetic data to predict traits with near perfect accuracy. By using the phased outbred line approach, we succeeded in giving a conclusive account of what genetic factors define phenotypic variation in a diploid population, and in accurately predicting phenotypes from genetic and phenotypic data. Beyond the phased outbred line project, I am currently investigating the genetic basis of gamete inviability and complex traits in intraspecies yeast hybrids. Using 9,000 sequenced gametes from six different hybrids we aim to characterize their recombination landscape and how the genetic background influences it. Furthermore, we have phenotyped these gametes in nine conditions and will dissect the genetic architecture of these traits across multiple genomic backgrounds

La vitesse à laquelle les séquences d’ADN évoluent varie selon les espèces. Ces différences peuvent venir de caractéristiques intrinsèques de l’espèce (taux métabolique, traits d’histoire de vie) ou de son environnement (rayonnements ionisants). L’objectif de cette thèse est de tester les principales hypothèses expliquant les variations de taux d’évolution moléculaire entre les espèces. Pour cela, les particularités des Asellidae souterrains ont été couplées avec des données de séquençage nouvelle génération dans le génome nucléaire et le génome mitochondrial. L’utilisation des Asellidae comme modèle biologique nous permet d’avoir, au sein du même groupe, des espèces ayant indépendamment effectuées une transition vers le milieu souterrain. Cette transition étant accompagnée de nombreux changements, tant biologiques (longévité, taux métabolique, temps de génération) qu’environnementaux, elle nous permet, au sein du même groupe, de pouvoir comparer des espèces contrastées en termes de longévité, de taille de populations, de rayonnements ionisants ou encore de productivité et de température. De plus, parce que ces organismes dispersent peu, ils persistent dans le même environnement durant de nombreuses générations, permettant de préciser et de quantifier les facteurs responsables de variations du taux d’évolution moléculaire entre les espèces.Cette approche nous a permis de mettre en évidence un effet du temps de génération sur le taux d’évolution du génome nucléaire mais pas sur le génome mitochondrial. Un effet de la radioactivité naturelle, d’une ampleur analogue à celle du temps de génération a également été mis en évidence. Enfin, l’étude des variations des taux d’évolution moléculaire à une échelle globale a révélée des biais dans les calculs des taux de substitutions qui devront être pris en compte dans les études cherchant a établir le lien entre le taux de mutations et la diversification
The rate at which DNA accumulates substitutions varies widely among species. Rate variations have been imputed to species intrinsic features (metabolic rate, life history traits) or to the environment characteristics (ionizing radiations, selection pressure). The aim of this PhD project was to investigate the main hypotheses explaining variations in the rate of molecular evolution between species. To achieve that, we combined the unique properties of subterranean isopods from the Asellidae family and high-throughput sequencing data from the nuclear and mitochondrial genome. Asellidae species have made multiple independent transitions to subterranean environments where subterranean species have repeatedly evolved a lower metabolic rate, a longer lifespan and a longer generation time. Moreover, because they are poor dispersers, they are exposed to the same environment across many generations, allowing us to compare species with long-term contrasted features in term of life history traits and environmental characteristics. We found that generation time negatively impact the rate of molecular evolution in the nuclear genome whereas the mitochondrial rate remained unchanged. We also found an increase of the mutation rate for species living in naturally highly radioactive environments. Finally, the study of the rate of molecular evolution variation at a global scale brought forward a systematic bias which needs to be taken into account in studying the link between the mutation rate and diversification