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De nos jours, de nombreuses études suggèrent que les programmes de développement de chaque individu seraient susceptibles d’être modifiés. Les changements phénotypiques acquis pourraient persister tout au long de la vie de l’individu et même être transmis à la génération suivante. Bien que le mécanisme exact de cette préservation ne soit pas encore bien compris, de nombreuses observations suggèrent que les altérations épigénétiques en réponse à l’influence des facteurs environnementaux seraient responsables de cette hérédité. Le nombre croissant de facteurs externes tels que le stress social, la pollution environnementale et les changements climatiques rend difficile l’adaptation à ce nouvel environnement. Selon la théorie de l’origine développementale des maladies humaines, formulée par David Barker, les conditions environnementales rencontrées au cours des premières phases du développement peuvent avoir des effets à long terme sur les phases ultérieures de la vie. Ce phénomène est lié à la plasticité biologique du développement, qui permet une reprogrammation des fonctions physiologiques en réponse à différents stimuli. L’exposition in utero à des polluants environnementaux accroîtrait la prédisposition à des pathologies survenant dans les phases précoces et tardives de la vie, non seulement pour les générations présentes mais aussi les suivantes. Nous avons résumé ici des résultats d’études épidémiologiques et épigénétiques menées ces dernières années sur des données humaines afin de savoir si les effets transgénérationnels observés dans des organismes modèles peuvent également exister chez l’homme.

Le changement climatique, les contraintes économiques et les préoccupations sociétales pour une agriculture durable vont fortement influencer les systèmes de production animale et nécessitent une caractérisation plus fine de la capacité d’adaptation du génome des animaux à des fluctuations environnementales tout au long de leur vie, dès le stade embryonnaire. L’impact environnemental au niveau du génome est notamment caractérisé par la variabilité de marques épigénétiques (notamment de la méthylation de l’ADN). Elles interviennent dans la régulation de l’expression des gènes et peuvent également être transmissibles à la descendance. L’analyse des marques épigénétiques est rendue possible grâce au développement de technologies de séquençage haut-débit innovantes et d’outils bioinformatiques adaptés. La question scientifique majeure de cette thèse est l’étude chez l’oiseau des effets de l’environnement (injection de molécules contaminantes) pendant le développement embryonnaire, et de leur transmission entre générations. Les travaux ont été réalisés chez la caille, excellente espèce modèle d’intérêt agronomique pour l’étude de ces phénomènes. Le premier objectif consiste à caractériser la réponse de l’organisme face aux variations de l’environnement embryonnaire par l’analyse de (i) données phénotypiques (ponte et croissance) et (ii) de méthylation de l’ADN (RRBS et WGBS) issues de cailles ayant reçu directement une injection dans l’oeuf de génistéine, bisphénol A (perturbateurs endocriniens) ou 5Aza (inhibiteur de l’ADN méthyltransférase). Un effet significatif des différentes molécules injectées sur la croissance des cailles a été mis en évidence, les individus injectés ayant un poids plus faible que les individus non injectés, sans impacter les caractères de ponte. L’analyse de méthylation a été réalisée au moyen d’un pipeline bioinformatique permettant d’effectuer une analyse différentielle du taux de méthylation entre plusieurs conditions expérimentales. Ces analyses ont permis d’identifier des régions différentiellement méthylées entre les conditions expérimentales, mettant en évidence un effet des molécules sur des gènes liés aux voies métaboliques (croissance), au comportement (développement du système nerveux central, transport des lipides et réponse au cholestérol) et à la reproduction (maturité sexuelle). La deuxième partie consiste à caractériser la réponse de l’épigénome aux effets de l’environnement trois générations après l’injection dans l’oeufs de la molécule génistéine (phytooestrogène présent notamment dans le soja). Deux ’épilignées’ de caille (Epi+ et Epi-) ont été produites en utilisant des oeufs fécondés provenant de la même population fondatrice. L’analyse des données de méthylation de l’ADN, issues de deux techniques de séquençage différentes (WGBS et ONT) réalisées sur des échantillons de la troisième génération de ce dispositif, a pu mettre en évidence que l’exposition à la génistéine, lors du développement embryonnaire, impacte la méthylation de l’ADN de la descendance trois générations après injection. L’analyse de méthylation différentielle entre les deux épilignées a permis d’identifier des régions différentiellement méthylées en lien avec des gènes impliqués dans des voies métaboliques, dans le développement du cerveau et dans la reproduction. Ces résultats sont en accord avec les effets observés sur les caractères de reproduction et de comportement. Même si les effets génétiques ont été minimisés, une cause génétique à certains différentiels de méthylation observés n’a pas pu être écartée. Cependant, parmi les régions identifiées, certaines semblent bien être liées à une transmission épigénétique transgénérationnelle des effets de l’environnement. L’information de ces marques épigénétiques pourrait être prise en compte dans les schémas de sélection par l’utilisation de modèles de “transmissibilité” incluant les informations génétiques et épigénétiques de chaque individu
Climate change, economic constraints and societal concerns about sustainable agriculture are going to have a major impact on animal production systems, requiring more detailed characterisation of the capacity of the animal genome to adapt to environmental fluctuations throughout an individual’s life, from the embryonic stage onwards. The environmental impact on the genome is characterized in particular by the variability of epigenetic marks (particularly DNA methylation). These marks play a role in regulating gene expression and could also be passed on to offspring. The analysis of epigenetic marks has been made possible by the development of innovative highthroughput sequencing technologies and appropriate bioinformatics tools. The major scientific question of this thesis is the study in birds of the effects of the environment (injection of contaminating molecules) during embryonic development, and their intergenerational transmission. This work has been done in quail, which is a good model species of agronomic interest for the study of these phenomena. The first objective was to characterise the organism’s response to variations in the embryonic environment by analysing (i) phenotypic data (laying and growth) and (ii) DNA methylation data (RRBS and WGBS) from quails injected directly into the egg with genistein, bisphenol A (endocrine disruptors) or 5Aza (a DNA methyltransferase inhibitor). A significant effect of the different molecules injected on quail growth was demonstrated, with injected individuals weighing less than non-injected individuals, without any impact on egg-laying characteristics. Differential methylation analysis was made possible by the development of a bioinformatics pipeline enabling differential analysis of the methylation rate between several experimental conditions. These analyses enabled us to identify regions that were differentially methylated between experimental conditions, highlighting an effect of the molecules on genes linked to metabolic pathways (growth), behaviour (development of the central nervous system, lipid transport and response to cholesterol) and reproduction (sexual maturity). The second part consists of characterising the response of the epigenome to the effects of the environment three generations after the injection into the egg of genistein (a phytoestrogen found notably in soya). Two quail ’epilines’ (Epi+ and Epi-) were produced using fertilised eggs from the same founder population. Analysis of DNA methylation data from two different sequencing techniques (WGBS and ONT) from the third generation of this animal design showed that exposure to genistein during embryonic development has an impact on DNA methylation in the offspring three generations after injection. Differential methylation analysis between the two epilines identified differentially methylated regions linked to genes involved in metabolic pathways, brain development and reproduction. These results are consistent with the effects observed on reproductive and behavioural traits. Although genetic effects were minimised, a genetic cause for some of the observed methylation differentials could not be ruled out. However, some of the regions identified appear to be linked to transgenerational epigenetic transmission of environmental effects. Information from these epigenetic marks could be taken into account in selection schemes by using a ’transmissibility’ model that includes the genetic and epigenetic information of each individual

L’histoire de vie d’un individu influence son phénotype et celui de sa descendance. Les différentes composantes du système d’héritabilité incluant l’héritabilité génétique et l’héritabilité non génétique et leurs interactions, sont importantes pour générer ces phénotypes héritables. L’héritabilité de ces phénotypes peut permettre aux parents de transmettre à leurs progénitures une meilleure capacité d’adaptation aux changements rapides de l’environnement local. L’huitre creuse Crassostrea gigas est un organisme marin d’intérêt économique majeur en tant que principale espèce d’huitre produite dans le monde. L’incapacité des huitres à se mouvoir et leur condition d’organismes filtreurs les rendent très sensibles aux pressions environnementales. Ainsi la présence de polluants et d’organismes pathogènes dans l’environnement aquatique peuvent avoir des conséquences néfastes pour les huitres, allant jusqu’à induire des mortalités massives. Les objectifs de ma thèse ont été d’appréhender la part de différents mécanismes d’héritabilité (génétique, épigénétique et microbiote) dans la réponse environnementale des huitres à deux stress environnementaux et d’améliorer les connaissances des mécanismes de transmission de l’information épigénétique chez les mollusques. Au cours de ma thèse, j’ai ainsi (i) réalisé une étude bibliographique afin d’identifier les facteurs épigénétiques principalement étudiés dans la réponse environnementale chez des espèces de mollusques, ainsi que leur aspect transgénérationnel ; (ii) étudié l’influence d’une exposition parentale à un pesticide polluant, le diuron, sur le méthylome et l’expression des gènes des descendants de la génération suivante et (iii) caractérisé l’impact génétique, épigénétique, transcriptomique et microbiotique d’une exposition microbienne précoce sur la résistance des huitres au Pacific Oyster Mortality Syndrome (POMS) induisant des mortalités massives sur les juvéniles, ceci sur trois générations successives. Les principaux résultats de ma thèse ont permis de mettre en évidence l’influence de stress environnementaux sur le phénotype via des modifications du méthylome des huitres et de leur descendance. Dans le cadre de la réponse au POMS, l’exposition microbienne a permis d’améliorer la résistance des huitres et constitue donc un phénotype adaptatif illustrant le rôle potentiel des mécanismes épigénétiques dans l’évolution adaptative
Individual life history influences the phenotype and the phenotype of offspring. The different component of the heritability system including genetic and non-genetic heritability and their interactions are key mechanisms to generate these heritable phenotypes. Phenotype heritability can allow parents to transmit a better adaptive capacity in response to rapid local environmental changes, to their offspring. The pacific oyster Crassostrea gigas is a marine organism of economic interest as the main producing oysters worldwide. Oyster are sessile and filtering organisms which made them very sensitive to environmental pressures. Thus, the presence of pollutants and pathogens in the aquatic environment can have harmful consequences on oysters potentially leading to oysters’ death. The main objectives of my thesis were to decipher the part of different heritable mechanisms (genetic, epigenetic and microbiota) in the environmental response of oysters to two environmental stresses and to improve our knowledge about epigenetic transmission information in molluscs. During my PhD, I (i) realized a bibliographic study to identify main epigenetic factors implied in environmental response and heritability in molluscs ; (ii) study the influence of a parental exposure to a pesticide, the diuron, on the methylome and the gene expression of offspring and (iii) characterized the genetic, epigenetic, transcriptomic and microbiotic impact of an precocious microbial exposure on the survival capacity of pacific oyster when faced to Pacific Oysters Mortality Syndrome, a disease, inducing massive mortalities in oysters’ juveniles, thus on three generation. The main results of my PhD allow to highlight the influence of environmental stresses on phenotype by methylome modifications of oysters and their offspring. In the case of the response to POMS, the microbial exposure as allowed to improve the oysters’ resistance and constitute so an adaptive phenotype illustrating the potential role of epigenetic mechanisms in adaptive evolution

Des études récentes ont montré que la variabilité de l’épigénome des plantes est un acteur important dans la réponse des plantes aux stress abiotiques et biotiques. La hernie, causée par le protiste Plasmodiophora brassicae, est une maladie racinaire majeure des Brassicaceae cultivées dont la résistance quantitative est considérée comme résultant principalement de la ségrégation de multiples allèles. L'objectif de ma thèse est d'établir s'il existe, chez Arabidopsis thaliana, une variabilité épigénétique héritable à l'origine de variations de la réponse à l’infection par la hernie. Pour répondre à cet objectif, une approche non ciblée d’épigénétique quantitative a été réalisée en utilisant la population épiRIL ddm1-2 x Col-0. Dix-sept QTL sous contrôle épigénétique (QTLépi), regroupés en 6 régions génomiques, ont ainsi été détectés, 5 d’entre eux étant sous la dépendance de la température.Finalement, deux régions identifiées comme impliquées dans la réponse à la hernie ont été caractérisées plus finement. La région du gène majeur de résistance à la hernie RPB1, qui colocalise avec 3 QTLépi, présente une variation génomique prépondérante dans les écotypes d’Arabidopsis potentiellement due à des mouvements d’éléments transposables. Le QTL Pb-At5.2 est sous le contrôle d’une épimutation régulant l’état de méthylation et l’expression de deux gènes NLR. Les résultats obtenus montrent que la résistance quantitative à la hernie est associée à des variations de la méthylation de l’ADN stables et héritables suggérant un modèle complexe de régulation de la résistance où la combinai
Recent studies have shown that plant epigenome variability is an important factor in plant response to abiotic and biotic stress. Clubroot caused by the protist Plasmodiophora brassicae is a major disease of Brassicaceae whose quantitative resistance is supposed to result from many allele segregation. The aim of my work is to understand if, in Arabidopsis thaliana, an inherited epigenetic variability can lead to variations in clubroot resistance. For that, an untargeted approach of quantitative epigenetics was carried out using the epiRIL population ddm1-2 x Col-0. Seventeen QTL under epigenetic control (QTLepi), clustered in 6 genomic regions, were detected, 5 of them being temperature-dependant.Finally, two regions previously identified as involved in clubroot response were finely studied. The region of the major clubroot resistance gene RPB1, which colocalizes with three QTLepi, shows major genomic variations in Arabidopsis ecotypes potentially due to movements of transposable elements. The QTL Pb-At5.2 is depending on one epimutation controlling the methylation state and the expression of two NLR genes. The results obtained demonstrate that the clubroot quantitative resistance is associated with inherited stable DNA methylation variations suggesting a complex model of resistance regulation where favourable alleles and epialleles association is necessary to obtain an optimal resistance

Les mécanismes épigénétiques régulent de nombreux processus cellulaires et sont essentiels pour en établir l'identité. Le travail effectué pendant mon doctorat visait à déterminer si l'exposition à un polluant environnemental, le chlordécone (CD), pouvait affecter les principales marques épigénétiques du système reproducteur chez la souris et si ces changements pouvaient être hérités par les générations suivantes par héritage épigénétique transgénérationnel. Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse ont révélé qu'une exposition développementale au CD conduit à une altération de la méiose chez les souris mâles et femelles, entraîne une réduction des cellules reproductrices viables, à la fois la spermatogonie et les spermatozoïdes chez les mâles, et les ovocytes chez les femelles. Les modifications morphologiques sont accompagnées d'une modification de l'occupation de l'histone H3K4me3 dans les gènes liés à la régulation de la pluripotence. Par ailleurs des études ont été menées sur le sang du cordon ombilical des garçons de la cohorte TIMOUN dont la concentration interne en CD est connue. Ces travaux ont permis de constater que l'exposition au CD provoque des changements de tri-méthylation des principales marques histones impliquées dans le maintien de la stabilité génétique. Le séquençage de l’exome complet a permis la détection des mutations de novo dans des gènes codant pour des protéines ayant des fonctions importantes, telles que la réparation de l'ADN et le métabolisme. L'analyse comparative des données d’exposition des souris et des humains a révélé que certains gènes étaient modifiés dans les deux organismes, notamment les gènes liés à l'organisation des chromosomes, aux facteurs de transcription et aux fonctions métaboliques. En résumé, nos études ont apporté des preuves de la capacité du CD à induire des altérations épigénétiques et génétiques. Il reste nécessaire d’étudier plus en détail les gènes identifiés et les mécanismes moléculaires affectés par le CD à l'aide de modèles in vivo et in vitro
Epigenetic mechanisms regulate many cellular processes and they are critical for establishing cell identity. The work performed during my Ph.D. aimed to determine whether exposure to an environmental pollutant, chlordecone (CD), could affect the major epigenetic marks in the reproductive system in directly-exposed mice and whether these changes could be inherited by subsequent generations through epigenetic transgenerational inheritance. Our work revealed that direct developmental exposure to CD leads to impairment of meiosis in male and female mice, causes a reduction in viable reproductive cells, i.e., both spermatogonia and spermatozoid, and oocytes in females. The altered morphological changes were accompanied by altered histone H3K4me3 occupancy in the genes related to pluripotency regulation. We also performed studies in the umbilical cord blood of males from the TIMOUN cohort with the known internal concentration of CD. We found that exposure to CD causes epigenetic changes in major histone trimethylation marks important for the maintenance of genetic stability. Using whole exome-sequencing, we detected de novo mutations in genes encoding proteins with important functions, such as DNA repair and metabolic genes. Comparative analysis of mice and human exposures revealed some common genes to be altered in both organisms, notably genes related to chromosome organization, transcription factors, and metabolic functions. In summary, our studies brought some evidence for the ability of CD to induce epigenetic and genetic alterations. Identified genes and molecular mechanisms affected by CD will be further investigated using in vivo and in vitro model systems

Afin de protéger durablement les écosystèmes face aux rejets planifiés ou accidentels de radionucléides dans l’environnement, il est essentiel d’évaluer l’impact de l’exposition des organismes aux radiations ionisantes sur le long terme, à l’échelle de plusieurs générations. Dans ce contexte, ce travail de doctorat vise à améliorer la caractérisation des processus moléculaires et la prédiction des effets transgénérationnels lors d’une exposition aux radiations gamma. Une approche expérimentale concerne l’étude des modifications épigénétiques radio-induites, c’est-à-dire des modifications des mécanismes régulant l’activité des gènes sans modification de la séquence d’ADN elle-même et de leur transmission au fil des générations. Cette étude a permis de mettre en évidence que certaines modifications de la méthylation de l’ADN, l’un des mécanismes épigénétiques les plus étudiés, peuvent être transmises par la lignée germinale aux les générations non-exposées (génération F3) suite à une exposition parentale (génération F0) externe aux radiations gamma (6,5 µGy.h-1 et 41,3 mGy.h-1) pendant 25 jours. Dans une seconde approche, un modèle mécaniste DEBtox (Budget Energétique Dynamique appliqué à la toxicologie) est modifié pour permettre l’analyse des effets des radiations gamma sur la croissance et la reproduction de D. magna à l’échelle de plusieurs générations. Pour ce faire, on utilise des compartiments de dommage, dont le niveau peut être hérité d’une génération à la suivante. Le modèle est ajusté aux données avec des méthodes d’inférence bayésienne afin d’estimer les paramètres tout en tenant compte des incertitudes qui leur sont associées
In order to durably protect ecosystems facing planned or accidental releases of radionuclides, the long-term impact of organism exposure to ionizing radiation must be studied on a multigenerational scale. The aim of this PhD is to improve the characterization of molecular processes and the prediction of transgenerational effects during a gamma irradiation. First, an experimental approach investigated on radio-induced modifications of epigenetic processes, i.e. changes in mechanisms that regulate gene expression without changing DNA sequence itself and on the transmission of these modifications to subsequent generations. Significant changes in DNA methylation, a well-studied epigenetic mechanism, detected in generation F3 clearly showed that epigenetic modifications could be transmitted to unexposed generations, in response to the exposure of a parental generation (F0) to external gamma radiation (6.5 µGy.h-1 et 41.3 mGy.h-1) for 25 days. Second, a mechanistic modelling approach used a modified version of the DEBtox model (Dynamic Energy Budget model applied to toxicology) in order to analyze effects of gamma radiation on D. magna growth and reproduction over several generations. To that end, damage compartments, with damage levels that were transmitted from one generation to the next, were included. The model was fitted to data using Bayesian inference methods, in order to estimate the parameters while considering their associated uncertainty

Les notions selon lesquelles l’exposition environnementale peut être mémorisée et puisse dans des conditions défavorables favoriser l’apparition d’épimutations soulèvent la question d’une possible transmission transgénérationnelle chez l’Homme lorsque les gamètes sont atteints.Afin de répondre à la question du risque de transmission de dérégulation épigénétique (épimutation) chez l’Homme, nous l’avons abordé selon deux axes. Le premier nous a permis d’évaluer le risque de transmission intergénérationnelle chez un patient présentant un syndrome de Silver-Russell (SRS) et nous avons pu démontrer pour la première fois l’efficience de la reprogrammation épigénétique chez l’Homme pour des régions soumises à empreinte : disparition du défaut de méthylation du locus H19/IGF2 causal dans les gamètes du patient ainsi qu’une absence de transmission à sa descendance. Le second nous a conduit à dépister la présence d’épimutations spermatiques à partir de deux modèles : 1/ de pères d’enfants atteints de pathologies liées à l’empreinte parentale et 2/ de patients atteints de cancer testiculaire. Dans les 2 cas, l’analyse par pyroséquençage de leurs spermatozoïdes n’a pas mis en évidence de défaut d’empreinte. Néanmoins, nous avons retrouvé une association entre oligozoospermie et défaut d’empreinte spermatique.Le principal défi des études à venir est d’identifier les mécanismes intervenant dans l’apparition de ces épimutations. Les principales pistes convergent vers les petits ARNs non codants ou certaines régions de l’ADN dont les marques épigénétiques pourraient (au moins partiellement) échapper aux contrôles mis en place lors des phases successives de reprogrammation épigénétique
The notion that environmental exposure can be memorized and promote epimutation (defined as defects on DNA methylation) raises the question of possible epigenetic transgenerational transmission in humans. To address whether an epimutation could be transmitted in humans, we pursued two axes. First, the evaluation of intergenerational transmission in the family of a Silver-Russell patient has shown, for the first time, the efficiency of epigenetic reprogramming in humans, specifically on imprinted regions. Indeed, no imprinted defect on causal H19/IGF2 locus was detected in the patient’s spermatozoa or in the DNA of his daughter. The second axis was to assess the presence of sperm epimutations 1/ from fathers of children diagnosed with imprinted syndromes and 2/ from men presenting testicular seminoma. Pyrosequencing analyses on imprinted genes did not reveal any alteration of sperm DNA methylation, though we confirmed an association between oligozoospermia and sperm imprinting defects.The next step will be to identify the mechanisms involved in the origin of the sperm epimutation. The main hypotheses converge to small non-coding RNAs or certain DNA regions which escape to controls setting up (at least partially) at the time of epigenetic reprogramming

À l’heure actuelle, les démarches écotoxicologiques (i.e. bioessais de laboratoire, approches biomarqueurs, tests in situ) évaluent les effets des contaminants majoritairement sur des temps de réponse courts, qui ne correspondent pas à l’échelle temporelle de la dynamique des populations. En plus de la toxicité manifestée au cours de l’exposition chimique, des effets peuvent pourtant s’observer plus tardivement au cours de la vie des organismes, voire de leur descendance. Ces effets différés peuvent avoir une influence importante sur la démographie, la résilience et l’acquisition de tolérance des populations ainsi que leur vulnérabilité face à de nouvelles perturbations environnementales. Leur étude constitue ainsi un véritable enjeu pour améliorer la compréhension des réponses des populations au stress chimique dans les écosystèmes. Dans ce contexte, l’objectif général de cette thèse a été d’explorer les effets intergénérationnels et transgénérationnels de l’exposition aux contaminants et leurs conséquences sur le fonctionnement des populations de l’espèce sentinelle Gammarus fossarum (Crustacé). Le parti-pris expérimental appliqué tout au long de ce travail combinant expérimentation multi-génération et modélisation en dynamique de population, a consisté à mettre en œuvre des expositions limitées à la génération parentale initiale (F0), puis à suivre le développement de trois générations successives en milieu non contaminé. Compte-tenu de l’implication potentiellement importante des mécanismes épigénétiques dans l’apparition d’effets différés, la méthylation globale des cytosines de l’ADN a été explorée pour la toute première fois chez cette espèce. Cette marque épigénétique s’est avérée être sensible au stress thermique, chimique avec le cadmium et à la privation alimentaire dans des conditions contrôlées au laboratoire. Une variabilité importante du niveau de base du biomarqueur entre populations naturelles de Gammarus fossarum a également été observée. Par ailleurs, suite à des expositions parentales de 3 semaines au cadmium et à la 3,4dichloroaniline, nous avons mis en évidence l’existence d’effets en cascade sur les traits d’histoire de vie de G. fossarum jusqu’à la troisième génération de descendants, après plus d’un an d’expérimentation. Nos travaux suggèrent également un rôle prépondérant des compromis entre les traits d’histoire de vie et entre les générations dans l’émergence des effets différés. Ces compromis se traduisent par un maintien de la capacité démographique de la population suite à l’exposition parentale au cadmium et sont ainsi certainement contraints par la stratégie d’histoire de vie de Gammarus fossarum. Au bilan, ces résultats soulignent l’intérêt de mener des études au-delà de la première génération de descendants et de généraliser les études à long terme sur les espèces environnementales non-modèles de laboratoire pour améliorer la compréhension des réponses populationnelles à la contamination et la pertinence écologique de l’évaluation actuelle des risques
Most of the current ecotoxicological approaches (i.e. laboratory bioassays, biomarker, in situ tests) assess the effects of contaminants at the individual level on short response time, that do not match the time scale of population dynamics. In addition to toxicity occurring during the chemical exposure of individuals, effects can arise later along the lifetime of organisms and of their progeny. Such delayed effects can lead to significant impact on population demography, resilience and tolerance, as well as on population vulnerability to new environmental disruptions. Studying these effects is a real challenge to improve the understanding of population response to chemical stress in ecosystems. In this context, the main purpose of this thesis was to explore intergenerational and transgenerational effects of parental contaminant exposure and their consequences on the functioning of the populations in the sentinel species Gammarus fossarum (Crustacea). To do so, challenging oneyear lab experiment together with population dynamics modelling were performed. The experimental statement was to only expose the parental generation (F0) and then to monitor the development of successive generations in an uncontaminated environment. Assuming a prevalent involvement of epigenetic mechanisms in the onset of delayed effects, this work explored for the first time the global genomic cytosine methylation level in Gammarus fossarum. The studied epigenetic mark was shown to be sensitive to heat stress, chemical stress (cadmium) and to food starvation in controlled laboratory conditions. A substantial variability in the basal level between several natural populations of Gammarus fossarum was also recorded. In the light of the multi-generational experiments, cascading effects were observed on G. fossarum life history traits until the third offspring generation after the parental exposure to cadmium or 3,4-dichloroaniline. In addition, a significant role of trade-offs between life-history traits and between generations can be suggested in the emergence of delayed effects. These trade-offs translate into the maintenance of demographic population capacity after the parental cadmium exposure and could be consequently constrained by life history strategy of Gammarus fossarum. Hence, these results highlight the interest of expanding the studied response time beyond the first offspring generation and of studying the long-term effects of chemical stress in non-target environmental species. Such approaches can be suggested to improve the understanding of natural population responses to contamination and to upgrade the ecological relevance of the current risk assessment

Les facteurs environnementaux, tels que les pesticides, peuvent induire des changements phénotypiques dans une variété d'organisme incluant les mammifères. Nous avons étudié chez la souris les effets d'un pesticide largement utilisé, l'atrazine (ATZ), sur la méiose, une étape clé du processus de spermatogenèse. L'utilisation des méthodes de puces à ADN (Gene-Chip) et de séquençage de chromatine immunoprécipité (ChIP-seq) nous a permis de mettre en évidence l'effet de l'ATZ sur une variété de fonctions cellulaires, incluant l'activité GTPase, la fonction mitochondriale et le métabolisme des hormones stéroïdes. De plus, les souris traitées présentent un enrichissement des marques d'histone H3K4me3 au niveau des régions de forte recombinaison (sites de cassures double brin) de gènes très long et une réduction de ces mêmes marques au niveau des régions pseudo-autosomal du chromosome X. Nos données démontrent que l'exposition à l'ATZ interfère avec le déroulement normal de la méiose, ceci affectant la production des spermatozoïdes. Nous avons trouvé que les marques H3K4me3, chez la souris mâle, sont largement affectées par l'ATZ grâce à l'utilisation de technique de séquençage du génome entier. La reprogrammation embryonnaire nécessite l'action coordonnée d'un grand nombre de gène et de facteurs épigénétiques afin de permettre la transition de cellules somatique en cellules germinales. Les modifications épigénétiques imposées pendant la transition des cellules somatiques en cellules germinales et affectées par des expositions nocives, peuvent être héritées et transmises aux générations suivantes via les gamètes. Dans cette étude, nous avons examiné l'héritage des histones modifié aux générations suivantes. Nous avons exposés des femelles gestantes CD1 non consanguines à l'ATZ et les mâles issus de ces femelles ont été croisés pendant trois générations avec des femelles non traitées. Nous avons démontré ici que l'exposition à l'ATZ réduit le nombre de spermatozoïdes sans affecter la morphologie cellulaire ou la proportion des différents types cellulaires constituant l'épithélium séminifère chez les individus issus de la 3ème génération après traitement. Beaucoup de gènes associés avec la réparation de l'ADN, la reproduction et les fonctions mitochondriales sont dérégulés chez les mâles issus de la 3ème génération après traitement. De façon importante, l'exposition à l'ATZ change dramatiquement l'initiation de la transcription, l'épissage et la polyadénylation alternative des ARN. Nous avons aussi observé chez les mâles F3 issus de souris traitées à l'ATZ une altération de la localisation des marques H3K4me3 dans le promoteur de gène associé à la régulation de processus métaboliques cellulaires, à la régulation de la transcription et à la mitose. Les changements de localisation des marques H3K4me3 chez les mâles F3 issus de souris traitées à l'ATZ correspondent à des changements de la localisation de ces marques au niveau de gènes impliqués dans la différenciation des cellules de type souche de la génération F1.Nos données suggèrent que l'héritage transgénérationnel est permis grâce à de multiples voies et repose sur le statut épigénétique de gènes impliqués dans la différenciation des cellules de type souches tels que Pou5f1 et Sox2, l'action des facteurs de transcription et la rétention d'histones dans le sperme
Environmental factors such as pesticides can cause phenotypic changes in various organisms, including mammals. We studied the effects of the widely used herbicide atrazine (ATZ) on meiosis, a key step of gametogenesis, in male mice. We demonstrate that exposure to ATZ reduces testosterone levels and the number of spermatozoa in the epididymis and delays meiosis. Using Gene-Chip and ChIP-Seq analysis of H3K4me3 marks, we found that a broad range of cellular functions, including GTPase activity, mitochondrial function and steroid-hormone metabolism, are affected by ATZ. Furthermore, treated mice display enriched histone H3K4me3 marks in regions of strong recombination (double-strand break sites), within very large genes and reduced marks in the pseudoautosomal region of X chromosome. Our data demonstrate that atrazine exposure interferes with normal meiosis, which affects spermatozoa production.We found that the H3K4me3 marks in male mice are broadly affected by the widely used herbicide atrazine with genome wide ChIP-sequencing. Embryonic reprogramming requires the coordinated action of many genes and epigenetic factors to perform somatic to germline transition. The epigenetic modifications imposed during somatic to germline transition and affected by harmful exposure can be inherited and transferred to subsequent generations via the gametes. In this study, we examine the inheritance of altered histone modifications by subsequent generations. We exposed pregnant outbred CD1 female mice to the widely used herbicide atrazine (ATZ), and the male progeny were crossed for three generations with untreated females. We demonstrate here that exposure to ATZ reduces the number of spermatozoa without changing the cell morphology or types in testis tissue in the third generation after treatment. Many genes associated with DNA repair, reproduction and mitochondrial function became dysregulated in the third generation (F3) of males after treatment. Importantly, exposure to ATZ dramatically changes the transcription initiation, splicing and alternative polyadenylation of RNA. We also observed altered occupancy of H3K4me3 markers in the F3 generation of ATZ-derived males in gene promoters associated with the regulation of cellular metabolic processes, transcriptional regulation and mitosis. The changes in H3K4me3 occupancy in F3 ATZ-derived males correspond to changes in the H3K4me3 occupancy of stem cell differentiation genes in the F1 generation. Our data suggest that transgenerational inheritance is accomplished through multiple pathways and relies on the epigenetic state of stem cell differentiation genes such as Pou5f1 and Sox2, transcription factor action and sperm histone retention