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Pseudomonas aeruginosa is an opportunistic human pathogen and a leading cause of nosocomial infections. This Gram-negative bacterium possesses one of the most complex regulatory networks, which allows it to sense and adapt to a wide variety of environmental conditions. In this work, several aspects of P. aeruginosa regulation were investigated. A new transcription factor (TF), ErfA, was found involved in the regulation of the ExlBA-dependent virulence in the PA7-like lineage of P. aeruginosa strains. The study of exlBA regulation in several Pseudomonas species revealed a diversity of regulatory mechanisms for this virulence factor due to differences in promoter cis-regulatory elements, which illustrated a mechanism of regulatory network evolution between closely related species. This type of promoter diversity was further investigated at a genome-wide scale and was found to be very common across all genes. Additionally, the characterization of all regulators sharing ErfA domain architecture allowed the definition of this family of TFs as comprising local, specialized regulators involved in the inhibition of small metabolic pathways. To go further into P. aeruginosa transcriptional regulation, the genome-wide determination of the regulons of all DNA-binding response regulators allowed the delineation of the two-component systems regulatory network, which comprises more than half of all genes of the bacterium. Finally, the investigation of post-transcriptional regulation through the comparative determination of RNA interactomes of Hfq between strains and growth phases identified numerous new common or specific regulatory interactions., Pseudomonas aeruginosa est un pathogène opportuniste pour l’humain et une des premières causes d’infections nosocomiales. Cette bactérie Gram-négative possède un des réseaux de régulation les plus complexes, ce qui lui permet de s’adapter à un grand nombre d’environnements différents. Durant cette thèse, différents aspects de la régulation chez P. aeruginosa ont été investigués. Un nouveau facteur de transcription (FT), ErfA, a été identifié comme impliqué dans la régulation de la virulence dépendante d’ExlBA dans le groupe phylogénétique des souches PA7-like de P. aeruginosa. L’étude de la régulation d’exlBA dans plusieurs espèces de Pseudomonas a révélé une diversité de mécanismes de régulation pour ce facteur de virulence due à des différences de séquences régulatrices dans les promoteurs, ce qui illustre un mécanisme d’évolution de la régulation entre espèce proches. La diversité de promoteurs a été étudiée à l’échelle du génome et s’est révélée être relativement commune parmi tous les gènes. De plus, la caractérisation de tous les régulateurs qui possèdent la même architecture protéique que ErfA a permis d’identifier ces FTs comme des régulateurs locaux et spécialisés dans l’inhibition de voies métaboliques. Pour aller plus loin dans l’exploration de la régulation transcriptionnelle, la détermination des régulons de tous les régulateurs de réponses qui sont des FTs a permis la définition du réseau de régulation des systèmes à deux composantes, qui comprend plus de la moitié des gènes de P. aeruginosa. Enfin, l’étude de la régulation post-transcriptionnelle au travers de la caractérisation des interactomes de Hfq dans trois phases de croissance de différentes souches a permis d’identifier de nombreuses nouvelles interactions régulatrices communes ou spécifiques.

Tight and coordinate regulation of virulence determinants is essential for bacterial biology and involves dynamic shaping of transcriptional regulatory networks during evolution. The horizontally transferred two-partner secretion system ExlB–ExlA is instrumental in the virulence of different Pseudomonas species, ranging from soil- and plant-dwelling biocontrol agents to the major human pathogen Pseudomonas aeruginosa. Here, we identify a Cro/CI-like repressor, named ErfA, which together with Vfr, a CRP-like activator, controls exlBA expression in P. aeruginosa. The characterization of ErfA regulon across P. aeruginosa subfamilies revealed a second conserved target, the ergAB operon, with functions unrelated to virulence. To gain insights into this functional dichotomy, we defined the pan-regulon of ErfA in several Pseudomonas species and found ergAB as the sole conserved target of ErfA. The analysis of 446 exlBA promoter sequences from all exlBA+ genomes revealed a wide variety of regulatory sequences, as ErfA- and Vfr-binding sites were found to have evolved specifically in P. aeruginosa and nearly each species carries different regulatory sequences for this operon. We propose that the emergence of different regulatory cis-elements in the promoters of horizontally transferred genes is an example of plasticity of regulatory networks evolving to provide an adapted response in each individual niche.

Pseudomonas aeruginosa is an opportunistic human pathogen and a leading cause of nosocomial infections. This Gram-negative bacterium possesses one of the most complex regulatory networks, which allows it to sense and adapt to a wide variety of environmental conditions. In this work, several aspects of P. aeruginosa regulation were investigated. A new transcription factor (TF), ErfA, was found involved in the regulation of the ExlBA-dependent virulence in the PA7-like lineage of P. aeruginosa strains. The study of exlBA regulation in several Pseudomonas species revealed a diversity of regulatory mechanisms for this virulence factor due to differences in promoter cis-regulatory elements, which illustrated a mechanism of regulatory network evolution between closely related species. This type of promoter diversity was further investigated at a genome-wide scale and was found to be very common across all genes. Additionally, the characterization of all regulators sharing ErfA domain architecture allowed the definition of this family of TFs as comprising local, specialized regulators involved in the inhibition of small metabolic pathways. To go further into P. aeruginosa transcriptional regulation, the genome-wide determination of the regulons of all DNA-binding response regulators allowed the delineation of the two-component systems regulatory network, which comprises more than half of all genes of the bacterium. Finally, the investigation of post-transcriptional regulation through the comparative determination of RNA interactomes of Hfq between strains and growth phases identified numerous new common or specific regulatory interactions., Pseudomonas aeruginosa est un pathogène opportuniste pour l’humain et une des premières causes d’infections nosocomiales. Cette bactérie Gram-négative possède un des réseaux de régulation les plus complexes, ce qui lui permet de s’adapter à un grand nombre d’environnements différents. Durant cette thèse, différents aspects de la régulation chez P. aeruginosa ont été investigués. Un nouveau facteur de transcription (FT), ErfA, a été identifié comme impliqué dans la régulation de la virulence dépendante d’ExlBA dans le groupe phylogénétique des souches PA7-like de P. aeruginosa. L’étude de la régulation d’exlBA dans plusieurs espèces de Pseudomonas a révélé une diversité de mécanismes de régulation pour ce facteur de virulence due à des différences de séquences régulatrices dans les promoteurs, ce qui illustre un mécanisme d’évolution de la régulation entre espèce proches. La diversité de promoteurs a été étudiée à l’échelle du génome et s’est révélée être relativement commune parmi tous les gènes. De plus, la caractérisation de tous les régulateurs qui possèdent la même architecture protéique que ErfA a permis d’identifier ces FTs comme des régulateurs locaux et spécialisés dans l’inhibition de voies métaboliques. Pour aller plus loin dans l’exploration de la régulation transcriptionnelle, la détermination des régulons de tous les régulateurs de réponses qui sont des FTs a permis la définition du réseau de régulation des systèmes à deux composantes, qui comprend plus de la moitié des gènes de P. aeruginosa. Enfin, l’étude de la régulation post-transcriptionnelle au travers de la caractérisation des interactomes de Hfq dans trois phases de croissance de différentes souches a permis d’identifier de nombreuses nouvelles interactions régulatrices communes ou spécifiques.