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The emergence of genomics technologies these recent years, especially those combining single-cell resolution and high throughput sequencing, enable us to characterize physiopathological mechanisms at a resolution never achieved before. Single-cell genomics sequencing allow researcher to highlight previously hidden intra-tissue cellular heterogeneity and its influences on diseases development. Our ability to generate high-throughput and single-cell data opens new perspectives but also brings new challenges to face. In my thesis, I focused on implementing new strategies to address some of these limitations providing with new evidence toward better understanding of early disease mechanisms, focusing on two models: the early epigenetics programming of hematopoietic stem and progenitor cells (HSPCs), and the Alzheimer's Diseases (AD) susceptibility gene BIN1 function on study.In my first model, I leveraged single-cell genomics to decipher early influence of being large for gestational age (LGA) on HSPCs plasticity. We characterized the transcriptional and functional consequences of DNA methylation alterations observed in LGA HSPCs compared to appropriately grown neonates (CTRL) combining single-cell epigenomics, single-cell transcriptomics and in vitro analysis. We found that DNA hypermethylation is associated with hematopoeitic stem cells (HSC) specific chromatin rearrangement in the regulatory network of EGR1, KLF2 and KLF4 transcription factors, affecting genes known to sustain HSCs quiescence and regulate their activation, like SOCS3, JUNB and DUSP2. Furthermore, this network is enriched for genes with decrease expression in LGA compared to CTRL, supporting transcriptional consequences of these epigenetics alterations. Finally, leveraging both single cell resolution of our transcriptomics data and in vitro differentiation analysis, we found a reduce ability of LGA HSC to stay quiescent/undifferentiated in response to stimulations. Together, this single-cell genomics integrative approach supports that human fetal overgrowth affects HSC quiescence signaling via epigenetic remodeling, giving cellular and molecular cues to explain increases disease susceptibilities found in LGA neonates.In my second model, I leveraged single-cell transcriptomics to investigate the role of BIN1, the 2nd most AD associated gene, on human brain models. We investigate the cellular effect of BIN1 deletion on both 2D neuronal culture and 3D cerebral organoid derived from human iPSC. We found that BIN1 loss-of-function leads to specific transcriptional alterations in glutamatergic neurons, resembling to the one found in AD brains, involving several genes associated with calcium homeostasis, ion transport and synapse function. Using functional assay, we found that calcium homeostasis, and neural networks activity was dysregulated in BIN1 deleted brain models, and that BIN1 was able to interact with voltage-gated calcium channel Cav1. Pharmacological calcium channel blocker was able to partially rescue BIN1 mediated neuronal activity dysregulation supporting important BIN1 role in calcium channel regulation. These single-cell approaches have allow to show neuronal specific alteration of BIN1 deletion, and functionally validate role of BIN1 in calcium homeostasis related neuronal activity, while highlight its potential role in AD pathogenesis.; L'émergence des approches de génomiques, en particulier depuis l'apparition des technologies de séquençage à l'échelle de la cellule unique (SGC), nous a permis de caractériser des mécanismes physiopathologiques à une résolution jamais atteinte auparavant. Le SGC a mis en évidence l'hétérogénéité cellulaire intra-tissulaire ainsi que son influence sur le développement des maladies, et ouvert de nouvelles perspectives. Dans ma thèse, j'ai mis en œuvre de nouvelles stratégies pour en tirer profit, fournissant de nouvelles preuves permettant de mieux comprendre les mécanismes précoces des maladies, en me concentrant sur deux modèles : la programmation épigénétique précoce des cellules souches et progéniteurs hématopoïétiques (CSPH), et l'étude du gène BIN1 dans la maladie d'Alzheimer (MA).Dans mon premier modèle, j'ai exploité la technologie de SGC pour étudier l'influence d'un excès de croissance gestationnelle (macrosomie) sur la plasticité des CSPH. Nous avons caractérisé les conséquences transcriptionnelles et fonctionnelles de l'altération de la méthylation de l'ADN observées chez les nouveau-nés macrosomes (NNM). Pour cela, nous avons intégré des données épigénétiques et transcriptionnelles, et validé nos observations avec une analyse fonctionelle de la capacité de ces cellules souches à différencier. Nous avons découvert que l'hyperméthylation de l'ADN chez les NNM est associée à un réarrangement de la chromatine dans les cellules souches hématopoïétiques (CSH), touchant spécifiquement le réseau de régulation des facteurs de transcription EGR1, KLF2 et KLF4, connus pour soutenir la quiescence des CSH et réguler leur activation. Ce réseau inclut notamment SOCS3, JUNB et DUSP2, et est enrichi en gènes dont l'expression est réduite chez les NNM, suggérant que les altérations épigénétiques ont des conséquences sur l'expression de ces gènes. Enfin, grâce à la résolution à la cellule unique de nos données, et à l'analyse de la différenciation in vitro, nous avons constaté une capacité réduite des CSH de NNM à rester quiescentes/indifférenciées en réponse aux stimulations. Cette approche intégrative utilisant la SGC à différents niveaux moléculaires confirme que l'excès de croissance fœtale affecte la signalisation régulant la quiescence des CSH par le biais d'un remodelage épigénétique. Elle nous apporte également des potentiels cibles cellulaires et moléculaires pour expliquer la susceptibilité accrue aux maladies chez les NNM.Dans mon deuxième modèle, j'ai exploité le SGC pour étudier le rôle de BIN1, le deuxième gène le plus associé à la MA, sur des modèles de cerveau humain. Nous avons étudié l'effet de la délétion de BIN1 dans une culture neuronale en 2D et sur un organoïde cérébral en 3D tout deux dérivés de cellules souches pluripotentes induites (iPSC) humains. Nous avons découvert que la perte de fonction de BIN1 entraîne des altérations transcriptionnelles spécifiquement dans les neurones glutaminergiques, ressemblant au changement d'expression trouvé chez les individus affectés par la MA. Ces gènes sont fortement associés à la régulation du calcium dans les neurones, ainsi qu'au transport ionique et à la fonction des synapses. En utilisant des tests fonctionnels in vitro, nous avons découvert que la régulation du calcium et l'activité des réseaux neuronaux étaient altérés dans les modèles cérébraux ou BIN1 était inactivé, et que BIN1 était capable d'interagir avec le canal calcique Cav1. Le blocage de ce canal par un inhibiteur pharmacologique permet d'empêcher partiellement l'altération de l'activité neuronale médiée par BIN1, soutenant son rôle important dans la régulation des canaux calciques. Cette approche de SGC a permis de montrer l'altération spécifique des neurones due à la délétion de BIN1, et valider fonctionnellement le rôle de BIN1 dans l'activité neuronale liée à la régulation du calcium intracellulaire, tout en soulignant son rôle potentiel dans la pathogenèse de la MA.

In eukaryotic cells, DNA is compacted in chromatin and all DNA-related processes including transcription occur in this context. Mediator of transcription regulation is a conserved mutliprotein complex which integrates the transcription factors' regulatory signals and transmits them to the basal transcription machinery. Given its essential role in gene transcription, mutations in its subunits are invovled in a broad range of diseases including cancers. Despite intensive studies, it remains largely unknown how Mediator's functions are coordinated with the other transcription coregulators. We found that several Mediator subunits contact RSC, which is an abundant and essential chromatin remodeling complex in cells. Importance of this complex is highlighted by the involvment of its human homolog named PBAF in cancer : about 20% of cancers have mutations in at least one subunit of this chromatin remodeler family. In this project, we studied Mediator's mechanisms in relation with RSC in transcription. We characterized a physical and functional interaction between the two complexes, mainly by using yeast as a biological model. This project represents an important issue in gene transcription field et allows us to better understand this fundamental cellular process, involved in initiation and development of several serious human diseases.; Dans les cellules eucaryotes, l'ADN est compacté sous forme de chromatine et tous les processus qui y sont liés y compris la transcription se déroulent dans ce contexte chromatinien. Le Médiateur de la régulation transcriptionnelle est un complexe multiprotéique essentiel et conservé qui intègre les signaux de régulation des facteurs de transcription et les transmet à la machinerie transcriptionnelle. Etant donné son rôle essentiel dans la transcription des gènes, des mutations qui l'affectent sont impliquées dans un large spectre de maladies comme le cancer. Bien que le Médiateur ait fait l'objet de nombreuses études, on ne sait pas comment il coordonne ses fonctions avec les autres corégulateurs transcriptionnels. Nous avons observé que plusieurs de ses sous-unités sont en contact avec le remodeleur de la chromatine RSC, très abondant dans la cellule et essentiel pour sa viabilité. L'importance de ce complexe est soulignée par la grande implication de son homologue humain PBAF dans les pathologies cancéreuses : 20 % des cancers portent une mutation dans au moins une sous-unité de cette famille de remodeleurs. Dans ce projet, nous avons étudié les mécanismes d'action du Médiateur en relation avec RSC dans la transcription. Nous avons caractérisé une interaction physique et fonctionnelle entre les deux complexes, en utilisant principalement la levure comme modèle d'étude. Ce projet représente un enjeu majeur dans le domaine de la transcription génique et nous permet de mieux comprendre ce processus cellulaire fondamental, impliqué dans l'établissement et le maintien de nombreuses maladies grave.

Uveal melanoma (UM) is a rare tumor, yet it is the most common intraocular malignancy in adults with 500 new cases per year in France. It arises from the malignant transformation of melanocytes of the uvea, composed of the choroid (90% of cases), ciliary body (6%) and iris (4%). UM is a genetically simple tumor characterized by two major somatic driver events: mutually exclusive mutations of GNAQ, GNA11, PLCB4 or CYSLTR2, initiating tumorigenesis by constitutive activation of the Gaq signaling pathway, and a second event through mutually exclusive mutations that define metastatic risk and patient outcome: loss-of-function mutations of BAP1 associated with its bi-allelic inactivation by monosomy 3 (M3) leads to UM with high metastatic risk and poor prognosis, while disomy 3 (D3) is associated with either SF3B1 or EIF1AX mutations and respectively confer intermediate and low metastatic risk. Prognosis is dismal after occurrence of metastasis in 30-50% of cases, almost invariably to the liver, with a median survival of ∼12 months. Strikingly, individuals of European ancestry with light eyes and fair skin are particularly at risk of developing UM, with a relative risk (RR) of up to 20 in populations of European ancestry compared to those of African or Asian ancestries. However, the absence of ultra-violet (UV) mutational signature and stable UM incidence over the past decades rule out a role for pigmentation protecting against UV light to explain this peculiar epidemiology. Besides, familial cases of UM are seen in 1% of UMs, yet germline mutations of BAP1 are the only strongly predisposing genetic risk factor known so far and only explain a fraction of familial cases, suggesting that genetic risk of UM mostly remains unaccounted for.We hypothesized that some susceptibility alleles could predispose populations of European ancestry to UM. We sought to investigate the genetic predisposing factors in UM following two approaches: (i) a candidate-gene approach by targeted-sequencing of MBD4 in a large consecutive cohort of 1,093 UM patients, allowing us to demonstrate that MBD4 is a UM predisposing gene associated with high-risk M3 UM, conferring a RR = 9.2 of developing UM compared to general population; and (ii) a genome-wide association study in UM followed by a functional genomics study to identify common, low-penetrant UM risk alleles. Through this second approach, we confirmed the UM risk region at chromosome (chr) 5 on the TERT/CLPTM1L locus and further identified two pigmentation susceptibility loci, HERC2/OCA2 (ch15) and IRF4 (chr6). Importantly, these two loci were differentially associated with high-risk, M3 and low-risk, D3 UMs respectively, distinguishing two UM subgroups marked by specific genetic risk factors influencing tumor biology and metastatic potential. Lastly, we functionally characterized the TERT/CLPTM1L UM risk locus. After demonstrating an allele-specific regulation of gene expression at this locus, we narrowed down the genomic region to one functional variant, rs452384, which exhibited allele-specific nuclear factor binding properties. Using a quantitative proteomic approach, we evidenced binding of NKX2.4 transcription factor specifically to the rs452384-T allele. We further show that knockdown of NKX2.4 in UM cell lines results in a subtle yet significant increase in TERT and CLPTM1L expression, representing the first steps towards deciphering the tumorigenic mechanism of this risk locus in UM. Finally, we suggest that rs452384 may mediate its activity through differential telomere length regulation, potentially arising prior to UM tumorigenesis. Taken together, these results shed light on multiple moderate and low-risk genetic predisposition factors in UM, which bring new insights on the underlying biological mechanisms in UM predisposition, and has clinical relevance as patients with MBD4 deficiencies may respond to immunotherapy, resulting in the addition of MBD4 to clinical genetics panels., Le mélanome uvéal (MU) est un cancer rare, mais reste la tumeur intraoculaire la plus fréquente chez l’adulte avec 500 nouveaux cas par an en France. Le MU est lié à la transformation maligne des mélanocytes de l’uvée, composée de la choroïde (90% des cas), du corps ciliaire (6%) et de l’iris (4%). Le MU a une faible charge mutationnelle et comporte deux événements oncogéniques majeurs : l’activation constitutive de la voie de signalisation Gaq par mutations activatrices mutuellement exclusives de GNAQ, GNA11, PLCB4 ou CYSLTR2, et une seconde étape dans la transformation maligne, caractérisée elle aussi par des mutations mutuellement exclusives impactant le risque métastatique : les mutations de BAP1 (associées à une inactivation bi-allélique du gène par perte de l’allèle sauvage par monosomie 3, M3) constituent le MU à haut risque métastatique et mauvais pronostic, tandis que les mutations de SF3B1 ou EIF1AX (associées à la disomie 3, D3) confèrent un risque respectif intermédiaire et faible de métastases. Le très mauvais pronostic du MU métastatique, hépatique dans la majorité des cas, se caractérise par une survie médiane de 12 mois. Le MU est associé aux populations européennes, et aux individus à la peau et aux yeux clairs, avec un risque relatif (RR) 10 à 20 fois plus élevé chez les populations de souche européenne qu’africaine ou asiatique. L’absence de signature UV exclue le rôle des différences de pigmentation dans la protection des UV pour expliquer cette épidémiologie remarquable. De même, les mutations germinales de BAP1, seul facteur de risque génétique à forte pénétrance connu, n’expliquent qu’une partie des cas familiaux du MU, suggérant l’existence d’autres facteurs de prédisposition génétique.Nous avons émis l’hypothèse d’allèles à risque prédisposant les populations européennes au MU. Nous avons utilisé deux approches : (i) l’évaluation du gène candidat MBD4 par criblage de mutations dans une cohorte consécutive de 1,093 patients de MU, nous permettant de démontrer que MBD4 prédispose au MU à haut risque métastatique avec un RR de 9 comparé à la population générale ; et (ii) l’identification de polymorphismes fréquents de risque par étude d’association pan-génomique et la caractérisation de leurs conséquences moléculaires par une étude de génomique fonctionnelle. Nous avons ainsi pu démontrer l’implication de régions de risque sur les chromosomes 5, 6 et 14 (loci respectifs TERT/CLPTM1L, IRF4 et HERC2/OCA2). Les deux derniers loci ont un rôle majeur dans la pigmentation ; nous avons pu montrer leur association différentielle avec le MU à haut (M3) et faible (D3) risque métastatique (HERC2/OCA2 et IRF4 respectivement), indiquant deux facteurs de risque distincts ayant un impact sur le potentiel métastatique. Enfin, la caractérisation fonctionnelle du locus TERT/CLPTM1L nous a permis de démontrer la spécificité allélique de la régulation génique à cette région et d’identifier un variant fonctionnel du MU : rs452384. Celui-ci permet la fixation différentielle de facteurs nucléaires, parmi lesquels nous avons identifié par spectrométrie de masse quantitative NKX2.4, facteur de transcription spécifiquement associé à l’allèle T de rs452384. La sous-expression de NKX2.4 dans des modèles cellulaires du MU résulte en l’augmentation légère mais significative de l’expression des gènes TERT et CLPTM1L, constituant la première étape dans l’élucidation des mécanismes biologiques de cette région de risque. Enfin, nous émettons l’hypothèse que rs452384 régule de manière différentielle la longueur des télomères, avant l’apparition de la tumeur. Ces résultats mettent en avant le rôle de facteurs de risque à pénétrance faible ou modérée dans le MU et l’implication potentielle de mécanismes biologiques sous-jacents. Notamment, l’impact clinique du MU dans un contexte d’inactivation de MBD4 est l’inclusion de MBD4 dans les panels oncogénétiques pourraient permettre l’identification de patients répondant à l’immunothérapie.

Chronic infection by hepatitis B virus (HBV) is a major public health issue and remains the principal cause of progressive chronic liver disease and hepatocellular carcinoma. While the genome and structure of the virus have been studied in great details, the lack of efficient cell culture models has impaired the understanding of molecular interactions between virus and its host cells. However, a better understanding of virus-host interactions is crucial for the development of new efficient antiviral strategy. Recent advances in the characterization of viral entry paved the way to the development of novel infection models available for innovative high-throughput functional genomic studies a unique opportunity to discover new therapeutic targets. The development of these models which were not available in the laboratory and their validation in virus-host interactions studies allowed me the investigation of poorly known viral mechanism as viral detection and escape of HBV from the innate immune response. These models were subsequently used in a functional high-throughput screen that identified CDKN2C as a cellular host factor involved in HBV viral replication. Thus, these works highlight new mechanisms of virus host interactions. They are the starting points of novel research programs contributing to the development of more physiological infection system and characterization of new therapeutic target to eradicate HBV., L’infection chronique par le virus de l’hépatite B (HBV) est un problème majeur de santé publique et est la principale cause de développement de maladies hépatiques chroniques progressives et de carcinome hépatocellulaire. Alors que le génome et la structure du virus ont été étudiés en détail, le manque de modèles d’étude in vitro efficaces a été un frein pour la découverte et la compréhension des interactions moléculaires entre le virus et son hôte. Or, une meilleure compréhension des interactions virus-hôtes est primordiale pour ledéveloppement de nouveaux antiviraux efficaces. Les récents progrès sur la compréhension de l’entrée virale ouvrent la voie au développement de nouveaux modèles d’infection adaptés aux études de génomiquesfonctionnelles à haut débit, opportunité unique pour découvrir de nouvelles cibles thérapeutiques à grande échelle.La mise au point de modèles d’infection non disponibles au laboratoire au début de ma thèse et leur validation dans des études sur les interactions virus-hôte, a permis l’étude d’un mécanisme viral encore mal compris qu’est la détection et l’échappement du HBV à la réponse immunitaire innée. Ces modèles ont par la suite permis demettre au point et de réaliser un criblage fonctionnel à haut débit qui a identifié CDKN2C comme facteur d’hôte impliqué la réplication virale du HBV. Ainsi, les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse ont permis la mise en évidence et la compréhension de différents mécanismes d’interactions du virus avec la cellule hôte lors del’infection. Ils ouvrent la voie au développement de nouveaux systèmes d’infection plus physiologiques et la caractérisation de nouvelles cibles thérapeutiques permettant d’éradiquer le VHB.

Chronic infection by hepatitis B virus (HBV) is a major public health issue and remains the principal cause of progressive chronic liver disease and hepatocellular carcinoma. While the genome and structure of the virus have been studied in great details, the lack of efficient cell culture models has impaired the understanding of molecular interactions between virus and its host cells. However, a better understanding of virus-host interactions is crucial for the development of new efficient antiviral strategy. Recent advances in the characterization of viral entry paved the way to the development of novel infection models available for innovative high-throughput functional genomic studies a unique opportunity to discover new therapeutic targets. The development of these models which were not available in the laboratory and their validation in virus-host interactions studies allowed me the investigation of poorly known viral mechanism as viral detection and escape of HBV from the innate immune response. These models were subsequently used in a functional high-throughput screen that identified CDKN2C as a cellular host factor involved in HBV viral replication. Thus, these works highlight new mechanisms of virus host interactions. They are the starting points of novel research programs contributing to the development of more physiological infection system and characterization of new therapeutic target to eradicate HBV., L’infection chronique par le virus de l’hépatite B (HBV) est un problème majeur de santé publique et est la principale cause de développement de maladies hépatiques chroniques progressives et de carcinome hépatocellulaire. Alors que le génome et la structure du virus ont été étudiés en détail, le manque de modèles d’étude in vitro efficaces a été un frein pour la découverte et la compréhension des interactions moléculaires entre le virus et son hôte. Or, une meilleure compréhension des interactions virus-hôtes est primordiale pour ledéveloppement de nouveaux antiviraux efficaces. Les récents progrès sur la compréhension de l’entrée virale ouvrent la voie au développement de nouveaux modèles d’infection adaptés aux études de génomiquesfonctionnelles à haut débit, opportunité unique pour découvrir de nouvelles cibles thérapeutiques à grande échelle.La mise au point de modèles d’infection non disponibles au laboratoire au début de ma thèse et leur validation dans des études sur les interactions virus-hôte, a permis l’étude d’un mécanisme viral encore mal compris qu’est la détection et l’échappement du HBV à la réponse immunitaire innée. Ces modèles ont par la suite permis demettre au point et de réaliser un criblage fonctionnel à haut débit qui a identifié CDKN2C comme facteur d’hôte impliqué la réplication virale du HBV. Ainsi, les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse ont permis la mise en évidence et la compréhension de différents mécanismes d’interactions du virus avec la cellule hôte lors del’infection. Ils ouvrent la voie au développement de nouveaux systèmes d’infection plus physiologiques et la caractérisation de nouvelles cibles thérapeutiques permettant d’éradiquer le VHB.

In female placental mammals, dosage compensation of X-linked gene expression is achieved early during development through transcriptional inactivation of one of the two X chromosomes (XCI). This process is dependent on Xist, a long non-coding RNA which coats and silences the X chromosome from which it is transcribed. The mechanisms through which Xist initiates transcriptional silencing during XCI remain however completely unknown. In 2015, several studies identified that the SPEN protein binds Xist RNA directly, and its implication in mediating gene silencing was reported. However, its precise function and mechanism(s) of action during XCI are unclear.During my PhD, I made use of a conditional loss of function approach, the auxin inducible degron, to acutely deplete SPEN in mouse embryonic stem cells (mESCs) undergoing XCI. Using this approach, I demonstrate that SPEN is absolutely necessary for chromosome-wide Xist-mediated gene silencing during initiation of XCI. Furthermore, using conditional Spen KO mouse embryos, I show that SPEN is also required for the transcriptional inactivation of the paternal X chromosome during imprinted X inactivation. Depleting SPEN in differentiated cells, in which XCI has been established, reveals that SPEN is neither required to maintain gene silencing nor to preserve the spatial organization of the inactive X chromosome.By combining fixed and live cell imaging of Xist and SPEN, I show that SPEN colocalizes with Xist RNA, and accumulates on the X chromosome, immediately upon Xist upregulation, suggesting that SPEN can initiate gene silencing very early on during XCI. Profiling SPEN chromatin binding sites reveals that SPEN is recruited to promoters and enhancers of active genes specifically. The magnitude of SPEN recruitment to X-linked promoters dictates the efficiency with which these genes will be silenced. Remarkably, SPEN disengages from chromatin after gene silencing, indicating that active transcription required for SPEN’s association with chromatin.Using a functional complementation approach, I identify the SPOC domain as the effector of SPEN’s gene silencing activity during XCI. Artificial tethering of SPOC to Xist RNA results in transcriptional repression along the entire X chromosome, demonstrating that SPOC contains all the sufficient potential to instruct gene silencing during XCI. I further characterize the protein interactors of SPOC using mass spectrometry and reveal that SPOC interacts with several protein complexes involved in repressing transcription, including the NCoR/SMRT (histone deacetylation), the NuRD (nucleosome remodeling/histone deacetylation) and the m6A writing (governing mRNA fate) complexes. Finally, several transcription initiation and elongation factors are found to interact with SPOC, as well as the RNA polymerase II (RNAPII) transcription machinery.I identify that SPOC interacts directly and specifically with the C-terminal domain (CTD) of RNAPII only when the latter is phosphorylated on Ser5, and determine the 3D structure of the SPOC/RNAPII-CTD Ser5-P complex at 1.8Å resolution. These results suggest that SPEN could directly repress transcription during XCI by interfering with RNAPII-CTD Ser5-P templated processes.Altogether, my PhD work reveals that SPEN is essential for chromosome-wide transcriptional silencing during XCI, both in mESCs and in vivo. Following Xist upregulation, SPEN is immediately recruited to active gene promoters and enhancers, silences transcription, and subsequently disengages from chromatin. Through its RRMs and SPOC domains, SPEN acts as a molecular integrator, bridging Xist with histone deacetylases, nucleosome remodelers, RNA methyltransferases and most importantly, the transcription machinery., Chez les mammifères placentaires femelles, la transcription d’un des deux chromosomes X est inactivée (ICX) au cours du développement embryonnaire. Cette inactivation est permise par Xist, un ARN non-codant qui recouvre le chromosome X à partir duquel il est exprimé, induisant ensuite l’extinction transcriptionnelle de tout ce chromosome. Les mécanismes moléculaires par lesquels Xist permet une telle répression des gènes liés à l’X demeurent globalement incompris. En 2015, la protéine SPEN a été identifiée comme interagissant directement avec l’ARN de Xist, mais sa fonction précise ainsi que son mécanisme d’action au cours de l’ICX restaient à découvrir.Au cours de mon travail de thèse, j’ai utilisé la technique du dégron inductible à l’auxine, une approche de type perte de function, permettant de dégrader SPEN à façon dans des cellules souches embryonnaires de souris (CSES) en cours d’ICX. Grâce à cette technique, je démontre que SPEN est absolument necessaire pour la repression transcriptionnelle de tout le chromosome X pendant l’ICX. Aussi, en ayant recours à des embryons de souris Spen KO, je montre que SPEN is tout autant essentiel pour l’inactivation du chromosome X paternel au cours de l’ICX soumise à empreinte. En revanche, la perte de SPEN dans des cellules différenciées, où l’ICX est déjà établie, révèle que SPEN n’est plus requis ni pour maintenir les gènes éteints, ni pour préserver l’organisation tridimensionnelle du chromosome X inactif.Par des approches de microscopie en cellules vivantes, je rapporte ensuite que SPEN est colocalisé avec l’ARN de Xist immédiatement après l’expression de ce dernier, suggérant que SPEN peut initier la répression transcriptionnelle très tôt pendand l’ICX. La caractérisation des sites de liaisons de SPEN à la chromatine révèle que SPEN est recruté uniquement au niveau des promoteurs et des enhancers des gènes actifs. Aussi, la magnitude du recrutement de SPEN aux promoteurs liés à l’X prédit la rapidité avec laquelle les gènes sont inactivés au cours de l’ICX. Enfin, une fois les genes inactivés, SPEN se dissocie de la chromatine, ce qui indique qu’une activité transcriptionnelle est requise pour l’association de SPEN à la chromatine.Par complémentation fonctionnelle, le domaine SPOC est identifié comme l’effecteur principal de l’activité répressive de SPEN pendant l’ICX, et le recrutement « forcé » de SPOC sur l’ARN de Xist suffit à entraîner l’inactivation des gènes à l’échelle du chromosome entier. L’identification de l’interactome protéique de SPOC par spectrométrie de masse révèle que SPOC interagit avec de nombreux complexes impliqués dans la répression transcriptionnelle : NCoR/SMRT (désacétylation des histones), NuRD (remodelage de la chromatine et désacétylation des histones) et la machinerie de méthylation m6A des ARN, ainsi qu’avec la machinerie de transcription (Pol2).En utilisant des approches de biophysique et de biologie structurale, je montre que SPOC interagit directement et spécifiquement avec le domaine C-terminal (CTD) de Pol2, seulement quand ce dernier est phosphorylé sur la Sérine 5. Ces résultats suggèrent que SPEN peut réprimer la transcription directement en interférant avec les évènements transcriptionnels dépendant de Pol2-CTD Ser5P.Ainsi, mon travail de these souligne l’essentialité de SPEN pour éteindre la transcription à l’échelle du chromosome X entier au cours de l’ICX, aussi bien in vitro que in vivo. Immédiatement après l’expression de Xist, SPEN est recruté aux promoteurs et enhancers de gènes actifs, réprime la transcription, puis se dissocie de la chromatin une fois les gènes éteints. Grâce à ses domaines RRMs et SPOC, SPEN joue un rôle d’intégrateur, asociant Xist à des désacétylases des histones, des remodeleurs de la chromatine, mais surtout, à la machinerie de transcription.

International audience; Crown roots constitute the main part of the rice root system. Several key genes involved in crown root initiation and development have been identified by functional genomics approaches. Nevertheless, these approaches are impaired by functional redundancy and mutant lethality. To overcome these limitations, organ targeted transcriptome analysis can help to identify genes involved in crown root formation and early development. In this study, we generated an atlas of genes expressed in developing crown root primordia in comparison with adjacent stem cortical tissue at three different developmental stages before emergence, using laser capture microdissection. We identified 3975 genes differentially expressed in crown root primordia. About 30% of them were expressed at the three developmental stages, whereas 10.5%, 19.5% and 12.8% were specifically expressed at the early, intermediate and late stages, respectively. Sorting them by functional ontology highlighted an active transcriptional switch during the process of crown root primordia formation. Crossanalysis with other rice root development-related datasets revealed genes encoding transcription factors, chromatin remodeling factors, peptide growth factors, and cell wall remodeling enzymes that are likely to play a key role during crown root primordia formation. This atlas constitutes an open primary data resource for further studies on the regulation of crown root initiation and development.

Version deposé et non-validée par les rapporteurs

Biological research is changing. First, studies are often based on quantitative experimental approaches. The analysis and the interpretation of the obtained results thus need computer science and statistics. Also, together with studies focused on isolated biological objects, high throughput experimental technologies allow to capture the functioning of biological systems (identification of components as well as the interactions between them). Very large amounts of data are also available in public databases, freely reusable to solve new open questions. Finally, the data in biological research are heterogeneous (digital data, texts, images, biological sequences, etc.) and stored on multiple supports (paper or digital). Thus, "data analysis" has gradually emerged as a key research issue, and in only ten years, the field of "Bioinformatics" has been significantly changed. Having a large amount of data to answer a biological question is often not the main challenge. The real challenge is the ability of researchers to convert the data into information and then into knowledge. In this context, several biological research projects were addressed in this thesis. The first concerns the study of iron homeostasis in the pathogenic yeast Candida glabrata. The second concerns the systematic investigation of post-translational modifications of proteins in the pathogenic yeast Candida albicans. In these two projects, omics data were used: transcriptomics and proteomics. Appropriate bioinformatics and analysis tools were developed, leading to the emergence of new research hypotheses. Particular and constant attention has also been paid to the question of data reproducibility and sharing of results with the scientific community., Plusieurs évolutions sont constatées dans la recherche en biologie. Tout d’abord, les études menées reposent souvent sur des approches expérimentales quantitatives. L’analyse et l’interprétation des résultats requièrent l’utilisation de l’informatique et des statistiques. Également, en complément des études centrées sur des objets biologiques isolés, les technologies expérimentales haut débit permettent l’étude des systèmes (caractérisation des composants du système ainsi que des interactions entre ces composants). De très grandes quantités de données sont disponibles dans les bases de données publiques, librement réutilisables pour de nouvelles problématiques. Enfin, les données utiles pour les recherches en biologie sont très hétérogènes (données numériques, de textes, images, séquences biologiques, etc.) et conservées sur des supports d’information également très hétérogènes (papiers ou numériques). Ainsi « l’analyse de données » s’est petit à petit imposée comme une problématique de recherche à part entière et en seulement une dizaine d’années, le domaine de la « Bioinformatique » s’est en conséquence totalement réinventé. Disposer d’une grande quantité de données pour répondre à un questionnement biologique n’est souvent pas le défi principal. La vraie difficulté est la capacité des chercheurs à convertir les données en information, puis en connaissance. Dans ce contexte, plusieurs problématiques de recherche en biologie ont été abordées lors de cette thèse. La première concerne l’étude de l’homéostasie du fer chez la levure pathogène Candida glabrata. La seconde concerne l’étude systématique des modifications post-traductionnelles des protéines chez la levure pathogène Candida albicans. Pour ces deux projets, des données « omiques » ont été exploitées : transcriptomiques et protéomiques. Des outils bioinformatiques et des outils d’analyses ont été implémentés en parallèle conduisant à l’émergence de nouvelles hypothèses de recherche en biologie. Une attention particulière et constante a aussi été portée sur les problématiques de reproductibilité et de partage des résultats avec la communauté scientifique.

Version deposé et non-validée par les rapporteurs

La compréhension des relations génotype-phénotype est un des axes les plus important de la recherche en agronomie. Or les interactions génotype-phénotype sont complexes à identifier car elles s'expriment à différentes échelles moléculaires dans la plante et subissent de fortes influences de la part des facteurs environnementaux. Les technologies d'analyses haut-débit ne permettent de capturer que partiellement cette dynamique. Même si ces technologies permettent d'aller toujours plus loin dans l'obtention de nouvelles données, notre connaissance reste encore parcelLaire pour élucider les mécanismes moléculaires qui régissent l'expression des caractères phénotypiques complexes. Les nouveaux défis consistent à comprendre les relations complexes existant entre les différents éléments moléculaires responsables de l'expression du phénome. Cet objectif ne peut être atteint qu'en intégrant des informations de différents niveaux dans un modèle intégrateur utilisant une approche systémique afin de comprendre le fonctionnement réel d'un système biologique. Mon projet de recherche aborde le problème suivant : Comment structurer et gérer la complexité des données biologiques afin d'en extraire de la connaissance permettant d'identifier les mécanismes moléculaires contrôlant l'expression de phénotypes chez les plantes. L'objectif de ce projet sera de déterminer si la représentation d'information sous forme de graphes de connaissances est adaptée pour formuler des hypothèses de recherche permettant de lier le génotype au phénotype. En prenant le riz comme modèle, l'objectif sera de construire des réseaux d'interaction moléculaires à partir de données éparses afin d'identifier les gènes clés pour l'amélioration des plantes. Plusieurs approches de recherche sont envisagées : intégration des données, enrichissement des connaissances, applications sur les graphes de connaissances. Dans ce processus, une première voie consistera à transformer et intégrer dynamiquement ces données dans la base de connaissance AgroLD pour les rendre plus facilement utilisables en terme algorithmique. Une deuxième voie consistera à proposer de nouvelles méthodes d'enrichissement des connaissances. Dans un premier temps, en se focalisant sur des méthodes d'annotation sémantique. Puis, afin d'enrichir les liens entre les différents graphes générés et ainsi produire un réseau d'interaction qui permettra la découverte de nouvelles connaissances, de nouvelles méthodes de liage de données seront développées. Enfin, afin de permettre une recherche d'information efficace, plusieurs méthodes et algorithmes de priorisation de gènes candidats seront évaluées et proposées.

Whole genome sequencing is increasingly used in patients with genetic diseases to diagnose the mutations responsible for the phenotype. However, for a large proportion of sequenced genomes, none of the genes associated with the phenotype have a coding mutation. In these cases, it is possible that a non-coding mutation, located in a cis-regulatory region, modifies the expression of a gene involved in the disease. Despite the existence of methods for annotating and predicting regulatory sequences on the basis of biochemical and epigenetic properties, it remains difficult to define objective criteria for effectively selecting candidate mutations from the millions of non-coding variants present in each patient. In addition, the target genes of these regulatory sequences are generally not known, making it difficult to associate a non-coding mutation with the patient's phenotype.I propose here a supervised learning strategy using random forests, adapted to complex and heterogeneous data sets, to classify and select non-coding mutations deregulating genes responsible for diseases. A notable innovation of my approach is to take into account data of associations between non-coding regions and target genes. In addition, I propose a method for extracting the biological rules identified by the model for each mutation evaluated, allowing an informed selection of candidate mutations.I discuss the functional properties identified by the learning model, based on examples of non-coding variations associated with Mendelian diseases. I also illustrate the potential of this method by analyzing 255,106 de novo variants identified by complete sequencing in 1,902 children with autism spectrum disorders, in whom no pathogenic coding mutations have been identified. This method thus makes it possible to prioritize mutations, the most promising of which become experimentally testable hypotheses to confirm their involvement in the development of the diseases in question. Thus, for whole genome sequencing projects of patient cohorts, a systematic application of our method would contribute to a better understanding of the mechanisms regulating gene expression, and to an improvement in patient diagnosis.; Le séquençage de génome complet est utilisé de façon croissante chez les patients atteints de maladies génétiques pour diagnostiquer les mutations responsables. Cependant, pour une grande proportion de génomes de patients séquencés, aucun gène associé au phénotype ne présente de mutation codante. Dans ces cas, il est possible qu’une mutation non-codante, localisée dans une région cis-régulatrice, modifie l'expression d'un gène impliqué dans la maladie. Malgré l’existence de méthodes pour annoter et prédire des séquences régulatrices sur la base de propriétés biochimiques et épigénétiques, il reste difficile de définir des critères objectifs pour sélectionner efficacement des mutations candidates parmi les millions de variants non-codants présents chez chaque patient. De plus, les gènes cibles de ces séquences de régulation ne sont généralement pas connus, si bien qu’il est difficile de croiser une mutation non-codante avec le phénotype du patient. Je propose ici une stratégie d’apprentissage supervisé par forêts aléatoires, adaptée aux jeux de données complexes et hétérogènes, pour classer et sélectionner des mutations non-codantes dérégulant des gènes responsables de maladies. Une innovation notable de mon approche est de prendre en compte des données d’associations entre régions non-codantes et gènes cibles. Par ailleurs, je propose une méthode d’extraction des règles biologiques identifiées par le modèle pour chaque mutation évaluée, ce qui permet une sélection éclairée des mutations hiérarchisées. Je discute les propriétés fonctionnelles identifiées par le modèle d'apprentissage, à partir d'exemples de variations non-codantes associées à des maladies mendéliennes. J’illustre également le potentiel de cette méthode notamment par une analyse de 255 106 variants de novo identifiés par séquençage complet chez 1902 enfants souffrant de troubles du spectre autistique, et chez lesquels aucune mutation codante pathogénique n’a été identifiée. Cette méthode permet ainsi de hiérarchiser des mutations, dont les plus prometteuses deviennent des hypothèses testables expérimentalement pour confirmer leur implication dans le développement des maladies considérées. Ainsi pour les projets de séquençage génome-complets de cohortes de patients, une application systématique de notre méthode contribuerait à une meilleure compréhension des mécanismes de régulation de l’expression des gènes, et à une amélioration du diagnostic des patients.

The main objective of ViSEAGO package is to carry out a data mining of biological functions and establish links between genes involved in the study. We developed ViSEAGO in R to facilitate functional Gene Ontology (GO) analysis of complex experimental design with multiple comparisons of interest. It allows to study large-scale datasets together and visualize GO profiles to capture biological knowledge. The acronym stands for three major concepts of the analysis: Visualization, Semantic similarity and Enrichment Analysis of Gene Ontology. It provides access to the last current GO annotations, which are retrieved from one of NCBI EntrezGene, Ensembl or Uniprot databases for several species. Using available R packages and novel developments, ViSEAGO extends classical functional GO analysis to focus on functional coherence by aggregating closely related biological themes while studying multiple datasets at once. It provides both a synthetic and detailed view using interactive functionalities respecting the GO graph structure and ensuring functional coherence supplied by semantic similarity. ViSEAGO has been successfully applied on several datasets from different species with a variety of biological questions. Results can be easily shared between bioinformaticians and biologists, enhancing reporting capabilities while maintaining reproducibility. ViSEAGO is publicly available on https://bioconductor.org/packages/ViSEAGO .

Les biobanques médicales sont des infrastructures (principalement hospitalières) mises en place par les pouvoirs publics afin d’accélérer le développement de la médecine de précision en France. Elles sont alors mises au service de l’intérêt général. Toutefois, satisfaire l’intérêt général requiert des aménagements normatifs qui tiennent compte des spécificités épistémologiques, méthodologiques et organisationnelles des recherches de la génomique fonctionnelle que soutiennent les biobanques. À défaut, il est probable que biobanques et médecine de précision profitent bien plus aux intérêts privés qu’à ceux des patients et de la société. Cet article propose d’expliciter ce dilemme éthique et y présente une solution grâce à la démarche de délibération propre à l’éthique appliquée. French Medical biobanks are hospital infrastructures set up by public authorities in order to accelerate the development of precision medicine in France. Then, they are at the service of general interest. Nevertheless, fulfilment of general interest requires normative adjustments that take into account the epistemological, methodological and organizational specificities of data-intensive biology (functional genomics) supported by biobanks. Otherwise, it is likely that biobanks and precision medicine will benefit private interests much more than those of patients and society. This article proposes to clarify this ethical dilemma and present a solution through the deliberative process of applied ethics.

National audience; La compréhension des interactions génotype-phénotype est un des axes les plus importants de la recherche en agronomie dont l'un des objectifs est d'accélérer la reproduction des caractères importants pour la production agricole. Or ces interactions sont complexes à identifier car elles s'expriment à différentes échelles moléculaires dans la plante et subissent de fortes influences de la part des facteurs environnemen-taux. Les technologies d'analyse haut-débit ne permettent de capturer que partiellement cette dynamique. Même si ces technologies sont de plus en plus performantes dans l'acquisition de données, notre connais-sance du système reste encore parcellaire pour pouvoir comprendre les relations complexes existant entre les différents éléments moléculaires responsables de l'expression du phénome-ensemble des phénotypes observés pour un individu-. Cet objectif ne peut être atteint qu'en intégrant des informations de différents niveaux dans un modèle intégrateur utilisant une approche systémique afin de comprendre le fonctionnement réel d'un système biologique. Aujourd'hui, le Web sémantique propose des technologies pour l'intégration de données hétérogènes et leur transformation en connaissances explicites grâce aux ontologies. Nous avons développé AgroLD (Venkatesan et al., 2018) (Agronomic Linked Data-www.agrold.org), une base de connaissances reposant sur les technologies du Web sémantique et exploitant des ontologies du domaine biologique, afin d'intégrer des données issues de plusieurs espèces de plantes présentant un intérêt important pour la communauté scientifique, comme par exemple le riz, le blé et arabidopsis. Nous présentons les résultats du projet, qui portait initialement sur la génomique, la protéomique et la phénomique. AgroLD est aujourd'hui une base de plus de 100 millions de triplets créée à partir de plus de 50 jeux de données provenant d'une dizaine de sources de données, telles que Gramene (Tello-Ruiz et al., 2018) et TropGeneDB (Hamelin et al., 2012). Par ailleurs, nous avons utilisé une dizaine d'ontologies du domaine biologique, telles que Gene Ontology (The Gene Ontology Consortium, 2014) et Plant Ontology (Plant & Consortium, 2002) pour annoter et intégrer ces ressources. Pour cette phase, chaque jeu de données a été transformé à partir de sources sélectionnées et annotées sémantiquement en réutilisant les champs textuels correspondant avec des termes d'ontologies lorsqu'ils ont été fournis par la source d'origine. De plus, nous avons utilisé les services Web d'AgroPortal (Jonquet et al., 2018) pour annoter sémantiquement des éléments supplémentaires tels que par exemple, les URIs correspondant à la taxonomie des espèces ou des éléments d'anatomie. Dans ces cas, nous avons généré des propriétés supplémentaires à partir des ontologies correspondantes, ajoutant ainsi 22% de triplets supplémentaires qui ont été validés manuellement. L'objectif d'AgroLD est d'offrir une plate-forme de connaissances spécifiques du domaine agronomique afin de répondre à des questions biologiques complexes. De telles questions peuvent concerner le rôle de gènes spécifiques dans les mécanismes de résistance aux maladies des plantes ou de caractères de production identifiés à partir des analyses GWAS. Afin de rendre AgroLD accessible par un plus grand nombre d'uti-lisateurs, nous avons également développé une application Web proposant plusieurs interfaces de requêtes. Tout d'abord une interface simple qui permet aux utilisateurs de rechercher par mots-clés sur l'ensemble des valeurs de la base et ainsi de parcourir le contenu d'AgroLD. Puis une interface de recherche avancée qui permet de combiner du texte libre et des filtres à facettes ainsi que des services Web externes proposant ainsi une interface d'agrégation de données distribuées. AgroLD possède également une interface de visualisation des graphes qu'il est possible de configurer pour mettre en valeur certains types de relations. Finalement, un éditeur SPARQL propose un environnement interactif pour formuler des requêtes et manipuler des ré-sultats. Actuellement, de nouveaux jeux de données sont en cours d'intégration. Ils portent sur les réseaux d'interaction protéine-protéine, les facteurs de transcription et réseaux de co-expression afin d'étendre les connaissances sur les mécanismes moléculaires. De nombreux développements sont également réalisés au niveau des interfaces de requêtes, notamment au niveau de la visualisation des graphes afin de fournir des outils plus dynamiques, interactifs et contextualisés. Enfin, une attention particulière est portée sur la qualité des données intégrées. Des méthodes de liage et de machine learning sont développées pour rechercher des liens et des ressources similaires dans la base de connaissances ou dans des ressources externes.

Background Previously, we have demonstrated that genes involved in ovarian function are highly conserved throughout evolution. In this study, we aimed to document the conservation of genes involved in spermatogenesis from flies to vertebrates and their expression profiles in vertebrates. Results We retrieved 379 Drosophila melanogaster genes that are functionally involved in male reproduction according to their mutant phenotypes and listed their vertebrate orthologs. 83% of the fly genes have at least one vertebrate ortholog for a total of 625 mouse orthologs. This conservation percentage is almost twice as high as the 42% rate for the whole fly genome and is similar to that previously found for genes preferentially expressed in ovaries. Of the 625 mouse orthologs, we selected 68 mouse genes of interest, 42 of which exhibited a predominant relative expression in testes and 26 were their paralogs. These 68 mouse genes exhibited 144 and 60 orthologs in chicken and zebrafish, respectively, gathered in 28 groups of paralogs. Almost two thirds of the chicken orthologs and half of the zebrafish orthologs exhibited a relative expression ≥50% in testis. Finally, our focus on functional in silico data demonstrated that most of these genes were involved in the germ cell process, primarily in structure elaboration/maintenance and in acid nucleic metabolism. Conclusion Our work confirms that the genes involved in germ cell development are highly conserved across evolution in vertebrates and invertebrates and display a high rate of conservation of preferential testicular expression among vertebrates. Among the genes highlighted in this study, three mouse genes (Lrrc46, Pabpc6 and Pkd2l1) have not previously been described in the testes, neither their zebrafish nor chicken orthologs. The phylogenetic approach developed in this study finally allows considering new testicular genes for further fundamental studies in vertebrates, including model species (mouse and zebrafish). Electronic supplementary material The online version of this article (10.1186/s12862-019-1462-8) contains supplementary material, which is available to authorized users.

Supplemental material available at Figshare: https://doi.org/10.25387/g3.7728512; Salmonids represent an intriguing taxonomical group for investigating genome evolution in vertebrates due to their relatively recent last common whole genome duplication event, which occurred between 80 and 100 million years ago. Here, we report on the chromosome-level genome assembly of European grayling (Thymallus thymallus), which represents one of the earliest diverged salmonid subfamilies. To achieve this, we first generated relatively long genomic scaffolds by using a previously published draft genome assembly along with long-read sequencing data and a linkage map. We then merged those scaffolds by applying synteny evidence from the Atlantic salmon (Salmo salar) genome. Comparisons of the European grayling genome assembly to the genomes of Atlantic salmon and Northern pike (Esox lucius), the latter used as a nonduplicated outgroup, detailed aspects of the characteristic chromosome evolution process that has taken place in European grayling. While Atlantic salmon and other salmonid genomes are portrayed by the typical occurrence of numerous chromosomal fusions, European grayling chromosomes were confirmed to be fusion-free and were characterized by a relatively large proportion of paracentric and pericentric inversions. We further reported on transposable elements specific to either the European grayling or Atlantic salmon genome, on the male-specific sdY gene in the European grayling chromosome 11A, and on regions under residual tetrasomy in the homeologous European grayling chromosome pairs 9A-9B and 25A-25B. The same chromosome pairs have been observed under residual tetrasomy in Atlantic salmon and in other salmonids, suggesting that this feature has been conserved since the subfamily split.

The objective of this study was to better understand the molecular mechanisms of microbial adaptation to the cheese habitat by functional genomic approaches using Brevibacterium as a model microorganism. This bacterium is widely used for the manufacturing of cheese but its growth on the cheese surface is sometimes difficult to control.Comparative genomic analysis of 23 Brevibacterium strains, including 12 strains isolated from cheeses, revealed differences in genetic determinants involved in the growth on the cheese surface. Some of them are correlated to strain phylogeny and others are the result of gene transfers, especially those involved in iron acquisition and bacteriocin biosynthesis. We identified genomic islands corresponding to transfers of genes involved in iron acquisition between cheese-associated Brevibacterium strains and cheese-associated strains belonging to other genera. We also detected a conjugative transposon encoding bacteriocin production, which is present in cheese-associated Brevibacterium strains as well as in a cheese-associated Corynebacterium strain.Functional study of biotic interactions between Brevibacterium and Hafnia alvei, another cheese-ripening bacterium, was performed in a model cheese developed in this study. By coupling microbial, biochemical and transcriptomic (RNA-seq) analyses, we revealed several interaction mechanisms between these bacteria. These concern, in particular, iron acquisition, proteolysis, lipolysis, sulfur metabolism and D-galactonate catabolism. Our findings suggest that in the mutualistic relationship between some Brevibacterium strains and H. alvei, the latter stimulates Brevibacterium growth by the secretion of siderophores, which can be used by Brevibacterium to capture iron more efficiently. In return, Brevibacterium secretes lipases and proteases, which degrade cheese caseins and triglycerides into energetic substrates that stimulate H. alvei growth. This type of interaction is interesting to consider in the formulation of ripening cultures because it results in a better ability of all partners to colonize the cheese, and thus to generate the desired technological properties.; L’objectif de ce travail était de mieux comprendre les mécanismes moléculaires de l’adaptation microbienne à l’environnement fromager par des approches de génomique fonctionnelle via le modèle de Brevibacterium, un genre bactérien largement utilisé en technologie fromagère, mais dont l’implantation est parfois difficile à maîtriser.L’analyse génomique comparative de 23 souches de Brevibacterium, dont 12 issues de fromages, a révélé des différences en déterminants génétiques impliqués dans la capacité à croître à la surface du fromage. Parmi ces différences, plusieurs sont corrélées à la phylogénie des souches, et d’autres résultent de transferts horizontaux, notamment dans le cas des gènes liés à l’acquisition du fer et à la biosynthèse de bactériocines. Nous avons identifié des îlots génomiques correspondant à des transferts de gènes d’acquisition du fer entre des souches fromagères de Brevibacterium et des bactéries d’affinage appartenant à d’autres genres. Nous avons également mis en évidence un transposon conjugatif codant pour la synthèse de bactériocines présent chez des souches de Brevibacterium d'origine fromagère mais aussi chez une souche fromagère du genre Corynebacterium.L’étude fonctionnelle des interactions biotiques entre Brevibacterium et Hafnia alvei, une autre bactérie d’affinage du fromage, a été menée dans un modèle fromager développé au cours de ce travail. En couplant des analyses microbiologiques, biochimiques et transcriptomiques (RNA-seq), nous avons mis en évidence l’existence de différents mécanismes d’interaction entre ces bactéries. Ceux-ci concernent notamment l’acquisition du fer, la protéolyse, la lipolyse, le métabolisme soufré et le catabolisme du D-galactonate. Nos résultats suggèrent que dans la relation mutualiste observée entre certaines souches de Brevibacterium et H. alvei, cette dernière sécrète des sidérophores qui sont utilisés par Brevibacterium pour capter le fer plus efficacement, stimulant ainsi sa croissance. En contrepartie, Brevibacterium sécrète des lipases et des protéases qui dégradent les caséines et triglycérides du fromage en constituants énergétiques favorisant la croissance de H. alvei. Ce type d’interaction est intéressant à considérer pour la formulation des ferments d'affinage car il en résulte une meilleure capacité de tous les partenaires à coloniser le fromage, et ainsi à générer les propriétés technologiques recherchées.

Fusarium Head Blight (FHB) is one of the most important diseases of temperate cereals and is mostly caused by the toxin producing-fungus Fusarium graminearum (Fg). This last decade, several studies reported the transcriptional activation of cereal cytochrome P450-encoding genes (P450s) in response to Fg infection. P450s constitute an enzymatic family participating in very diverse metabolic pathways with potential interest for disease resistance. We used the model temperate cereal Brachypodium distachyon (Bd) to functionally characterize the first FHB-induced P450- encoding gene using Bd lines altered in the locus or gene expression of the Bradi1g75310 gene encoding the BdCYP711A29 P450. We showed that in addition to be a plant susceptibility factor towards the disease, the Bradi1g75310 gene is involved in the hormonal biosynthetic pathway of strigolactones (SLs) in Bd. Indeed, in addition to genetically complement the shoot phenotypes of the Arabidopsis thaliana mutant line for the homologous gene MAX1 (AtCYP711A1, max1-1 line), a Bd linewhich overexpresses the Bradi1g75310 gene (OE) exudes more orobanchol, a specific SL, compared to wild-type or mutant lines. Preliminary analysis of the direct impact of orobanchol on Fg growth suggests an activation of early fungal development (germination) likely to induce faster induction of defense-related genes during FHB, observed in Bradi1g75310 OE line. We showed that the four paralogs of Bradi1g75310 encoding BdCYP711A P450s are all able to genetically complement max1-1 line and provide important plant material for studying SLs diversification in the model monocot B. distachyon. Overall, this project constitutes a first step in the characterization of P450s involvement in plant response towards Fg infection in addition to give new evidences about the role of SLs in plant-pathogen interactions. Results obtained during this Ph.D. project will allow the improvement of both developmental and FHB-related traits in cereal crops., La fusariose des épis est l’une de maladies les plus dommageables des céréales tempérées et est principalement causée par le champignon toxinogène Fusarium graminearum (Fg). Ces dix dernières années, de nombreuses études ont rapporté l’induction transcriptionnelle de gènes de la plante codant pour des cytochromes P450 (P450) en réponse l’infection par Fg. Les P450s constituent une famille enzymatique impliquée dans de nombreuses voies métaboliques, certaines avec des intérêts potentiels dans la résistance face aux maladies. Nous avons utilisé la petite graminée modèle Brachypodium distachyon (Bd) pour caractériser fonctionnellement le premier gène codant pour un P450 induit chez la plante au cours de la fusariose des épis par l’utilisation de lignées altérées dans la séquence ou l’expression du gène Bradi1g75310 codant le P450 BdCYP711A29. Nous avons montré qu’en plus d’être un facteur de sensibilité à la maladie, le gène Bradi1g75310 est impliqué dans une voie de biosynthèse hormonale chez Bd, celle des strigolactones (SLs). En effet, en plus de complémenter génétiquement les phénotypes aériens de la lignée mutante max1-1 d’Arabidopsis thaliana altérée dans le gène homologue MAX1 (AtCYP711A1), une lignée de Bd surexprimant Bradi1g75310 (lignée OE) exsude davantage d’orobanchol, une SL spécifique, que la lignée sauvage ou mutante. Une analyse préliminaire de l’impact direct de l’orobanchol sur la croissance de Fg semble indiquer une activation des étapes précoces du développement du champignon (germination) qui pourrait être à l’origine de l’induction plus rapide de gènes de défenses observée chez une lignée OE de Bradi1g75310. Nous avons également montré que les 4 paralogues de Bradi1g75310 chez Bd, qui codent également pour des CYP711A, sont tous capable de complémenter la lignée max1-1 et avons généré du matériel végétal fondamental pour la poursuite de l’étude de la diversification des SLs chez la plante monocotylédone modèle Bd. Au global, ce projet constitue une première étape dans la caractérisation de l’implication des P450 dans la réponse de la plante face à l’infection par Fg en plus de donner de nouveaux indices concernant le rôle des SLs dans les interactions plante-pathogène. Les résultats obtenus au cours de ce travail de thèse pourront permettre l’amélioration de caractères tant développementaux que de résistance à la fusariose chez les céréales cultivées.

L'’annotation des génomes est un défi majeur pour lier les génotypes aux phénotypes. Identifier les ARN longs non-codants (ARNlnc) dans les génomes fait partie de ce défi ; d’expression relativement faible, ils n’ont été mis en évidence que récemment (2012) par l’avènement des technologies de séquençage haut débit. Ces travaux de recherche ont permis à partir de données RNA-seq, de mettre en lumière un grand nombre d’ARNlnc chez les espèces d’élevage et en particulier chez la poule chez qui aucun ARNlnc n’était décrit au début de cette thèse (2015). Un premier travail a consisté à identifier ces ARNlnc en utilisant des échantillons de foie et tissu adipeux puis nous avons amélioré ce catalogue par intégration d’autres bases de données publiques d’ARNlnc disparates. De plus, d’après la littérature, les ARNlnc ont été décrits comme intervenant dans la régulation de tous les processus biologiques : de la structure cellulaire à l’expression des gènes. La problématique de l’équipe étant associée à la compréhension de la régulation du métabolisme des lipides chez la poule, mon second travail a consisté à établir la liste des ARNlnc connus dans le règne animal comme étant impliqués dans ce métabolisme ou dans le processus de stockage et de formation du tissu adipeux, l’adipogenèse. Les analyses de conservation par synténie ont permis de retrouver une vingtaine de ces ARNlnc chez la poule. Enfin, à partir de lignées divergentes pour le poids de gras abdominal, j’ai également mis en évidence de nouveaux ARNlnc potentiellement régulateurs de ce métabolisme lipidique., Genome annotation is a major challenge in connecting genotypes with phenotypes. Identifying long noncoding RNAs (lncRNA) in genomes is part of this challenge; they are relatively low-expressed and have only been highlighted in 2012 thanks to the development of high throughput sequencing technologies. This research work has led to the identification of a large number of lncRNAs in livestock species, particularly in the chicken, in which no lncRNA had yet been described at the beginning of this thesis (2015). First, my aim was to identify these lncRNAs using liver and adipose tissue and to improve this catalogue by integrating other existing lncRNA public databases. Moreover, according to the literature, lncRNAs are involved in the regulation of any biological process, from gene expression to cell structure. One of the goals of our team is to understand the regulation of lipid metabolism in the chicken, I thus established the list of all lncRNAs known within the animal kingdom and involved in this metabolism or in adipogenesis, the process of storage and formation of adipose tissue. The conservation by synteny analyses revealed around twenty conserved lncRNAs in the chicken. From divergent abdominal fat weight chicken lines, I lastly identified new lncRNAs that potentially regulate this lipid metabolism.

Sexual dimorphism is one of the most pervasive and diverse features of animal morphology, physiology, and behavior. Despite the generality of the phenomenon itself, the mechanisms how sex is determined are very different among various organismic groups and have independently evolved repeatedly across metazoans and the underlying molecular pathways can change quickly during evolution. While phylogenetic studies suggest that the downstream “business” ends of sex-determining pathways do tend to be more stable than the triggering mechanisms at the top, the main questions are: (i) how similar are the downstream genes networks that respond to these triggers and actually do the work? (ii) Did sex determination arise several times with different regulatory mechanisms converging by recruiting conserved key effectors, or (iii) is it an ancient process with little surviving evidence of ancestral genes? In stark contrast to birds and mammals, where the whole group has the same sex determination mechanisms, but similar to amphibians and reptiles, the diversity of sex determination mechanisms is especially obvious in fish, where within groups of closely related species a wide spectrum of different systems can be found. To better understand the biological meaning of such diversity and the underlying mechanisms driving sex chromosome evolution we attempt to decipher the molecular basis of the primary sex determination mechanisms and the structure and genetic organization of sex chromosomes across a broad diversity (>40 species) of ray-finned fishes representing the major branches of the fish tree of life using a combination of genome wide approaches and functional genomics.In details, this plasticity is particularly evident in species of the genus Oryzias, which includes the medaka fish. Here, the master male sex determination gene (Dmrt1bY) is known, but this gene is absent from closely related species. Medaka is a well-suited laboratory fish that offers genomic resources and transgenic technologies for functional studies on the molecular basis of sexual determination. Using the medaka fish as a major model organism emphasis will be given on how dmrt1bY was born in that particular context of comparative evolution (“evo-devo”).

As indoor horticulture gathers momentum, electric (also termed artificial) lighting systems with the ability to generate specific and tunable wavelengths have been developed and applied. While the effects of light quality on plant growth and development have been studied, authoritative and reliable sets of light formulae tailored for the cultivation of economically important plants and plant traits are lacking as light qualities employed across laboratories are inconsistent. This is due, at least in part, to the lack of molecular data for plants examined under electric lights in indoor environments. It has hampered progress in the field of indoor horticulture, in particular, the transition from small-scale indoor farming to commercial plant factories. Here, we review the effects of light quality on model and crop plants studied from a physiological, physical and biochemical perspective, and explain how functional genomics can be employed in tandem to generate a wealth of molecular data specific for plants cultivated under indoor lighting. We also review the current state of lighting technologies in indoor horticulture specifically discussing how recent narrow-bandwidth lighting technologies can be tailored to cultivate economically valuable plant species and traits. Knowledge gained from a complementary phenotypic and functional genomics approach can be harvested not only for economical gains but also for sustainable food production. We believe that this review serves as a platform that guides future light-related plant research., Indoor horticulture: Lighting the way to sustainability Tailored multidisciplinary approaches to hone sustainable indoor horticulture could significantly improve plant yields and crop quality. Advances in artificial lighting systems could transform commercial-scale indoor horticulture, but the current technology is limited by a lack of molecular data for plants grown under such lighting schemes. Aloysius Wong at Wenzhou-Kean University in Wenzhou, China, and co-workers reviewed research into the effects of light quality and differing wavelengths on plant growth. The team advocate the use of plant type-specific and functional genomics studies to examine light-determined molecular traits and associated gene expression. These could be used to build an extensive catalog of light qualities that enhance indoor crop yields and quality. Combining LED lights of different colors and wavelengths shows promise, and the researchers highlight the potential of tunable narrow wavelength lights, such as lasers.

Very few causal genes have been identified by quantitative trait loci (QTL) mapping because of the large size of QTL, and most of them were identified thanks to functional links already known with the targeted phenotype. Here, we propose to combine selection signature detection, coding SNP annotation, and cis-expression QTL analyses to identify potential causal genes underlying QTL identified in divergent line designs. As a model, we chose experimental chicken lines divergently selected for only one trait, the abdominal fat weight, in which several QTL were previously mapped. Using new haplotype-based statistics exploiting the very high SNP density generated through whole-genome resequencing, we found 129 significant selective sweeps. Most of the QTL colocalized with at least one sweep, which markedly narrowed candidate region size. Some of those sweeps contained only one gene, therefore making them strong positional causal candidates with no presupposed function. We then focused on two of these QTL/sweeps. The absence of nonsynonymous SNPs in their coding regions strongly suggests the existence of causal mutations acting in cis on their expression, confirmed by cis-eQTL identification using either allele-specific expression or genetic mapping analyses. Additional expression analyses of those two genes in the chicken and mice contrasted for adiposity reinforces their link with this phenotype. This study shows for the first time the interest of combining selective sweeps mapping, coding SNP annotation and cis-eQTL analyses for identifying causative genes for a complex trait, in the context of divergent lines selected for this specific trait. Moreover, it highlights two genes, JAG2 and PARK2, as new potential negative and positive key regulators of adiposity in chicken and mice.

Marine Synechococcus are the second most abundant photosynthetic organisms on the planet. These picocyanobacteria present very diverse pigmentations due to differences in the composition of their light-harvesting antenna (phycobilisome), allowing them to efficiently exploit a wide range of spectral niches. Yet, the evolution, ecology and molecular bases of the different Synechococcus pigment types are not well understood. By comparing the genomic regions involved in the synthesis of phycobilisome rods from 54 sequenced isolates spanning all cultured pigment types and from natural Synechococcus populations, I proposed a scenario for the evolution of the different pigment types and showed that the pigment diversity of marine Synechococcus predates the diversification of this genus. Then, I developed a bioinformatic pipeline for reliably quantifying all known Synechococcus pigment types from metagenomes. Applying it to the Tara Oceans dataset allowed me to describe for the first time their distribution in the global ocean and revealed that type IV chromatic acclimation, a process by which cells can match their absorption properties to the ambient light colour, is widespread and constitutes the dominant pigmentation in Synechococcus populations. It also showed that natural chromatic acclimation mutants prevail in wide oligotrophic areas of the southern Pacific Ocean. Finally, I genetically characterized two members of an enzyme family binding chromophores to phycoerythrin-II, a major component of phycobilisomes. This provided new insights into the molecular bases of chromatic acclimation and revealed the importance of allelic variation for the diversity of pigment types.; Les picocyanobactéries marines Synechococcus sont les seconds organismes photosynthétiques les plus abondants sur Terre. Elles présentent une grande diversité pigmentaire du fait de différences dans la composition de leur antenne collectrice de lumière (phycobilisome), ce qui leur permet d'utiliser efficacement une grande partie du spectre lumineux. Cependant, l'évolution, l'écologie et les bases moléculaires de cette diversité restent mal comprises. La comparaison d'une région génomique impliquée dans la synthèse des phycobilisomes de 54 souches et de populations naturelles m'a permis de proposer un scénario pour l'évolution des différents types pigmentaires et de montrer que cette diversité pigmentaire précède la diversification des Synechococcus marins. J'ai ensuite développé une procédure bioinformatique pour quantifier l'abondance relative de tous les types pigmentaires connus à partir de métagénomes. Appliquée aux données de Tara Oceans, cela m'a permis de décrire leur répartition à l'échelle mondiale, révélant que l'acclimatation chromatique de type IV, qui permet aux cellules de modifier leur spectre d'absorption en fonction de la couleur de la lumière, domine les populations naturelles de Synechococcus, et que des mutants naturels de l'acclimatation chromatique prévalent dans les étendues oligotrophes de l'océan Pacifique sud. Enfin, la caractérisation génétique de deux membres d'une famille d'enzymes liant les pigments à la phycoérythrine II, constituant majeur des phycobilisomes, a apporté de nouvelles perspectives sur les bases moléculaires de l'acclimatation chromatique et révélé l'importance des variations alléliques dans la diversité des types pigmentaires.

Organisms live in dynamic environments. However, most experimental approaches study the function and selection of genes in steady environments. Therefore, natural selection acting on fluctuating environments remains poorly understood. The objective of my project was to determine if some genes are especially important for fitness (growth rate) of yeast cells in oscillating environments. A genomic screen, based on an automation of micro-cultures and on a multiplexing of sequencing libraries, allowed me to measure fitness of thousands of null mutants in periodic stress conditions. I found that predictability of fitness in periodic stress, from fitness in steady environments, varies depending on the specific genes and conditions considered. This way, some mutants have similar growth in steady conditions, and different growth in dynamic conditions. Curiously, some genes play a bivalent role: they strongly favor growth during slow fluctuations, and reduce it during fast fluctuations. I also observed many mutants with higher growth than expected at the highest frequencies of fluctuations. This effect can be partially explained by a loss of environmental sensitivity of those mutants, that continue to divide quickly despite the presence of a stress. Those results show how natural selection can act on mutations in fluctuating environments. They open the door to mechanistic studies of the predictability of fitness in periodic environments.; Les organismes vivent dans des environnements dynamiques. Or la plupart des approches expérimentales étudient la fonction et la sélection des gènes dans des environnements statiques. De ce fait, la sélection naturelle agissant en environnements fluctuants reste mal comprise. L´objectif de mon projet a été de déterminer si certains gènes sont particulièrement importants pour la fitness (taux de croissance) de cellules de levures en environnements oscillants. Un crible génomique, basé sur une automatisation de micro-cultures et sur un multiplexage de banques de séquençage, m´a permis de mesurer la fitness de milliers de mutants nuls en conditions de stress périodique. J´ai trouvé que la prédictibilité de la fitness en environnements périodiques, à partir de la fitness en environnements statiques, diffère selon les gènes et les conditions. Ainsi, certains mutants présentent des croissances similaires en conditions statiques mais différentes en conditions dynamiques. Curieusement, quelques gènes jouent un rôle bivalent : ils favorisent fortement la croissance lors de fluctuations lentes et ils la défavorisent lors de fluctuations rapides. J´ai également observé de nombreux mutants avec une croissance plus élevée qu´attendue aux fréquences de fluctuations les plus rapides. Cet effet s´explique partiellement par une perte de sensibilité environnementale de ces mutants, qui continuent à se diviser rapidement malgré la présence d´un stress. Ces résultats montrent comment la sélection naturelle agit sur les mutations en environnements fluctuants. Ils ouvrent la porte à des études mécanistiques de la prédictibilité de la fitness en environnements périodiques.

Candida albicans, une levure pathogène de l’humain, cause des infections envahissantes chez les individus immunodéprimés. C. albicans peut changer sa morphologie entre les formes levures et filamenteuses, un déterminant de virulence considérable qui est influencé par plusieurs facteurs environnementaux comme le pH, le sérum, les nutriments, et le farnesol, une molécule de la détection du quorum. Le génome de C. albicans a été séquencé et à date, plusieurs gènes codant des régulateurs de transcription (RT) restent incaracterisés. Basé sur des criblages à grande-échelle, il a été possible d’attribuer des phénotypes à certains des RT incaractérisés, cependant, leurs cibles traduisant ces phénotypes restent inconnues. Le but de cette thèse était d’étudier les fonctions biologiques de RT sélectionnés et d’établir des réseaux transcriptionnels chez C. albicans. J’ai utilisé des approches génétiques et génomiques afin d’identifier et de caractériser le regulon de ces RT, ce qui a permis de déterminer leur fonctions biologiques. Notre groupe avait identifié Fcr1p, un RT dont la délétion augmente la filamentation et la tolérance à plusieurs antifongiques. Cependant, le mécanisme sous-jacent reste inconnu. Dans le Chapitre 2, j’ai identifié le régulon d’Fcr1p et j’ai trouvé qu’il régule ses cibles de façon complexe étant en même temps un activateur et un répresseur d’expression de gènes. J’ai démontré que Fcr1p agit comme répresseur direct des gènes de l’assimilation et du métabolisme de l’azote. L’expression de plusieurs de ces cibles était dépendante d’Fcr1p en conditions d’épuisement d’azote. J’ai montrés que Fcr1p agit aussi comme répresseur indirect de gènes hyphe-spécifiques ainsi qu’un activateur indirect de transport et de métabolisme du carbone et de gènes levure-spécifiques. De plus, la suréxpression d’Fcr1p abolit la filamentation sur le milieu Spider, confirmant que c’est un répresseur de filamentation. Dans le Chapitre 3, j’ai décris un crible génétique basé sur un principe de co-culture pour identifier des mutants de RT défectueux en production de farnesol. Conséquemment, les RT Ada2p, Cas5p, Fgr15p, Cas1p, et Rlm1p, impliqués dans le maintien de la paroi cellulaire, ont été identifiés. La quantification du farnesol intracellulaire de ces mutants a confirmé que le défaut observé peut être attribué à un défaut de la biosynthèse de farnesol plutôt qu’à un défaut de sécrétion de celui-ci. Pour comprendre le mécanisme responsable de ce défaut, nous avons commencé par caractériser le régulon de Cas5p par des analyses de profilages d’expression et de localisation. J’ai montré que Cas5p se lie à des gènes impliqués dans le catabolisme des hydrocarbures et la production d’énergie. Cas5p induit aussi des gènes impliqués dans le catabolisme des hydrocarbures et des lipides et réprime des gènes impliqués dans le métabolisme primaire, montrant que Cas5p régule plusieurs voies métaboliques, notamment celle du carbone. En plus des fonctions d’Ada2p et Rlm1p dans la liaison et/ou la régulation de gènes du catabolisme des hydrocarbures, nos résultats appuient avec la proposition que le farnesol constitue une traduction du métabolisme du carbone cellulaire. Dans l’ensemble, ces résultats ont aidé à élucider le rôle d’Fcr1p ainsi que 5 autres RT dans la régulation de voies métaboliques fondamentales influençant le dimorphisme, un attribut crucial de la virulence chez C. albicans., Candida albicans, an important human fungal pathogen, causes life-threatening invasive infections in immuno-compromised individuals. It switches between yeast and filamentous forms. This dimorphism is a considerable virulence attribute and one that is influenced by many environmental factors, such as pH, serum, nutrients and farnesol, a quorum sensing molecule. The genome of C. albicans has been sequenced and to date, many of the genes encoding transcriptional regulators (TRs) remain uncharacterized. Based on large-scale screens, it was possible to assign phenotypes to some of the uncharacterized TRs, however the targets of these TRs that mediate these phenotypes remain to be identified. The aim of this thesis work was to understand the normal biological function of selected TRs and construct transcriptional networks in C. albicans. I used genetic and genomic approaches to identify and characterize the regulon of these TRs, which helped to define their biological functions. Our group has previously identified Fcr1p, a zinc cluster TR whose deletion increases cell tolerance to multiple drugs and enhances filamentation. However, the mechanism by which it mediates these phenotypes is still unknown. In Chapter 2, I identified the regulon of Fcr1p and found that it regulates its targets in a complex manner since it can act both as an activator and as a repressor of gene expression. I have shown that Fcr1p acts as a direct negative regulator of genes involved in nitrogen source assimilation and metabolism. The Fcr1p-dependent expression of a number of its targets also occurs under nitrogen starvation conditions. Results also showed that Fcr1p is an indirect negative regulator of hyphal-specific genes, and an indirect positive regulator of carbon source transport and metabolism, as well as yeast-specific genes. Furthermore, Fcr1p overexpression abrogates filamentation on Spider medium confirming that it is a negative regulator of filamentation. In Chapter 3, I describe a genetic screen based on a co-culture assay with A. nidulans to identify TR mutants defective in farnesol production. Our results identified Ada2p, Cas5p, Fgr15p, Cas1p, and Rlm1p, five TRs involved in cell wall integrity. Intracellular farnesol quantification in these mutants confirmed that the observed defect in farnesol production could be attributed to impairment in farnesol biosynthesis rather than export of this molecule. To get an insight into the molecular mechanism responsible for this defect, we started by identifying the regulon of Cas5p using expression and location profiling. Results showed that Cas5p binds genes involved in carbohydrate catabolism and energy production. Cas5p also upregulates genes involved in carbohydrate and lipid catabolism and downregulates genes involved in primary metabolism, indicating that Cas5p is involved in the regulation of many pathways, with a clear involvement in carbon metabolism. Coupled to the known function of Ada2p and Rlm1p in binding and/or regulating genes involved in carbohydrate catabolism, our results support the proposition that farnesol is a metabolic read-out of the cell carbon metabolic activity. Taken together, these results helped elucidate the role of Fcr1p as well as five other TRs in the regulation of central metabolic pathways that influence morphological switching, a crucial attribute of C.albicans virulence.

International audience; This study aims to describe shared or specific molecular responses of different tissues in two lines of growing pigs divergently selected for residual feed intake (RFI), a measure of feed efficiency. Transcriptomics data were acquired in the longissimus muscle, liver and adipose tissues of two different anatomical locations, and analysed for the RFI line effect (n = 24 pigs per line). The most apparent effect of RFI divergence was seen in muscle, whereas subcutaneous adipose tissue was hardly affected. Molecular data were then analysed by bioinformatics and multidimensional statistics to unravel common biological processes across tissues and identify key genes participating in RFI difference. Immune response, response to oxidative stress and protein metabolism were the main biological routes across the four tissues that distinguished low and high RFI pigs. Many immune genes were over-expressed in tissues of high RFI pigs (less efficient). Different genes involved in energy use were also modulated by RFI difference but in a tissue-specific manner. The gene expression program related to glycogen utilization was specifically up-regulated in muscle of low RFI pigs (more efficient). Genes involved in fatty acid oxidation were rather down-regulated in the muscle of low RFI pigs, but were promoted in adipose tissues of the same pigs when compared with high RFI pigs. The cholesterol metabolism in liver and perirenal adipose tissue might also be affected by RFI difference. We conclude that non-productive functions such as immunity and defence against oxidative stress are involved in variations of feed efficiency.; Cette étude vise à décrire les réponses moléculaires communes entre tissus ou spécifiques d’un tissu chez des porcs en croissance sélectionnés de manière divergente sur la consommation moyenne journalière résiduelle (CMJR), une mesure de l'efficacité alimentaire. Des données transcriptomiques ont été acquises dans le muscle long dorsal, le foie et deux tissus adipeux, et analysés pour l'effet de la lignée (n = 24 porcs par lignée). La divergence de CMJR affecte principalement le profil moléculaire du muscle, alors que le tissu adipeux sous-cutané est peu affecté. Des analyses de bio-informatique et de statistiques multidimensionnelles ont été mises en oeuvre afin de déterminer les processus biologiques communs aux quatre tissus et les principaux gènes participant à la différence interindividuelle de CMJR. Les fonctions immunitaires, la réponse au stress oxydant et le métabolisme protéique sont les voies communes aux quatre tissus qui distinguent les porcs en fonction de la CMJR. De nombreux gènes immunitaires sont activés chez les porcs à CMJR élevée (les moins efficaces). Les gènes associés aux métabolismes du glucose et des lipides sont également affectés par la sélection mais d'une manière spécifique à chaque tissu. Ainsi, les gènes impliqués dans le métabolisme du glycogène sont activés dans le muscle des porcs à faible CMJR (les plus efficaces). Les gènes en lien avec l’oxydation des acides gras sont réprimés dans le muscle mais activés dans les deux tissus adipeux de ces mêmes porcs. Le métabolisme du cholestérol dans le foie et la panne semble également affecté par la sélection sur la CMJR. En conclusion, les fonctions non productives comme l’immunité et la défense contre le stress oxydant participeraient donc aux variations d'efficacité alimentaire.

Background Improving functional annotation of the chicken genome is a key challenge in bridging the gap between genotype and phenotype. Among all transcribed regions, long noncoding RNAs (lncRNAs) are a major component of the transcriptome and its regulation, and whole-transcriptome sequencing (RNA-Seq) has greatly improved their identification and characterization. We performed an extensive profiling of the lncRNA transcriptome in the chicken liver and adipose tissue by RNA-Seq. We focused on these two tissues because of their importance in various economical traits for which energy storage and mobilization play key roles and also because of their high cell homogeneity. To predict lncRNAs, we used a recently developed tool called FEELnc, which also classifies them with respect to their distance and strand orientation to the closest protein-coding genes. Moreover, to confidently identify the genes/transcripts expressed in each tissue (a complex task for weakly expressed molecules such as lncRNAs), we probed a particularly large number of biological replicates (16 per tissue) compared to common multi-tissue studies with a larger set of tissues but less sampling. Results We predicted 2193 lncRNA genes, among which 1670 were robustly expressed across replicates in the liver and/or adipose tissue and which were classified into 1493 intergenic and 177 intragenic lncRNAs located between and within protein-coding genes, respectively. We observed similar structural features between chickens and mammals, with strong synteny conservation but without sequence conservation. As previously reported, we confirm that lncRNAs have a lower and more tissue-specific expression than mRNAs. Finally, we showed that adjacent lncRNA-mRNA genes in divergent orientation have a higher co-expression level when separated by less than 1 kb compared to more distant divergent pairs. Among these, we highlighted for the first time a novel lncRNA candidate involved in lipid metabolism, lnc_DHCR24, which is highly correlated with the DHCR24 gene that encodes a key enzyme of cholesterol biosynthesis. Conclusions We provide a comprehensive lncRNA repertoire in the chicken liver and adipose tissue, which shows interesting patterns of co-expression between mRNAs and lncRNAs. It contributes to improving the structural and functional annotation of the chicken genome and provides a basis for further studies on energy storage and mobilization traits in the chicken. Electronic supplementary material The online version of this article (doi:10.1186/s12711-016-0275-0) contains supplementary material, which is available to authorized users.