Etude de la diversité des souches d’Oenococcus oeni responsables de la fermentation malolactique des vins dans différentes régions vitivinicoles

Oenococcus oeni is the main species of lactic acid bacteria of oenological interest, it performs most of malolactic fermentation. O. oeni strains have often been studied to select malolactic starters. These strains have various genetic and phenotypic characteristics. However, the use of different typing methods failed so far to obtain a complete picture of the enological diversity of this species. The growing interest of winegrowers to better control the spontaneous requires a better knowledge of this diversity.The population of indigenous O. oeni strains present during MLF in different regions has been studied in an attempt to obtain a more complete picture of the diversity of the species and to know whether it would be appropriate to select strains of regions or wineries. The analysis of a large number of wines showed the presence of strains specific to wineproducing areas, different kind of wines, and wineries. SNP Genotyping allowed us to classify these strains in the already known genetic groups and confirmed the existence of specific groups to a specific kind of product. Some of these strains belonging to the same specific genetic groups showed similar behavior and technological properties. In addition to the diversity analysis, trials of production of strains and use of lees to ameliorate the MLF have been done to improve the achievement of spontaneous MLF. Taken together, these studies emphasize the high genetic diversity of the species O. oeni, the study of specific strains of type of wine could help understand the adaptation of this species to this environment.Oenococcus oeni est la principale espèce de bactérie lactique d’intérêt oenologique, elle réalise la plupart des fermentations malolactiques. Les souches d’O. oeni ont souvent été étudiées dans le but de sélectionner des levains malolactiques. Ces souches possèdent des caractéristiques génétiques, et phénotypiques variées. Néanmoins, l’utilisation de différentes méthodes de typage n’a pas permis à ce jour d’obtenir une image exhaustive de la diversité oenologique de cette espèce. L’intérêt grandissant des viticulteurs pour mieux maitriser les FML spontanées nécessite de mieux connaitre cette diversité.La population de souches indigènes d’O. oeni présentes dans les FML de différentes régions a été étudiée, pour tenter d’obtenir une image plus complète de la diversité de cette espèce et savoir s’il serait pertinent de sélectionner des souches de régions ou d’exploitations. L’analyse d’un très grand nombre de vins a mis en évidence la présence de souches spécifiques aux régions, appellations, produits et exploitations étudiées. Un génotypage à l’aide de SNP a permis de les classer dans les groupes génétiques déjà connu et a confirmé l’existence de groupes spécifiques à un type de produit. Certaines de ces groupes rassemblent des souches présentant des comportements phénotypiques et des capacités fermentaires similaires. En complément de l’analyse de diversité, des essais ont été menés pour proposer des protocoles de production de souches et d’utilisation de lies pour améliorer la réalisation des FML spontanées. L’ensemble de ces travaux soulignent la grande diversité génétique de l’espèce O. oeni, l’étude des souches spécifiques de type de vin pourrait aider à comprendre son adaptation à cet environnement

Analyse bioinformatique du contrôle des éléments transposables par les siARN chez Arabidopsis thaliana

Many mechanisms control and limit the proliferation of transposable elements (TEs) which could otherwise threaten the structural and functional integrity of the genome. In plants RNA interference (RNAi) plays an important role in this control through small RNAs that guide the expression regulation of endogenous or exogenous sequences by two types of mechanisms. The first such mechanism, shared by many eukaryotic organisms, acts at the post-transcriptionnal level to inhibit the activity of mRNA. A second type of regulation allows the transcriptional control of TEs activity through a mechanism called RNA directed DNA methylation (RdDM) which involves 24nt long siRNA ("short-interfering RNA") that guide DNA methylation specifically on TEs sequences. Furthermore, siRNAs are also involved in the progressive restoration of DNA methylation after a loss induced by mutation of the DDM1 gene (Decrease in DNA Methylation 1). The aim of this thesis is to take advantage of high-throughput sequencing technologies to characterize these TEs controls mechanisms by siRNA in the model plant Arabidopsis thaliana .At first, I developed methods and bioinformatics tools to effectively manage data produced by high-throughput sequencing of small RNA libraries. These tools, combined in a pipeline, are designed to allow the study the accumulation of siRNA corresponding to TE sequences or TE families as well as their global or detailed visualization.These tools were applied to characterize, in a wild type background, the association between siRNA and TEs in order to define factors that may explain the observed differences in siRNA abundance . These analyses were performed by taking into account both DNA methylation states and genomic context. It provides a static view of siRNA control of TEs and their impact on nearby genes. Then, analysis of small RNA libraries from mutants of the RNAi pathway was performed to better characterize the impact of DNA methylation loss on siRNA populations and to define the mechanisms involved in the production of 21nt siRNA induced in the ddm1 mutant. These comparative analyses of the TE control after loss of DNA methylation allow us to highlight the production of 24nt siRNA independently of the classical RdDM pathway and to propose a model explaining the production of 21nt siRNA in the ddm1 mutant. At last, I tried to clarify the involvement of siRNA in the restoration of DNA methylation. Changes in DNA methylation induced by ddm1 mutation were characterized as well as their transgenerational stability in an epiRIL population. The stability of DNA hypomethylation has been studied in relation to high-throughput sequencing of small RNAs data from WT, ddm1 and 4 epiRIL lines. It provides a temporal view of the TE control by siRNA. The results highlight the important role of small RNAs in the control of transposable elements in order to preserve structural and functional integrity of the genome through a variety of mechanisms depending on TE sequences. This work opens the way to the analysis of the siRNA control on TEs based on approaches that combine TEs in networks based on their shared siRNA sequences. It would allow to study "siRNA-connections" between TEs in order to explore, for example, the action in trans of siRNA in the restoration of DNA methylation defect.De nombreux mécanismes contrôlent et limitent la prolifération des éléments transposables (ET) dans les génomes dont ils menacent l'intégrité structurale et fonctionnelle. Chez les plantes l'interférence ARN (ARNi) joue un rôle important dans ces contrôles via des petits ARN d'environ 20nt qui guident la régulation de l'expression de séquences endogènes ou exogènes par deux types de mécanismes. Un premier mécanisme, partagé par de nombreux organismes eucaryotes, inhibe l'activité d'ARNm par un contrôle post-transcriptionnel. Un deuxième type de régulation, permet un contrôle transcriptionnel de l'activité des ET via un mécanisme appelé RNA directed DNA Methylation (RdDM) qui implique des siARN («  short-interfering RNA ») de 24nt qui guident la méthylation de l'ADN spécifiquement au niveau des séquences d'ET. Les siARN sont impliqués également dans la restauration progressive de la méthylation de l'ADN après une perte induite par la mutation du gène DDM1 (Decrease in DNA Methylation 1). L'objectif de cette thèse est de tirer avantage des technologies de séquençage à haut débit pour caractériser le contrôle des ET par les siARN chez la plante modèle Arabidopsis thaliana.Dans un premier temps, j'ai développé des méthodes et outils bioinformatiques afin de gérer efficacement les données de séquençage à haut débit de banques de petit ARN. Ces outils, regroupés en pipeline, visent à permettre l'étude de l'accumulation des siARN correspondant aux séquences d'ET ou de familles d'ET ainsi que leur visualisation de manière globale ou détaillée.Ces outils ont ensuite été appliqués pour caractériser, dans un contexte sauvage, l'association entre les siARN et les ET afin de déterminer des facteurs pouvant expliquer les différences d'abondance en siARN observées. Ces analyses, réalisées en tenant compte de l'état de méthylation de l'ADN et du contexte génomique des ET apportent une vue statique du contrôle des ET par les siARN et de leur impact sur les gènes situés à proximité.L'analyse de banques de petits ARN de mutants de la voie de l'ARNi a ensuite été réalisée afin mieux caractériser l'impact de la perte de méthylation de l'ADN sur les populations de siARN et notamment définir les mécanismes impliqués dans la production des siARN de 21nt induite dans le mutant ddm1. Ces analyses comparatives du contrôle des ET lors d'une perte de la méthylation de l'ADN ont permis de mettre en évidence une production de siARN de 24nt indépendante de la voie classique du RdDM et de proposer un modèle permettant d'expliquer la production de siARN de 21nt dans le mutant ddm1.Dans un dernier temps, j'ai cherché à mieux définir l'implication des siARN dans la restauration des états de méthylation de l'ADN. Les variations de méthylation de l'ADN induites par la mutation ddm1 ont été caractérisées ainsi que leur stabilité transgénérationnelle au sein d'une population d'epiRIL. La stabilité de l'hypométhylation de l'ADN a été étudiée, au regard de données de séquençage à haut débit de banques de petits ARN de lignées WT, ddm1 ainsi que pour 4 lignées epiRIL, afin d'apporter une notion temporelle à l'étude du contrôle des ET par les siARN.Les résultats soulignent le rôle majeur des petits ARN pour le contrôle des éléments transposables afin de préserver l'intégrité structurale et fonctionnelle du génome et ce, via des mécanismes variés en fonction des ET. Ce travail ouvre la voie vers une analyse du contrôle des ET par les siARN basée sur une approche regroupant les ET en réseaux en fonction des séquences de siARN qu'ils partagent. Cela permettrait d'étudier les « connections-siARN » entre ET afin de, par exemple, explorer l'action en trans des siARN pour la restauration de la méthylation de l'ADN

Caractérisation du microDNome et sa modulation par le traitement anti-cancer

Récemment, une nouvelle classe d'ADN circulaire extrachromosomique (eccDNA) appelée microADN a été identifiée dans des tissus humains et murins. Ces microADNs ont une longueur de 100 à 400 pb, sont dérivés de régions génomiques non répétitives uniques et présentent un enrichissement au niveau des régions géniques et riches en GC. Bien qu'il ait été proposé qu'ils puissent provenir du métabolisme de l'ARN ou des défauts de réplication, leurs mécanismes de production et leur éventuelle fonctionnalité restent à déterminer. Grâce à l'analyse des microADNs extraits d'une série de 10 lignées cellulaires lymphoblastoïdes humaines (LCL), nous avons confirmé la distribution nonaléatoire des microADNs vers les régions actives du génome. Les microADNs identifiés présentaient des loci d'origine redondants et une périodicité de taille de 190 pb pouvant correspondre à la fragmentation de l'ADN lors de l'apoptose caspase-dépendante. L'apoptose induite de ces LCLs par des drogues chimiothérapeutiques (méthotrexate ou L-asparaginase) a entrainé la modulation de la diversité et de la taille des microADNs, suggérant qu'une partie de ces entités pourrait être des produits résiduels de la mort cellulaire apoptotique. Ainsi, bien que compatible avec l'observation initiale suggérant que les microADNs proviennent d'un processus physiologique normal, ces résultats impliquent une source de production alternative ou complémentaire.Recently, a new class of extrachromosomal circular DNA (eccDNA) called microDNA was identified in mouse and human tissues. These microDNAs are 100 to 400 bp long, derive from unique nonrepetitive genomic regions and show an enrichment in GC rich and genic sequences. While it has been proposed that they could arise from RNA metabolism or replication defects, their production mechanisms and eventual functionality remain unclear. Through the analysis of microDNAs extracted from a series of 10 human lymphoblastoid cell lines (LCLs), we confirmed the non-random distribution of microDNA towards active regions of the genome. Identified microDNAs showed redundant loci of origin and a size periodicity of 190 bp that matched caspase-dependant DNA fragmentation of apoptotic cells. Strikingly, the chemotherapeutic drug-induced apoptosis (using methotrexate or Lasparaginase) of these LCLs modulated both diversity and size of microDNAs further suggesting that a part of microDNAs could represent circularized by-products of the programmed cell death. Thus, while compatible with the original observation that microDNAs originated from a normal physiological process, these results imply an alternative or complementary source of production

Génomique comparative entre Muscadinia rotundifolia et Vitis vinifera pour faciliter l'identification de gènes de résistance

Muscadinia rotundifolia est une espèce de la famille des Vitaceae. C est un sous-genre du genre Vitis, le deuxième sous-genre étant celui des Euvitis qui comprend l espèce cultivée Vitis vinifera (2n=38). M. rotundifolia (2n=40) est une source de résistance aux maladies très importante pour l amélioration de la vigne. Son génome commence seulement à être décrit avec deux cartes génétiques récemment publiées. Ma thèse a consisté à utiliser des ressources génomiques chez M. rotundifolia cv Regale (banque BAC, collection de séquence d extrémités de BAC ou BES et séquences de BACs) pour caractériser le génome de cette espèce en comparaison avec celui de V. vinifera. Les résultats obtenus ne montrent pas de différence importante entre les génomes des deux espèces en termes de composition du génome en bases (GC%), en séquences codantes ou en éléments répétés. De même, à une échelle globale, la famille de gènes NBS-LRR semble être similaire en termes de nombre et de balance entre les sous-familles. A une échelle plus fine cependant (carte physique et séquences de BAC), des remaniements relativement importants sont observés dans des régions portant cette famille de gènes, aboutissant parfois à des contenus différents en gènes, de région normalement homologues: duplication différentielles de gènes, présence/absence de gènes.Muscadinia Rotundifolia is a species of the Vitaceae family. It is a sub-genus of the Vitis genus along with the Euvitis sub-genus, which the cultivated species Vitis vinifera belongs to. M. rotundifolia (2n=40) is a very important source of resistance to diseases in grapevine breeding programs. Its genome is only starting to be described with the recent publication of two genetic maps. The present study aimed at using M. rotundifolia cv Regale genomic resources (BAC library, BAC end sequences or BES, BAC sequences) in order to characterize the genome of this species in comparison with the genome of V. vinifera. The results showed that there is no striking difference between the two species in term of base composition (GC %), repeats frequency and gene space. The NBS LRR gene family also seems to be globally quite similar between the two species in terms of numbers and balance between subfamilies. At a finer scale (physical map and BAC sequence), frequent rearrangements are observed in genomic regions carrying the NBS-LRR gene family sometimes clearly associated with a different gene content between the two species in homologous regions: differential gene duplication, presence/absence of genes.EVRY-Bib. électronique (912289901) / SudocSudocFranceF

Polymorphisme génomique chez Mycoplasma mycoides subsp. mycoides SC : applications à l'épidémiologie moléculaire et validation d'un modèle d'inoculation sous-cutanée pour l'étude de la virulence des souches

La péripneumonie contagieuse bovine, due à Mycoplasma mycoides subsp. mycoides biotype Small Colony (MmmSC) sévit de façon enzootique en Afrique. La lutte contre cette maladie dans les pays pauvres se heurte à la faible efficacité des vaccins et aux difficultés d'application des mesures de prophylaxie sanitaire basées sur l'abattage des malades et infectés et le contrôle des mouvements du bétail. Pour les pays indemnes ou qui envisagent l'éradication, il est nécessaire de pouvoir distinguer l'origine des derniers foyers et notamment de savoir s'il s'agit de résurgence ou bien d'importation. A cet effet, un nouveau système de typage a été développé. Il est basé sur une analyse de séquences multilocus (Multilocus Sequence Analysis, MLSA) pour un typage plus fin des souches de MmmSC et un suivi des foyers de PPCB. Des sites polymorphes ont été identifiés après étude des alignements des séquences de la souche de référence et celles d'une souche pathogène en cours de séquençage. Après validation sur quelques souches, huit locus ont été retenus. Dans un échantillon représentatif de 51 souches de diverses origines, le MLSA distingue trois groupes principaux et 31 profils alléliques différents. Les résultats obtenus montrent sans ambiguïté que les souches d'origine européenne ne résultent pas d'une importation. Le système MLSA a ensuite été affiné avec l'adjonction d'un locus comportant des séquences répétées en tandem (variable number of tandem repeats, VNTR). L'utilisation de deux locus MLSA et un locus VNTR a permis de typer 20 souches isolées au Nord-Cameroun. Les résultats obtenus ont montré une assez grande variabilité des profils de souches, ce qui est en accord avec la situation d'enzootie de la PPCB dans cette région. Finalement un modèle d'étude du pouvoir pathogène des souches de MmmSC a été validé. Il est basé sur une inoculation par voie sous-cutanée des souches de MmmSC et la mesure de la réaction de Willems et l'apparition de la fièvre. Le système est plus reproductible que la méthode de transmission par contact. L'inoculum est facilement contrôlable et les animaux peuvent être récupérés à la fin de l'étude pour la boucherie. En outre, il induit moins de souffrance animale. Les essais ont notamment confirmé que la souche PG1 n'était plus pathogène alors que la souche 8740-Rita l'était pleinement. La principale limitation du modèle reste la variabilité interindividuelle de sensibilité des bovins qui pourrait être diminuée avec l'augmentation du nombre d'animaux par groupe. ABSTRACT : Contagious bovine pleuropneumonia (CBPP) caused by Mycoplasma mycoides subsp. mycoides biotype Small Colony (MmmSC), is enzootic in Africa. The struggle to control CBPP in poor countries has been hampered by the low efficacy of the vaccines, the inability of veterinary services to apply prophylactic measures based on stamping-out policies and to control animal movements. For countries embarked on an eradication process, it would be necessary to ascertain the origin of the last outbreaks and determine if they are due to an importation or a resurgence. To address this issue, we developed a new Multilocus Sequence Analysis scheme (MLSA) which enabled a fine identification of MmmSC strains. This tool should, in turn, allow tracing back the source and origin of outbreak occurences. The polymorphic sites were identified after the alignment of the sequences of the reference strain PG1 and that from strain 8740-Rita which was being sequenced. The suitability of these markers for genotyping was tested on a subset of five strains. At last, 8 loci were retained for the MLSA scheme and used for typing 51 strains of various origins (Europe, Africa, India and Australia). MLSA scheme identified three main groups and 31 allelic profiles. The results clearly showed that European strains did not emerge from importation. The discrimination power of the system was later improved by the inclusion of a VNTR (Variable Number Tandem Repeats) marker. Two MLSA loci and one VNTR locus were used which allowed us to genotype twenty strains isolated in northern Cameroon. The results indicated that there is a marked variability in the strains (7 types among 20 strains) circulating in Cameroon. The current finding is in accordance with the enzootic situation of CBPP in this region. And finally, a model for studying the MmmSC virulence was validated. The model was based on the sub-cutaneous inoculation of MmmSC strains and the measurement of the local reaction and fever. This method is more reproducible than the classical transmission of CBPP to contact animals as the inoculum can be easily controlled. At the end of the experiments, cattle can be treated and sent to the abattoirs. The model induces also less animal suffering. Our experiment confirmed that the strain 8740-Rita was highly pathogenic and the reference strain PG1 was completely avirulent. The main limitation of this method could be the variation of susceptibility among experimental cattle which could be overcome by increasing the number of animals per grou

Bases génétiques de l’adaptation du moustique tigre Aedes albopictus à de nouveaux environnements : une approche sans à priori reposant sur les éléments transposables

The Asian tiger mosquito, one of the main vectors of Dengue and Chikungunya, is an invasive species that colonized the world during the last 30 years from its cradle in Asia. Whether this success has an underlying genetic basis remains to be investigated. In order to study the extent of the genetic differentiation between Asian and European populations and the contribution of natural selection to this differentiation, we developed new genetic markers based on transposable elements insertion polymorphism. We first conceived a bioinformatic pipeline –dnaPipeTE— that allowed to grasp a comprehensive picture of the repetitive fraction of the Tiger’s genome through the analysis of a low proportion of raw reads from a ongoing sequencing project. The insertion polymorphism of five transposable element families was then studied by Illumina based transposon display, in 140 individuals from three Vietnamese populations and five European populations. The vast majority of the 128,000 markers showed a very low genetic differentiation between Europe and Asia. However 92 of them displayed extreme frequency differences between the continents. The majority of them segregate at high frequencies in Europe, a pattern suggestive of adaptive evolution towards temperate environmentsLe moustigre tigre Aedes albopictus, un des vecteurs de la Dengue et du Chikungunya, est une espèce invasive qui a colonisé le monde entier en 30 ans à partir de son berceau asiatique. Les éventuelles bases génétiques de ce succès sont inconnues. Afin d’étudier l’ampleur de la différenciation génétique entre populations asiatiques et européennes et la part prise par la sélection naturelle dans cette différenciation, nous avons développé de nouveaux marqueurs génétiques reposant sur le polymorphisme d’insertion des éléments transposables. Pour cela, nous avons dans un premier temps conçu un outil bioinformatique –dnaPipeTE— nous permettant de dresser le portrait de la fraction répétée du génome d’Ae. albopictus à partir d’une faible proportion des lectures brutes issues d’un projet de séquençage en cours. Le polymorphisme d’insertion de cinq des familles d’ET décrites a ensuite été étudié par la technique de transposon display couplée à du séquençage Illumina, chez 140 individus issus de trois populations vietnamiennes et cinq populations européennes. L’immense majorité des 128 000 marqueurs analysés montre une différenciation génétique très faible entre Europe et Asie. Nous avons néanmoins pu mettre en évidence un centaine d’insertions ayant des fréquences extrêmement différentes entre ces continents. La majorité d’entre elles ségrège à forte fréquence en Europe, suggérant une adaptation du moustique à son environnement tempér