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In front of the antibiotic pressure, a wide range of resistance mechanisms exist. They represent an increasing public health issue, which does and will have major consequences on human mortality. Current strategies —mostly based on antibiotic consumption reductions— globally fail to contain this persistent issue. Moreover, even though it is undeniable that the extensive antibiotic use during the past decades has been a driver of antibiotic resistance evolution, its impact on the emergence and the propagation of antibiotic resistance is often overestimated compared to other factors. First, selection on antibiotic resistance cannot be restricted to the medical and veterinary uses of antibiotics. Second, the evolution (i.e. the emergence, maintenance and spread) of a trait in populations also relies on other evolutionary forces and ecological processes. Finally, the intertwining of these factors induces an intricate evolution of resistant phenotypes, relying on several scales ranging from genetic determinism to environmental dynamics. The aim of this thesis is therefore, through an eco-evolutionary approach, to improve the understanding of forces and mechanisms shaping directions and movements of antibiotic resistance genes. To do so, this thesis focuses on aminoglycoside resistance by modifying enzymes. The results of this work highlight the importance of ecological and genomic factors in the circulation of resistance genes, and thus conclude that integrative studies of resistance are thus required. To begin with, this thesis reveals that the distribution of aminoglycoside resistance is loosely linked to variation in aminoglycoside consumption across Europe, but strongly structured by globalization (trade, migration) and even more by ecological connectivity. Subsequent analysis underscores the underestimated role of non-pathogenic bacteria in the horizontal transfer of antibiotic resistance genes at large phylogenetic scales. In the light of these results, this thesis opens up a course of reflection on the study and management of antibiotic resistance., Face à la pression des antibiotiques de nombreux mécanismes de résistances existent. Ces derniers représentent un problème de santé publique qui a et va avoir des conséquences importantes sur la mortalité humaine. Malgré diverses stratégies — principalement basées sur la réduction de la consommation d'antibiotiques — ce problème persistant peine à être contenu. De plus, même s'il est indéniable que l'utilisation massive d'antibiotiques au cours des dernières décennies a été un moteur de l'évolution de la résistance aux antibiotiques, son impact sur l'émergence et la propagation de la résistance aux antibiotiques est souvent surestimé par rapport à d'autres facteurs. Premièrement, la sélection sur la résistance aux antibiotiques ne peut pas être limitée aux antibiotiques à usage humain. Deuxièmement, l'évolution (c'est-à-dire l'émergence, le maintien et la diffusion) d'un trait dans une population repose également sur d'autres forces évolutives et processus écologiques. Enfin, l'entrelacement de ces facteurs résulte en une évolution complexe du phénotype résistant, dépendante de plusieurs échelles allant du déterminisme génétique aux dynamiques environnementales. L'objectif de cette thèse est donc, en s'appuyant sur une approche éco-évolutive, d'améliorer la compréhension des forces et des mécanismes qui façonnent les directions et le mouvement des gènes de résistance aux antibiotiques. Pour ce faire, cette thèse se concentre sur la résistance aux aminoglycosides par le biais d'enzymes d'altération. Les résultats de ces travaux mettent en évidence l'importance des facteurs écologiques et génomiques dans la circulation des gènes de résistance, et concluent ainsi à la nécessité d'études intégratives de la résistance. Dans un premier temps, cette thèse révèle que la distribution de la résistance aux aminoglycosides n'est que très peu liée aux variations de consommation d'aminoglycosides en Europe, mais fortement structurée par la mondialisation (commerce, migration) et plus encore par la connectivité écologique. Une analyse ultérieure souligne le rôle sous-estimé des bactéries non pathogènes dans le transfert horizontal des gènes de résistance aux antibiotiques à grande échelle phylogénétique. A la lumière de ces résultats, cette thèse propose des pistes de réflexion sur l'étude et la gestion des résistances aux antibiotiques.

Le pangénome est l’ensemble des gènes uniques retrouvé chez une espèce. Dans le cas des espèces procaryotes, notamment celles qui sont présentes dans le microbiote intestinal humain, la variation du contenu en gène est caractérisée par des événements de gain de gènes principalement par transfert horizontal de gènes (THG) et de perte de gène. Cette variation du contenu en gène peut être plus rapide que le taux de mutation et permettre aux microbes de s’adapter rapidement à des pressions sélectives. Cela justifie donc l’étude de l’évolution pangénomique des procaryotes sur des échelles de temps humaines qui sont considérées comme étant courtes du point de vue évolutif, par exemple de l’ordre de quelques années. La plupart des études sur ce sujet impliquent des espèces relativement distantes qui ont divergé depuis des millions d’années. De plus, l'équilibre des forces évolutives majeures impliquées, telles que le THG, la sélection, la dérive génétique et les mutations, n’est pas clairement défini et est au cœur d’un débat dans la littérature. Ce projet de maîtrise permet donc d’élargir le portrait évolutif des pangénomes de procaryotes en s’intéressant à l’évolution des gènes transférés horizontalement, aussi appelés gènes mobiles, sur de courtes échelles de temps. Pour ce faire, nous allons d’abord passer en revue la littérature pertinente en lien avec ce sujet, notamment les méthodes employées pour détecter les gènes mobiles et les modèles d’évolution pangénomique. Nous allons ensuite analyser l’évolution d’une collection de 37 853 gènes mobiles impliqués dans des THG récents détectés dans le microbiote intestinal d’individus provenant d’Amérique du Nord ou des îles Fidji. Pour détecter des signatures évolutives des forces en action, nous estimerons divers paramètres de génétique des populations à partir de l’alignement entre les lectures de séquençage métagénomique de 176 microbiotes fidjiens et cette collection de gènes mobiles. Nous expliquerons aussi l’outil de simulations évolutives que nous avons développé afin de valider et expliquer certaines de nos observations. Sans exclure la présence de pressions de sélection pour des gènes mobiles ayant des fonctions spécifiques, les données réelles et les simulations nous amènent à conclure que l’évolution des gènes mobiles sur de courtes échelles de temps peut être expliquée par un modèle d’évolution où les gènes mobiles ne sont pas largement adaptifs à leurs hôtes humains ou microbiens, contrairement à ce qui est parfois observé sur de longues échelles de temps évolutif., The pangenome is the collection of unique genes found in a species. For prokaryotes, especially those present in the human gut microbiota, variation in gene content is characterized by gene gain through horizontal gene transfer (HGT) and gene loss. In human gut, gene content variations can occur at faster rates than mutation, which allow microbes to adapt rapidly to environmental changes. This justifies the study of the prokaryotes pangenome evolution on human time scales which are considered evolutionarily short, e.g. in the order of few years. Most studies about the evolution of prokaryotic pangenomes involve relatively distant species that have diverged since millions of years. In addition, the balance of major evolutionary forces involved, such as horizontal transfer, selection, genetic drift, and mutations, is not clearly defined and is debated in literature. This master's project therefore aims to broaden the evolutionary portrait of prokaryotic pangenome evolution by focusing on near-term evolution. To do this, we will first review the relevant literature related to this topic, including the methods used to detect mobile genes and the pangenome evolution models. We will then analyze the evolution of a pre-existing collection of 37 853 mobile genes involved in recent HGT events detected in the gut microbiota of individuals from North America and Fiji Islands. To detect evolutionary signatures of the forces in action, we will estimate various population genetics parameters from the alignment between metagenomic sequencing reads of 176 Fijian microbiomes and this collection of mobile genes. We will also explain the evolutionary simulation tool that we have developed in order to validate and explain some of our observations. While we don’t exclude the importance of selection for specific cellular functions for pangenome evolution, we found that the near-term evolution of mobile genes can be explained by a model in which mobile genes can spread selfishly without being largely adaptive to their human or microbial hosts, contrarily to what is often observed over longer evolutionary time scales.

Les infections dues à des bactéries résistantes aux antibiotiques (BRA) telles que les bactéries productrices de β-lactamases à spectre élargi et les Entérobactéries résistantes aux carbapénèmes deviennent de plus en plus courantes et les options thérapeutiques sont de plus en plus limitées. De ce fait, cette problématique est un sujet d'actualité très étudié en milieu clinique mais pas autant dans l'environnement aquatique. Les stations d'épuration des eaux usées, sont considérées comme les sources de la dissémination de (BRA) ainsi que des gènes de résistance (ARGs) en milieu aquatique. Plusieurs recherches actuelles, recommandent l'acquisition des données quantitatives de l'antibiorésistance pour une évaluation des risques potentiels et pour lutter contre sa dissémination. Ce travail a été effectué dans six plages de baignade du canton de Genève et propose comme objectif principal l'évaluation de la qualité microbiologique de l'eau en fonction de la variation saisonnière et en tenant compte de la prévalence des bactéries indicatrices de contamination fécale résistantes aux céphalosporines de 3ème génération ainsi que de leurs gènes de résistance notamment les gènes blaOXA-48, blaKPC, blaSHV, et blaTEM en lien avec la biomasse bactérienne totale (ARNr 16S).

Copper, frequently used in agriculture to control bacterial diseases, is commonly used against Xanthomonas citri pv. citri (Xcc), the bacterial agent of Asiatic citrus canker. The recent detection of a copper-resistant phenotype in two French overseas regions motivated a genomic study which revealed, in copper-resistant (CuR) strains, a conjugative plasmid encoding an adaptive transposon of the Tn3 family. Its conservation in several Xanthomonas species suggested the role of horizontal gene transfer (HGT) in Xcc adaptation. We therefore analyzed the evolutionary history of susceptible and CuR Xcc strains in the Indian Ocean using both SNP and gene content variations. The dating of the obtained phylogeny allowed us to hypothesize the history of Xcc introduction into the region. The phylogeny showed a strong geographic structure among islands of the Indian Ocean region, which faded at the Réunion scale and disappeared at the grove scale. Among the groves, admixture is a factor favoring HGT between genetically distinct strains. This form of evolution is however largely uncharacterized in the Xanthomonas genus. To fill this gap, we searched genetic homology between the whole known plasmid gene content of the Xanthomonadaceae family and the complete set of genomes hosted in NCBI databases. We highlighted both the ubiquity of plasmid genes in the Xanthomonadaceae family and the taxonomical barrier of their sharing by conjugation. The small fraction of genes that were exchanged through the complete sharing of plasmids also revealed the importance of plasmid mosaicism, partly due to mobile genetic elements. Taken together, our results highlight the importance of bacterial communities in the evolution of phytopathogenic bacteria of the Xanthomonas genus, and the need for a precise characterization of the content and the functioning of the Xanthomonadaceae environmental genome in order to fully apprehend the adaptation of these phytopathogenic bacteria., Le cuivre, souvent utilisé pour gérer les bactérioses en agriculture, est largement utilisé dans la lutte contre Xanthomonas citri pv. citri (Xcc), agent responsable du chancre asiatique des agrumes. La récente détection d’un phénotype résistant au cuivre (CuR) chez Xcc dans deux territoires ultramarins français a motivé une étude génomique qui a révélé, dans les génomes de souches CuR, la présence d’un plasmide conjugatif portant un transposon adaptatif de type Tn3. Sa conservation chez plusieurs espèces de Xanthomonas phytopathogènes suggère le rôle des transferts horizontaux (HGT) dans l’adaptation de Xcc. Nous avons donc analysé, dans l’océan Indien, les relations phylogénétiques de souches sensibles et CuR en prenant en compte à la fois les SNP et les variations de contenu en gènes. La datation de la phylogénie a permis de formuler des scenarii d’introduction de la bactérie dans la région. La phylogénie a montré une structure géographique forte à l’échelle de l’océan Indien, qui s’estompe à l’échelle de la Réunion et disparaît à l’échelle du verger. Au sein des vergers, l’admixture est un élément favorable aux HGT entre souches génétiquement différentes. Ils sont pourtant peu caractérisés chez les bactéries du genre Xanthomonas. Nous avons ainsi analysé la dispersion de l’ensemble des gènes plasmidiques connus de la famille des Xanthomonadaceae dans l’ensemble des génomes bactériens de NCBI, mettant en évidence à la fois la forte prévalence des gènes plasmidiques au sein des Xanthomonadaceae mais aussi la limite taxonomique forte à leur échange par conjugaison. L’importance du mosaïsme plasmidique, en partie lié aux éléments mobiles a aussi été illustrée. L’ensemble de nos résultats souligne l’importance des HGT dans l’évolution des bactéries du genre Xanthomonas, et la nécessité de caractériser finement le contenu et le fonctionnement du génome environnemental des Xanthomonadaceae pour appréhender au mieux l’adaptation de ces bactéries phytopathogènes.

Les mycoplasmes sont des bactéries atypiques, dépourvues de paroi et souvent considérées comme des cellules minimales du fait de la taille réduite de leur génome. De nombreuses espèces sont pathogènes et ont un impact économique important dans les filières d'élevage, notamment pour les ruminants. Les mycoplasmes n'échappent pas au phénomène mondial de la résistance aux antibiotiques. Contrairement à la plupart des autres bactéries, les mycoplasmes ne contiennent pas de plasmides conjugatifs souvent incriminés dans la dissémination horizontale de gènes de résistance, la base moléculaire principalement décrite étant la mutation chromosomique des gènes cibles. De façon générale, le transfert horizontal de gènes (HGT) chez les mycoplasmes a longtemps été sous-estimé. Récemment, deux mécanismes de HGT ont été décrits chez Mycoplasma agalactiae : le transfert d'élément conjugatif et intégratif (ICE), et le transfert non-conventionnel de régions chromosomiques par conjugaison appelé MCT (Mycoplasma Chromosomal Transfer). Nos travaux se sont attachés à explorer ce dernier mécanisme et à évaluer son impact sur l'acquisition de la résistance aux antibiotiques. Une analyse de génomique comparative a été conduite à partir du séquençage de nombreux mutants spontanément résistants et de transconjugants générés par des expériences de mating et sélectionnés pour leur résistance. Nos résultats montrent que le MCT conduit de façon distributive au transfert simultané de nombreux fragments. En une seule étape de conjugaison impliquant deux souches, ce phénomène génère une population variée de génomes hautement mosaïques. Il accélère la dissémination de l'antibiorésistance, permettant l'acquisition de plusieurs mutations distantes associées à la résistance en un seul événement. De par les multiples possibilités de réassemblage génomique qu'il produit, le MCT pourrait avoir des conséquences importantes sur d'autres processus adaptatifs comme la virulence ou la spécificité d'hôte. Enfin, les modalités distributives et l’ampleur du MCT expliquent l'origine des transferts de gènes précédemment détectés in silico entre de nombreux mycoplasmes. Ce phénomène pourrait donc avoir eu des répercussions importantes sur l'évolution de ces bactéries minimales et être un facteur clé de leur persistance et virulence actuelles.

La compréhension des mécanismes d’évolution permettant la différenciation etla spéciation des bactéries est cruciale pour estimer le potentiel évolutif des agentspathogènes et permettre la prévention des nouvelles maladies des plantes. L’espècebactérienne est à l’heure actuelle définie sur la base de similarité/dissemblance gé-nomique. Cependant, cette approche ne nous renseigne en rien sur les mécanismesévolutifs conduisant à la divergence génétique et génomique sur laquelle est baséela notion d’espèce bactérienne. Dans ce travail, nous avons étudié les processusgouvernant la divergence génétique au sein du complexe d’espèces Xanthomonasaxonopodis qui regroupe des souches responsables de maladies sur des culturesd’importance socio-économique majeure. L’étude de 73 génomes représentatifs dece complexe a révélé une structuration en cinq groupes. La structuration de cecomplexe n’étant pas liée à la géographie ou à l’hôte, nous avons étudié le rôleque peuvent avoir les flux de gènes dans la divergence et montré que l’impact dela recombinaison sur le polymorphisme était équivalent à celui de la mutation.Nous avons de plus noté une prépondérance de la recombinaison sur les branchesprécédant les événements de divergence en groupes. Une analyse de génomique despopulations et des scénarios de divergence ont montré que les flux de gènes étaientplus faibles entre des groupes ayant divergé récemment qu’entre des groupes plusdistants. L’absence de corrélation entre la distance génétique et le flux de gènesserait indicatrice de la présence de barrières génétiques ou écologiques entre cespopulations. Le flux de gènes entre groupes distants serait imputable à du contactsecondaire. Dans un deuxième temps il a été montré que la structuration du com-plexe basée sur la matrice de présence-absence des gènes du génome accessoireétait différente de celle basée sur le core génome, traduisant l’impact du transferthorizontal de gènes (HGT). Nous avons pu identifier que le partage d’une mêmeniche écologique était une condition nécessaire au HGT mais non suffisante. L’in-férence des gains et des pertes de gènes pendant l’histoire évolutive suggère uneintensification récente en accord avec les scénarios de divergence suivie de contactssecondaires inférés entre certains groupes. L’évolution des pratiques agricoles et lamondialisation pourraient être responsables de ces contacts secondaires. Le gaind’un cluster de gènes codant pour la biosynthèse des lipopolysaccharides avantla diversification du groupe 9.5 pourrait être impliqué dans la divergence de cegroupe. Les résultats présentés montrent que la divergence de ces groupes peutêtre due à l’accumulation de mutations, à la diminution de la recombinaison ho-mologue suite à la présence de barrières plutôt qu’à la distance génétique, ou àl’acquisition de gènes qui pourraient favoriser l’isolement écologique de certainsgroupes

Most of the research strategies aiming at improving anticancer therapies currently target apoptosis. Over the last decades, several natural products derived from herbal medicine or food have been identified as pharmacological agents for cancer cell elimination through apoptosis induction. Among them, isoliquiritigenin (ILG) is a chalcone derivative isolated from liquorice and shallots which exhibits a wide variety of biological functions including antitumor properties.In mammals, apoptotic cells (AC) can either be eliminated after their capture by specialized phagocytes or act as vectors of DNA in a process named horizontal gene transfer (HGT). For instance, AC derived from cervical cancer cells can transfer human papillomavirus (HPV) oncogene sequences to human primary fibroblasts (HPFs) which subsequently acquire transformed cell properties. The molecular mechanisms underlying AC uptake by HPFs, a model of non-professional phagocytes, have not been clearly identified. Characterizing these upstream events appears critical to broaden our understanding of HGT and the ultimate transformation of recipient cells which may subsequently occur.The aims of this work were to (i) study the antitumor effects of ILG on cervical cancer cell lines,(ii) characterize the cellular and molecular mechanisms underlying AC uptake by HPF, (iii) study the cellular events which occur in HPFs following AC engulfment such as phagosome maturation, HGT and acquisition of transformed properties, and (iv) evaluate the tumorigenic properties of AC in vivo.In a first part of this PhD project, we found that ILG exhibits multiple antitumor actions on cervical cancer cells in vitro including anti-proliferative, pro-apoptotic and anti-migration properties. Further studies on apoptosis-related events were conducted in Ca Ski cells (p53wt, HPV16 DNA positive), which are representative of the most frequent cervical carcinoma. The treatment of Ca Ski cells with ILG is associated with increased levels of p53 and p21 proteins, loss of mitochondrial membrane potential, cytochrome c release and caspase-9, -8 and -3 cleavage. These features suggest that ILG-induced apoptosis is dependent on p53 and involve both mitochondrial and death receptor- mediated pathways. The effect of ILG in Ca Ski cells may be partly explained by the decrease of HPV16 E6 oncoprotein expression and the associated raise of p53 levels observed after cell treatment. Our work highlights the potential of ILG as an antitumor agent and provides the opportunity of new treatment. ln the second part of this work, we set up a method based on flow cytometry to quantitatively analyze AC uptake. This original method and microscopy analysis allowed us to show that HPFs act as non-professional phagocytes and are able to engulf subcellular fragments rather than dying whole cells, with lower efficiency and rapidity compared to professional phagocytes as macrophages. Uptake of AC by HPFs depends on time, temperature and the presence of bivalent ions. Morphological analysis and fonctional assays using endocytosis inhibitors revealed a mechanism related to phagocytosis and/or macropinocytosis. The recognition of phosphatidylserine exposed on the surface of AC by their receptor BAIl has emerged as a required event for AC uptake by HPFs.; À l'heure actuelle, une large proportion des recherches vouées à l'identification et au développement de nouvelles thérapies anticancéreuses est basée sur l'apoptose. Dans les dernières décennies, divers composés phytochimiques ont été caractérisés comme des agents pharmacologiques susceptibles d'éliminer les cellules cancéreuses via l'induction de l'apoptose. Parmi ceux-ci, l'isoliquiritigénine (ILG), un flavonoïde naturellement présent dans les racines de réglisse, se distingue des autres par ses nombreuses propriétés thérapeutiques incluant une activité antitumorale. Chez les mammifères, les cellules apoptotiques (CA) peuvent être complètement dégradées via leur capture par des cellules phagocytaires spécialisées ou servir de vecteurs d'ADN dans un processus appelé transfert horizontal de gènes (THG). Ainsi, il a été mis en évidence que des CA dérivées de cancer du col de l'utérus peuvent induire le transfert de séquences d'oncogènes de papillomavirus humains (HPV) à des fibroblastes primaires humains (HPFs) qui acquièrent des propriétés de cellules transformées. Cependant, les mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués dans l'internalisation de CA par les fibroblastes, un modèle de phagocyte non-professionnel, n'ont pas encore été clairement identifiés et la caractérisation de ces événements qui précèdent le THG est essentielle à la compréhension de ce processus et de la transformation des cellules receveuses qui peut en découler.Dans ce contexte, les objectifs de cette thèse étaient, (i) d'analyser les effets anticancéreux de l'ILG sur des cellules dérivées de cancer du col de l'utérus, (ii) de caractériser les mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués dans la capture des CA par les HPFs, (iii) d'étudier les événements cellulaires qui font suite à ce processus comme la maturation des phagosomes, le THG et l'acquisition de propriétés de transformation et enfin, (iv) de démontrer la preuve de la conservation de la capacité tumorigénique des CA in vivo.Un premier travail a permis de mettre en lumière les propriétés antitumorales de l'ILG via une multiplicité d'actions sur des modèles cellulaires de cancer du col de l'utérus in vitro, incluant des activités anti-proliférative, pro-apoptotique, anti-migratoire. Concernant la lignée cellulaire Ca Ski, p53 sauvage et représentative du carcinome du col utérin le plus fréquent, associé à une infection transformante par HPV16, l'apoptose induite par l'ILG semble dépendante de p53 et de la mitochondrie, mais aussi de la voie des récepteurs de mort, comme attesté par l'augmentation des niveaux de protéines p53 et p21, la dissipation du potentiel membranaire mitochondrial, la libération du cytochrome c et le clivage des caspases-9, -8 et -3. Ces effets pourraient être la conséquence de la diminution de l'expression de l'oncoprotéine virale E6 d'HPV16 induite par l'ILG entraînant la restauration de l'expression de p53. Nos travaux révèlent un fort potentiel de l'ILG contre différents types de cellules malignes et ouvrent le champ à de nouvelles modalités de traitement des cancers associés à HPV.

Colloque organisé par : Pr. Catherine Béal - UFR Technologie et Procédés Alimentaires - AgroParisTech Dr. Luis Bermudez - MICALIS - Institut National de la Recherche Agronomique Dr. Marie-Christine Champomier-Verges - MICALIS - Institut National de la Recherche Agronomique, Jouy en Josas Dr. Céline Delbès - Unité de Recherches Fromagères - Institut National de la Recherche Agronomique, Aurillac Dr. Stéphanie-Marie Deutsch - STLO - Institut National de la Recherche Agronomique, Rennes Dr. Véronique Monnet - Institut National de la Recherche Agronomique, Jouy en Josas Dr. Monique Zagorec - Unité SECALIM - Institut National de la Recherche Agronomique, ONIRIS - NantesColloque organisé par :Pr. Catherine Béal - UFR Technologie et Procédés Alimentaires - AgroParisTechDr. Luis Bermudez - MICALIS - Institut National de la Recherche AgronomiqueDr. Marie-Christine Champomier-Verges - MICALIS - Institut National de la Recherche Agronomique, Jouy en JosasDr. Céline Delbès - Unité de Recherches Fromagères - Institut National de la Recherche Agronomique, AurillacDr. Stéphanie-Marie Deutsch - STLO - Institut National de la Recherche Agronomique, RennesDr. Véronique Monnet - Institut National de la Recherche Agronomique, Jouy en JosasDr. Monique Zagorec - Unité SECALIM - Institut National de la Recherche Agronomique, ONIRIS - Nantes; Propionibacterium freudenreichii (PF) is an actinobacterium used in cheese technology and for its probiotic properties. PF can grow on a variety of carbon and nitrogen sources. The aim of this work was to discover the genetic basis for strain-dependent traits related to its ability to use specific carbon sources. Twenty-one strains were sequenced. Each gene was attributed to either the core genome or an accessory genome. The ability of the 21 strains to degrade 50 different sugars was evaluated. Thirty-three sugars were degraded by none of the sequenced strains whereas eight sugars were degraded by all of them. The corresponding genes were present in the core genome. Lactose, melibiose were only used by some strains. The presence/absence of genes responsible for carbon uptake and degradation correlated well with the phenotypes and was in line the metabolic pathways described previously in other species. We also considered the genetic origin (transduction, rearrangement) of the corresponding genomic islands. Ribose and gluconate were to a greater or lesser extent (quantitative phenotype) degraded by some strains. For these sugars, the phenotypes correlated with the premature appearance of a stop codon interrupting protein synthesis, preventing the catabolism of corresponding sugar. These results illustrate (i) the power of correlation studies to discover the genetic basis of binary strain-dependent traits, and (ii) the plasticity of PF chromosomes, probably resulting from horizontal transfers, duplications, transpositions and an accumulation of mutations.

Les champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA) sont des organismes microscopiques du sol qui jouent un rôle crucial dans les écosystèmes naturels et que l’on retrouve dans tous les habitats de la planète. Ils vivent en relation symbiotique avec la vaste majorité des plantes terrestres. Ils sont des biotrophes obligatoires, c'est-à-dire qu'ils ne peuvent croître qu'en présence d'une plante hôte. Cette symbiose permet entre autres à la plante d'acquérir des nutriments supplémentaires, en particulier du phosphore et du nitrate. Malgré le fait que cette symbiose apporte des services importants aux écosystèmes, la richesse des espèces, la structure des communautés, ainsi que la diversité fonctionnelle des CMA sont mal connues et l'approfondissement des connaissances dans ces domaines dépend d’outils de diagnostic moléculaire. Cependant, la présence de polymorphisme nucléaire intra-isolat combiné à un manque de données génomiques dans différents groupes phylogénétique de ces champignons complique le développement de marqueurs moléculaires et la détermination de l'affiliation évolutive à hauts niveaux de résolution (c.a.d. entre espèces génétiquement similaires et/ou isolats de la même espèce). . Pour ces raisons, il semble une bonne alternative d’utiliser un système génétique différent en ciblant le génome mitochondrial, qui a été démontré homogène au sein d'un même isolat de CMA. Cependant, étant donné le mode de vie particulier de ces organismes, une meilleure compréhension des processus évolutifs mitochondriaux est nécessaire afin de valoriser l'utilisation de tels marqueurs dans des études de diversité et en génétique des populations. En ce sens, mon projet de doctorat consistait à investiguerétudier: i) les vecteurs de divergences inter-isolats et -espèces génétiquement rapprochéesphylogénétiquement apparentées, ii) la plasticité des génomes mitochondriaux, iii) l'héritabilité mitochondriale et les mécanismes potentiels de ségrégation, ainsi que iv) la diversité mitochondriale intra-isolat in situ. À l'aide de la génomique mitochondriale comparative, en utilisant le séquençage nouvelle génération, on a démontré la présence de variation génétique substantielle inter-isolats et -espèces, engendrées par l'invasion d'éléments mobiles dans les génomes mitochondriaux des CMA, donnant lieu à une évolution moléculaire rapide des régions intergéniques. Cette variation permettait de développer des marqueurs spécifiques à des isolats de la même espèce. Ensuite, à l'aide d'une approche analytique par réseaux de gènes sur des éléments mobiles, on a été en mesure de démontrer des évènements de recombinaisons homologues entre des haplotypes mitochondriaux distincts, menant à des réarrangements génomiques. Cela a permis d'ouvrir les perspectives sur la dynamique mitochondriale et l'hétéroplasmie dans un même isolatsuggère une coexistence de différents haplotypes mitochondriaux dans les populations naturelles et que les cultures monosporales pourraient induirent une sous-estimation de la diversité allélique mitochondriale. Cette apparente contradiction avec l'homogénéité mitochondriale intra-isolat généralement observée, a amené à investiguer étudier les échanges génétiques à l'aide de croisements d'isolats génétiquement distincts. Malgré l'observation de quelques spores filles hétéroplasmiques, l'homoplasmie était le statut par défaut dans toutes les cultures monosporales, avec un biais en faveur de l'un des haplotypes parentaux. Ces résultats suggèrent que la ségrégation opère durant la formation de la spore et/ou le développement de la coloniedu mycélium. De plus, ils supportent la présence d'une machinerie protéique de ségrégation mitochondriale chez les CMAAMF, où l'ensemble des gènes impliqués dans ce mécanisme ont été retrouvé et sont orthologues aux autres champignons. Finalement, on est revenue aux sources avecon a étudié le polymorphisme mitochondrial intra-isolat à l'aide d'une approche conventionnelle de PCR en utilisant une Taq polymérase de haute fidélité, suivie de clonage et de séquençage Sanger, sur deux isolats de R. irregularis. Cela a permis l'observation d'hétéroplasmie in situ, ainsi que la co-expression de variantes de variantes de protéines'ARNm dans une souche in vitro. Les résultats suggèrent que d'autres études basées sur le séquençage nouvelle génération aurait potentiellement ignorée cette variation, offrant ainsi plusieurs nouveaux arguments permettant de considérer les CMA comme des organismes possédant une population de génomes mitochondriaux et nucléaires distincts., The association between arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) and plant roots is one of the most widespread symbioses involving plants, and thus has an important role in terrestrial ecosystems. In exchange for carbohydrates, AMF improve plant fitness by enhancing mineral nutrient uptake, especially in particular phosphate and nitrate. Although this symbiosisDespite the fact that these symbioses contribute provides to important services toin ecosystems, the species richness, community structure and functional diversity of AMF is not well understood due to a lack of reliable molecular tools. The intra-isolate genetic polymorphism of nuclear DNA observed in AMF, combined with a lack of genomic data in a broad range of phylogenetic groups, has made it difficult to develop molecular markers and to determine evolutionary relatedness at high levels of resolution (i.e. between genetically-similar species and/or isolates). For these reasons, it seems a good alternative to use a different genetic system by targeting the mitochondrial genome, which have been shown to be homogeneous within AMF isolates. However, given the peculiar lifestyle of these organisms, a better understanding of the mitochondrial evolutionary processes and dynamics were is necessary in order to validate the usefulness of such markers in diversity and population genetics studies. In that regard, the objectives of my PhD project were to investigate: i) the divergence between closely related species and isolates, ii) mitochondrial genomes plasticity, iii) mitochondrial heritability and potential segregation mechanisms and iv) in situ mitochondrial intra-isolate allelic diversity. With Using comparative mitochondrial genomics using and next generation sequencing (NGS) sequencing, we found substantial sequence variation in intergenic regions caused by the invasion of mobile genetic elements. This variation gives risecontributes to rapid mitochondrial genome evolution among closely related isolates and species, which makes it possible to design reliable intra- and inter-specific markers. Also, an extensive gene similarity network-based approach allowed us to provide strong evidence of inter-haplotype recombination in AMF, leading to a reshuffled mitochondrial genome. These findings suggest the coexistence of distinct mtDNA haplotypes in natural populations and raise questions as to whether AMF single spore cultivations artificially underestimates mitochondrial genetic diversity in natural population.. This apparent contradiction with the intra-isolate mtDNA homogeneity usually observed in these fungi, led to the investigation of mitochondrial heritability in the spore progeny resulting from crossed-cultures. Although an heteroplasmic state was observed in some daughter spores, we found that homoplasmy was the dominant state in all monosporal cultures, with an apparent bias towards one of the parental haplotypes. These results strongly support the presence of a putative mitochondrial segregation proteic machinery in AMF, whose complete set of genes were orthologous with those found in other fungi. Our findings suggest that segregation takes place either during spore formation or colony mycelium development. Finally, we performed a conventional PCR based approach with a high fidelity Taq polymerase, followed by downstream cloning and Sanger sequencing using the model organism Rhizophagus irregularis. We found in situ heteroplasmy along with substantial intra-isolate allelic variation within the mtDNA that persists in the transcriptome. Our study also suggest that genetic variation in Glomeromycota is higher than meets the eye and might be critically underestimated in most NGS based-AMF studies both in nuclei and mitochondria.

International audience; BACKGROUND: Within the genus Streptococcus, only Streptococcus thermophilus is used as a starter culture in food fermentations. Streptococcus macedonicus though, which belongs to the Streptococcus bovis/Streptococcus equinus complex (SBSEC), is also frequently isolated from fermented foods mainly of dairy origin. Members of the SBSEC have been implicated in human endocarditis and colon cancer. Here we compare the genome sequence of the dairy isolate S. macedonicus ACA-DC 198 to the other SBSEC genomes in order to assess in silico its potential adaptation to milk and its pathogenicity status. RESULTS: Despite the fact that the SBSEC species were found tightly related based on whole genome phylogeny of streptococci, two distinct patterns of evolution were identified among them. Streptococcus macedonicus, Streptococcus infantarius CJ18 and Streptococcus pasteurianus ATCC 43144 seem to have undergone reductive evolution resulting in significantly diminished genome sizes and increased percentages of potential pseudogenes when compared to Streptococcus gallolyticus subsp. gallolyticus. In addition, the three species seem to have lost genes for catabolizing complex plant carbohydrates and for detoxifying toxic substances previously linked to the ability of S. gallolyticus to survive in the rumen. Analysis of the S. macedonicus genome revealed features that could support adaptation to milk, including an extra gene cluster for lactose and galactose metabolism, a proteolytic system for casein hydrolysis, auxotrophy for several vitamins, an increased ability to resist bacteriophages and horizontal gene transfer events with the dairy Lactococcus lactis and S. thermophilus as potential donors. In addition, S. macedonicus lacks several pathogenicity-related genes found in S. gallolyticus. For example, S. macedonicus has retained only one (i.e. the pil3) of the three pilus gene clusters which may mediate the binding of S. gallolyticus to the extracellular matrix. Unexpectedly, similar findings were obtained not only for the dairy S. infantarius CJ18, but also for the blood isolate S. pasteurianus ATCC 43144. CONCLUSIONS: Our whole genome analyses suggest traits of adaptation of S. macedonicus to the nutrient-rich dairy environment. During this process the bacterium gained genes presumably important for this new ecological niche. Finally, S. macedonicus carries a reduced number of putative SBSEC virulence factors, which suggests a diminished pathogenic potential.

Cyanogenic glucosides are among the most widespread defense chemicals of plants. Upon plant tissue disruption, these glucosides are hydrolyzed to a reactive hydroxynitrile that releases toxic hydrogen cyanide (HCN). Yet many mite and lepidopteran species can thrive on plants defended by cyanogenic glucosides. The nature of the enzyme known to detoxify HCN to β-cyanoalanine in arthropods has remained enigmatic. Here we identify this enzyme by transcriptome analysis and functional expression. Phylogenetic analysis showed that the gene is a member of the cysteine synthase family horizontally transferred from bacteria to phytophagous mites and Lepidoptera. The recombinant mite enzyme had both β-cyanoalanine synthase and cysteine synthase activity but enzyme kinetics showed that cyanide detoxification activity was strongly favored. Our results therefore suggest that an ancient horizontal transfer of a gene originally involved in sulfur amino acid biosynthesis in bacteria was co-opted by herbivorous arthropods to detoxify plant produced cyanide. DOI: http://dx.doi.org/10.7554/eLife.02365.001, eLife digest Hydrogen cyanide is a poison that is deadly for most forms of life. Also known as prussic acid, it has killed countless humans throughout history in accidents and during the Holocaust. Hydrogen cyanide is also used by plants to defend themselves against insects and other herbivorous animals. Many plants produce chemicals called cyanogenic glycosides that can be converted into hydrogen cyanide when the plant is eaten. This is an ancient and efficient defense against all sorts of herbivores, including humans. For instance, cassava is a key source of food in sub-Saharan Africa and South America, but it contains cyanogenic glucosides and is highly toxic if eaten in unprocessed form. However, some insects and mites can thrive on cyanogenic plants, often to the extent of becoming pests on these plants. Certain moths, such as burnet moths, have gone further and now depend on cyanogenic glucosides for their own defenses against predators such as birds. How these mites and insects are capable of fending off cyanide toxicity has long remained a mystery. Now Wybouw et al. have identified a mite enzyme that detoxifies hydrogen cyanide to produce a compound called beta-cyanoalanine. Remarkably, the DNA that encodes this enzyme did not evolve in animals but originally belonged to a bacterium. Wybouw et al. show that the gene was transferred to the genome of the spider mite Tetranychus urticae perhaps a few hundred million years ago. An equivalent gene was also found in moths and butterflies, which explains why these insects can thrive on plants that produce hydrogen cyanide. This lateral gene transfer from bacteria to animals is a remarkable coalition of two kingdoms against another, and illustrates a new aspect of the chemical warfare between plants and animals. This study also increases our awareness of the importance of laterally transferred genes in the genomes of higher organisms. DOI: http://dx.doi.org/10.7554/eLife.02365.002

In 1977, Carl Woese proposed a new classification of organisms based on phylogenetic criteria where he divided prokaryotes into two major groups. Thus, Archaea were defined as a new domain, together with Bacteria and Eucarya. Since then, the study of this group and its relationships with the two other domains, essential to understand the early evolution of Life, has been largely done through the investigation of its phylogeny. Almost 40 years of research on the archaea have led to a significant evolution of the knowledge on this group: from considering them as bacteria living in specialized environments, most often extreme ones, to defining them as an independent domain, highly diversified in genetic, metabolic and ecological terms. During the last years, the symbolic barrier of 100 complete archaeal genome sequences has been reached and, simultaneously, many genome projects from poorly-known groups or new high-rank lineages (e.g., Nanohaloarchaea, Thaumarchaeota, ARMAN, Aigarchaeota, MGC, group II Euryarchaeota, etc.) have been launched. All this provides unprecedented information to study the evolutionary history of Archaea. Ribosomal proteins have been used recurrently to infer the phylogenetic position of new archaeal lineages. Nevertheless, the resulting phylogenies are not fully resolved and several important nodes remain uncertain. The identification of new phylogenetic markers is therefore crucial. This represents the framework of my PhD thesis project.On the basis of the analysis of the genome sequences of two Thaumarchaeota and one Aigarchaeota, we have identified 200 conserved proteins well represented among the different archaeal phyla. These proteins are involved in a number of cellular functions, thus providing a phylogenetic signal complementary to the one obtained from the informational proteins (i.e., ribosomal proteins and RNA polymerase subunits). The phylogenetic analysis of these new markers has led to a better resolution of the archaeal phylogeny, including several relationships that remained unclear.Several of the new markers are also present in bacteria. Since the relationships among the different archaeal phyla are not yet resolved, we have used those markers to try to place the root of the archaeal phylogeny using the bacterial sequences as outgroup. We have identified 38 proteins among the 200 detected before containing a phylogenetic signal useful for that purpose, to which we have added 32 universal ribosomal proteins. The use of this complete dataset allowed us locating the root between the Euryarchaeota and a large group joining the Thaumarchaeota, Aigarchaeota, Korarchaeota and Crenarchaeota. This new result on the ancient evolutionary history of Archaea has led us to propose a taxonomic revision for this domain, in particular the erection of a new phylum "Proteoarchaeota", containing the current four phyla that we propose to retrograde into classes (Thaumarchaeales, Aigarchaeales, Korarchaeales and Crenarchaeales).Finally, the analysis of the proteins encoded by the three reference genomes at the origin of this work has generated a large amount of data, which reveals particular traits in certain organisms or unexpected evolutionary histories. One example concerns the evolution in Thaumarchaeota of the protein complex composed of the DnaK chaperon and its co-chaperons GrpE, DnaJ, and DnaJ-Fer, which involves several horizontal gene transfer events among the three domains of Life.; En 1977, Carl Woese sépare les procaryotes en deux grands groupes en proposant une nouvelle classification basée sur des critères phylogénétiques. Les Archaea deviennent ainsi un domaine à part entière aux cotés des Bacteria et des Eucarya. Depuis, la compréhension de ce nouveau groupe et de ses relations avec les deux autres domaines, essentielles pour comprendre l’évolution ancienne du vivant, est largement passée par l’étude de leur phylogénie. Presque 40 ans de recherche sur les archées ont permis de faire évoluer leur image : de bactéries vivant dans des milieux spécialisés, souvent extrêmes, on est passé à un domaine indépendant, très diversifié aussi bien génétiquement, métaboliquement ou encore écologiquement. Ces dernières années la barre symbolique de cent génomes complets d’archées séquencés a été franchie et, parallèlement, les projets génomiques et métagénomiques sur des groupes peu caractérisés ou de nouvelles lignées de haut rang taxonomique (e.g. Nanohaloarchaea, Thaumarchaeota, ARMAN, Aigarchaeota, groupe MGC, groupe II des Euryarchaeota, etc.) se sont multipliés. Tout ceci apporte un matériel sans précédent pour l’étude de l’histoire évolutive et de la diversité des Archaea. Les protéines ribosomiques ont été utilisées de façon courante pour inférer la position phylogénétique des nouvelles lignées d’Archaea. Néanmoins, les phylogénies résultantes ne sont pas complètement résolues, laissant des interrogations concernant d’importantes relations de parenté. La recherche de nouveaux marqueurs est donc cruciale et c’est dans ce contexte que mon projet de thèse s’inscrit. À partir de l’analyse des génomes de deux Thaumarchaeota et d’une Aigarchaeota, nous avons identifié 200 protéines conservées et bien représentées dans les différents phyla d’archées. Ces protéines sont impliquées dans de nombreux processus cellulaires, ce qui peut apporter un signal phylogénétique complémentaire à celui des marqueurs de type informationnel utilisés par le passé. En plus de confirmer la plupart des relations phylogénétiques inférées à partir de ces derniers (i.e., protéines ribosomiques et sous unités de l’ARN polymérase), l’analyse phylogénétique de ces nouveaux marqueurs apporte un signal permettant une meilleure résolution de la phylogénie des archées et la clarification de certaines relations jusqu’ici confuses. Un certain nombre de ces nouveaux marqueurs sont aussi présents chez les bactéries. Les relations entre les grands phyla d’archées restant encore non résolues, nous avons utilisé ces protéines pour essayer de placer la racine de l’arbre des Archaea en utilisant comme groupe extérieur les bactéries. Nous avons ainsi pu identifier 38 protéines, parmi les 200 sélectionnées précédemment, ayant un signal phylogénétique suffisamment fiable pour cette étude, auxquelles nous avons ajouté 32 protéines ribosomiques universelles. L’utilisation conjointe de ces données nous a permis de placer la racine entre les Euryarchaeota, d’une part, et un groupe rassemblant les Thaumarchaeota, les Aigarchaeota, les Korarchaeota et les Crenarchaeota, d’autre part. Ce nouvel éclairage sur l’évolution ancienne des archées nous a amené à proposer une révision de leur taxonomie avec, principalement, la création du nouveau phylum "Proteoarchaeota" contenant les quatre phyla actuels que nous proposons de rétrograder en classes : Thaumarchaea, Aigarchaea, Korarchaea et Crenarchaea.Finalement, l’analyse des protéines codées dans les trois génomes qui ont servi de point de départ de ma thèse nous a permis de générer une masse considérable de données qui ont révélé des traits particuliers ou encore des histoires évolutives inattendues. Un exemple est l’histoire du complexe formé par la chaperonne DnaK et de ses co-chaperonnes GrpE, DnaJ, et DnaJ-Fer chez les Thaumarchaeota, impliquant plusieurs transferts horizontaux entre les trois domaines du vivant.

International audience; Background: Ralstonia solanacearum is a soil-borne beta-proteobacterium that causes bacterial wilt disease in many food crops and is a major problem for agriculture in intertropical regions. R. solanacearum is a heterogeneous species, both phenotypically and genetically, and is considered as a species complex. Pathogenicity of R. solanacearum relies on the Type III secretion system that injects Type III effector (T3E) proteins into plant cells. T3E collectively perturb host cell processes and modulate plant immunity to enable bacterial infection. Results: We provide the catalogue of T3E in the R. solanacearum species complex, as well as candidates in newly sequenced strains. 94 T3E orthologous groups were defined on phylogenetic bases and ordered using a uniform nomenclature. This curated T3E catalog is available on a public website and a bioinformatic pipeline has been designed to rapidly predict T3E genes in newly sequenced strains. Systematical analyses were performed to detect lateral T3E gene transfer events and identify T3E genes under positive selection. Our analyses also pinpoint the RipF translocon proteins as major discriminating determinants among the phylogenetic lineages. Conclusions: Establishment of T3E repertoires in strains representatives of the R. solanacearum biodiversity allowed determining a set of 22 T3E present in all the strains but provided no clues on host specificity determinants. The definition of a standardized nomenclature and the optimization of predictive tools will pave the way to understanding how variation of these repertoires is correlated to the diversification of this species complex and how they contribute to the different strain pathotypes.

Les ATPases F1F sont présentes chez la majorité des bactéries, notamment les mycoplasmes qui sont caractérisés par un génome réduit et un mode de vie parasitaire. En plus de l’opéron codant l’ATPase F1F , des clusters apparentés de sept gènes ont été identifiés dans le génome de nombreux mycoplasmes. Au cours de cette thèse, nous avons cherché à caractériser l’évolution et la fonction de ces clusters supplémentaires. Quatre des protéines codées par ces clusters présentent des similarités structurales avec les sous-unités α, β, g et ε de l’ATPase F1F , résultant en une potentielle structure F1-like. Les trois autres protéines ne présentent aucune similarité avec des protéines connues. Une localisation transmembranaire est prédite pour deux d’entre elles. Deux types d’ATPase F1-like, Type 2 et Type 3, ont été identifiés. Les clusters de Type 2 et de Type 3 pourraient être originaires du groupe phylogénétique Hominis, les clusters de Type 3 ayant vraisemblablement été disséminés par des transferts horizontaux de gènes entre mycoplasmes colonisant le même hôte. Les gènes du cluster de Type 3 de Mycoplasma mycoides subsp. mycoides sont organisés en opéron et exprimés en milieu axénique. Des études de mutagénèse et de complémentation démontrent que le cluster de Type 3 est associé à une activité ATPase majeure des fractions membranaires. Des analyses biochimiques suggèrent que l’activité ATPase du cluster est sensible au ∆pH mais pas au ∆Ψ. Ces analyses suggèrent que le sodium et le potassium ne sont pas impliqués dans le fonctionnement de l’ATPase F1-likeX . Les sous-unités des ATPases F1-likeX et F1F présentent un comportement différent en présence de détergents. L’ensemble de ces expériences suggèrent que l’ATPase F1-likeX est un complexe plus fragile que l’ATPase F1F . Nos résultats montrent qu’en dépit d’une tendance à la réduction de génome, les mycoplasmes ont développé et échangé des ATPases sans équivalent chez d’autres bactéries. Nous proposons un modèle dans lequel une structure F1-like est associée avec un domaine hypothétique X , enchâssé dans la membrane des mycoplasmes.

Les transferts horizontaux de gènes (THG) ont été démontrés pour jouer un rôle important dans l'évolution des procaryotes. Leur impact a été le sujet de débats intenses, ceux-ci allant même jusqu'à l'abandon de l'arbre des espèces. Selon certaines études, un signal historique dominant est présent chez les procaryotes, puisque les transmissions horizontales stables et fonctionnelles semblent beaucoup plus rares que les transmissions verticales (des dizaines contre des milliards). Cependant, l'effet cumulatif des THG est non-négligeable et peut potentiellement affecter l'inférence phylogénétique. Conséquemment, la plupart des chercheurs basent leurs inférences phylogénétiques sur un faible nombre de gènes rarement transférés, comme les protéines ribosomales. Ceux-ci n'accordent cependant pas autant d'importance au modèle d'évolution utilisé, même s'il a été démontré que celui-ci est important lorsqu'il est question de résoudre certaines divergences entre ancêtres d'espèces, comme pour les animaux par exemple. Dans ce mémoire, nous avons utilisé des simulations et analyser des jeux de données d'Archées afin d'étudier l'impact relatif des THG ainsi que l'impact des modèles d'évolution sur la précision phylogénétique. Nos simulations prouvent que (1) les THG ont un impact limité sur les phylogénies, considérant un taux de transferts réaliste et que (2) l'approche super-matrice est plus précise que l'approche super-arbre. Nous avons également observé que les modèles complexes expliquent non seulement mieux les données que les modèles standards, mais peuvent avoir un impact direct sur différents groupes phylogénétiques et sur la robustesse de l'arbre obtenu. Nos résultats contredisent une publication récente proposant que les Thaumarchaeota apparaissent à la base de l'arbre des Archées., Horizontal gene transfer (HGT) had been demonstrated to play an important role in the evolution of prokaryotes. Their impact on phylogeny was the subject of a heated debate, with some proposing that the concept of a species tree should be abandoned. The phylogeny of prokaryotes does contain a major part of the historical signal, because stable and functional horizontal transmissions appear to be by far rarer than vertical transmissions (tens versus billions). However, the cumulative effect of HGT is non-negligible and can potentially affect phylogenetic inference. Therefore, most researchers base their phylogenetic inference on a low number of rarely transferred genes such as ribosomal proteins, but they assume the selection of the model of evolution as less important, this despite the fact that it has been shown of prime importance for much less deep divergences, e.g. like animals. Here, we used a combination of simulations and of real data from Archaea to study the relative impact of HGT and of the inference methods on the phylogenetic accuracy. Our simulations prove that (1) HGTs have a limited impact on phylogeny, assuming a realistic rate and (2) the supermatrix is much more accurate than the supertree approach. We also observed that more complex models of evolution not only have a better fit to the data, but can also have a direct impact on different phylogenetic groups and on the robustness of the tree. Our results are in contradiction to a recent publication proposing that the Thaumarchaeota are at the base of the Archaeal tree.

Apoptotic cells in mammals may be completely degraded by specialized phagocytic cells or serve as a DNA vector. The oncogene transfer via apoptotic cells leads to the transformation of récipient cells but only when they are p53 deficient. As the E6 oncogene of high-risk human papillomavirus (HPV) leads to p53 dégradation, its transfer from apoptotic cells may be the cause of an alternative mechanism of HPV-associated carcinogenesis. To confirm this hypothesis, we induced apoptosis of cervical cancer cells that may harbor HPV sequences. In collaboration with Patrick Sandoz's team at the FEMTO-ST optical laboratory, we used their position-referenced microsystem for the automated observation of apoptotic cell internalization. We also found that apoptotic cells are phagocytized by fibroblasts regardless of their virological status. Only apoptotic cells from cells harboring HPV DNA transform recipient cells. Viral DNA expression, including E6, in transformed fibroblasts and the loss of p53 and p21 protein expression suggest that HPV oncogènes may cause transformation. These results highlight a new mechanism of HPV-associated carcinogenesis via apoptotic cell phagocytosis. This mechanism may be involved in thé transformation of primary cells and the progression of HPV-associated tumors.; Chez les mammifères, les cellules apoptotiques peuvent être complètement dégradées par des cellules phagocytaires spécialisées ou servir de vecteur d'ADN Le transfert d'oncogènes via les cellules apoptotiques aboutit à la transformation des cellules receveuses uniquement si celles-ci sont déficientes en p53. Sachant que Fniicogène E6 des papillomavirus humains (HPV) à haut risque induit la dégradation de p53, il est concevable que son transfert par la cellule apoptotique soit à l'origine d'un mécanisme alternatif de carcinogenèse associée aux HPV. Afin de confirmer cette hypothèse, l'apoptose de cellules dérivées de cancer du col de l'utérus, abriiam ou non des séquences d'HPV, a été induite. En collaboration avec l'équipe de Patrick Sandoz du laboratoire d'optique de FEMTO-ST, nous avons adapté leur inicr;système référencé en position à l'observation automatisée de Finternalisation des cellules apoptotiques. Nous avons aussi déterminé que les cellules apoptotiques son! phagocytées par les fîbroblastes quel que soit leur statut virologique. Seules les cellules apoptotiques dérivées de cellules abritant de l'ADN d'HPV transforment les cellules receveuses. L'expression de l'ADN viral, dont E6, dans les fîbroblastes transformés ainsi que la perte d'expression des protéines p53 et p21 suggère que les oncogènes d'HPV pourraient être à l'origine de la transformation. Les résultats présentés dans ces travaux mettent en évidence un nouveau mécanisme de carcinogenèse associée aux HPV via la phagocytose des cellules apoptotiques, potentiellement impliqué dans la transformation de cellules primaires et la progression des tumeurs associées aux HPV.

Second-order Hidden Markov Models (HMM2) are stochastic processes with a high efficiency in exploring bacterial genome sequences. Different types of HMM2 (M1M2, M2M2, M2M0) combined to combinatorial methods were developed in a new approach to discriminate genomic regions without a priori knowledge on their genetic content. This approach was applied on two bacterial models in order to validate its achievements: Streptomyces coelicolor and Streptococcus thermophilus. These bacterial species exhibit distinct genomic traits (base composition, global genome size) in relation with their ecological niche: soil for S. coelicolor and dairy products for S. thermophilus. In S. coelicolor, a first HMM2 architecture allowed the detection of short discrete DNA heterogeneities (5-16 nucleotides in size), mostly localized in intergenic regions. The application of the method on a biologically known gene set, the SigR regulon (involved in oxidative stress response), proved the efficiency in identifying bacterial promoters. S. coelicolor shows a complex regulatory network (up to 12% of the genes may be involved in gene regulation) with more than 60 sigma factors, involved in initiation of transcription. A classification method coupled to a searching algorithm (i.e. R?MES) was developed to automatically extract the box1-spacer-box2 composite DNA motifs, structure corresponding to the typical bacterial promoter -35/-10 boxes. Among the 814 DNA motifs described for the whole S. coelicolor genome, those of sigma factors (?B, ?WhiG) could be retrieved from the crude data. We could show that this method could be generalized by applying it successfully in a preliminary attempt to the genome of Bacillus subtilis, Les modèles de Markov d'ordre 2 (HMM2) sont des modèles stochastiques qui ont démontré leur efficacité dans l'exploration de séquences génomiques. Cette thèse explore l'intérêt de modèles de différents types (M1M2, M2M2, M2M0) ainsi que leur couplage à des méthodes combinatoires pour segmenter les génomes bactériens sans connaissances a priori du contenu génétique. Ces approches ont été appliquées à deux modèles bactériens afin d'en valider la robustesse : Streptomyces coelicolor et Streptococcus thermophilus. Ces espèces bactériennes présentent des caractéristiques génomiques très distinctes (composition, taille du génome) en lien avec leur écosystème spécifique : le sol pour les S. coelicolor et le milieu lait pour S. thermophilus

Emiliania huxleyi Virus (EhV) is a giant nucleo-cytoplasmic double stranded DNA virus that belongs to the Phycodnavirus family. It has the capacity to infect Emiliania huxleyi, the most abundant coccolithophore in today’s oceans. Population dynamics of these eukaryotic microalgae is clearly controlled by the severe lytic action of EhV. After an extended bibliographic review on the current knowledge existing on these viruses, we present a series of bioinformatic and experimental analyses conducted to unveil important functional genomic features of the EhV. Evidence for the transfer of 29 genes between E. huxleyi’s and the EhV genomes is presented. In particular, we investigate the origin of seven genes involved in the unique viral sphingolipid biosynthesis pathway (SBP) encoded in EhV genome. This is the first clear case of horizontal gene transfer of multiple functionally-linked enzymes in a eukaryotic host-virus system. We then focus on a field E. huxleyi/EhV system from a mesocosm experiment in Norway. The dynamics of expression for two of the most important homologous, host and virus, genes of this pathway, serine palmitoyl transferase and dihydroceramide desaturase is investigated. Three defined transcriptional stages are reported during the bloom, with the coccolithovirus transcripts taking over and controlling the SBP. Finally, host and virus global transcript abundance occurring along the mesocosm experiment was investigated. The majority of the genes that significantly increased in abundance from pre to post viral takeover corresponded to viral sequences for which there is so far no match in the protein databases. Nonetheless, novel transcription features associated with EhV infection were discovered, namely the utilization of genes potentially related to genetic information processing, posttranslational control, intracellular trafficking mechanisms, and control of programmed cell death. As a conclusion, the entire dataset analysed herein is discussed, followed by the potential implications of these findings and future research perspectives in the field of plankton virology.; L’Emiliania huxleyi virus (EhV) est un NCLDV. Il appartient à la famille des virus algaux, les Phycodnaviridae. Il infect Emiliania huxleyi, le coccolithophore le plus abondant dans les océans modernes. Nous avons montré sur une base phylogénétique le transfert de 29 gènes entre le génome d’Emiliania huxleyi et de EhV, notamment 7 gènes impliqués dans la biosynthèse des sphingolipides (SBP). C’est le premier cas patent, dans un système de virus et phytoplancton eucaryotes, de transfert horizontal de multiples gènes d’enzymes liées fonctionnellement. Pour deux des plus importantes enzymes de la SBP, la sérine palmitoyl transférase et la dihydroceramide désaturase, l’étude transcriptomique a permis de définir trois étapes au cours de la formation et de la disparition des blooms de E. huxleyi, pendant lesquelles on registre une activation progressive des transcrits de coccolithovirus, culminant avec leur contrôle de la SBP au cours des étapes 2 et 3. En utilisant la technique de puce à ADN on a réalisé la première étude transcriptomique globale entre l’hôte le virus au sein d’une communauté océanique naturel. Nos résultats montrent que durant les efflorescences de E. huxleyi il y a un épisode synchrone de dominance virale qui est clairement visible à travers les signaux transcriptomiques qui en résultent. Parmi les gènes dont la quantité de transcrits augmentent significativement entre la pre et la post dominance virale on a trouvé des fonctions impliquées dans le transfert de l’information génétique, mais aussi des gènes probablement impliqués dans le contrôle post-transitionnel, dans les mécanismes de déplacement intracellulaires, ou même dans le contrôle de l’apoptose.

The phylogenetically closely related species Streptococcus salivarius and Streptococcus vestibularis are oral bacteria that are considered commensals, although they can also be found in human infections. The relationship between these two species and the relationship between strains isolated from carriers and strains responsible for invasive infections were investigated by multilocus sequence typing and additional sequence analysis. The clustering of several S. vestibularis alleles and the extent of genomic divergence at certain loci support the conclusion that S. salivarius and S. vestibularis are separate species. The level of sequence diversity in S. salivarius alleles is generally high, whereas that in S. vestibularis alleles is low at certain loci, indicating that the latter species might have evolved recently. Cluster analysis indicated that there has been genetic exchange between S. salivarius and S. vestibularis at three of the nine loci investigated. Horizontal gene transfer between streptococci belonging to the S. salivarius group and other oral streptococci was also detected at several loci. A high level of recombination in S. salivarius was revealed by allele index association and split decomposition sequence analyses. Commensal and infection-associated S. salivarius strains could not be distinguished by cluster analysis, suggesting that the pathogen isolates are opportunistic. Taken together, our results indicate that there is a high level of gene exchange that contributes to the evolution of two streptococcal species from the human oral cavity.

International audience; This review will discuss a number of molecular tools which are currently used as well as some innovative approaches for the characterisation of antibiotic-resistant bacterial strains. Various methods involved in the detection and characterisation of genes and mutations associated with antibiotic resistance and that are used for strain typing as part of epidemiological studies, are described. Furthermore, a few examples are discussed in which the results of both gene and strain characterisation are combined to investigate the underlying mechanism of the spread of antibiotic resistance. Some of the available molecular techniques are heavily supported by the existence of databases on the Internet. These databases either contain a fast growing amount of sequence information or a large number of allelic or fingerprint profiles. The current progress in applied DNA technology and the ongoing projects on the elucidation of the whole genomic sequence of bacterial species have lead and will further lead to the development and application of sophisticated new strategies for the analysis of antibiotic resistant bacterial strains.; Outils moléculaires pour la caractérisation de bactéries résistantes aux antibiotiques. Cette revue présente les outils moléculaires utilisés actuellement ainsi que des nouvelles approches pour la caractérisation de souches bactériennes résistantes aux antibiotiques. Différentes méthodes de détection et de caractérisation des gènes et des mutations impliqués dans la résistance aux antibiotiques, utilisées dans des études épidémiologiques, sont décrites. Quelques exemples sont présentés où sont associées les caractérisations du gène et de la souche bactérienne dans l'étude des mécanismes de diffusion de résistances aux antibiotiques. Certaines techniques moléculaires font largement appel aux banques de données disponibles sur Internet. Ces banques de données contiennent un nombre croissant d'informations comprenant des séquences ou des profils de typages moléculaires. Le progrès fait actuellement au niveau de technologies ADN appliquées et les projets en cours sur les séquençages de génomes entiers des espèces bactériennes ont conduit et conduiront progressivement au développement et à l'application de nouvelles stratégies sophistiquées pour l'analyse de souches bactériennes résistantes aux antibiotiques.