La caractérisation des mécanismes qui sous-tendent l'isolement reproductif entre des lignées divergentes est essentielle pour comprendre le processus de spéciation. Au cours de leur évolution, les populations développent progressivement un isolement reproductif (IR) en passant par des étapes intermédiaires, souvent appelées "zone grise de la spéciation". L'établissement de l'IR se manifeste par l'apparition de régions génomiques qui agissent comme des barrières réduisant le flux de gènes local par rapport au reste du génome. Les approches de génomique des populations impliquent donc l'identification de locus avec des signatures spécifiques, différentes du reste du génome. Cependant, d'autres processus peuvent créer des signatures similaires, ce qui fait de la détection des barrières une tâche difficile. Dans ma thèse, j'ai développé un nouvel outil, RIDGE - Reproductive Isolation Detection using Genomic Polymorphisms – un nouvel outil libre et portable adapté en particulier aux approches comparatives. RIDGE utilise une approche ABC (Approximate Bayesian Computation) et de “model averaging” basée sur des “random forest” pour prendre en compte divers scénarios de divergence entre lignées. Il prend en compte l'hétérogénéité du taux de migration, de la sélection en liaison et de la recombinaison le long du génome, estimant la proportion de barrières et effectuant des tests par locus pour détecter les barrières au flux génique. Des simulations et des analyses de jeux de données publiés sur des paires d'espèces de corbeaux indiquent que RIDGE est efficace pour détecter la migration en cours et identifier les locus barrières, même pour des temps de divergence récents. De plus, la contribution des statistiques résumées varie en fonction du jeux de données, ce qui met en évidence la complexité des signaux génomiques des barrières et l’intérêt de combiner plusieurs statistiques résumées. Par la suite, j'ai appliqué RIDGE à des paires de populations sauvages/domestiques : le maïs (allogame) et le millet (autogame), les deux ayant été domestiquées il y a environ 9 000 ans. Des flux de gènes entre les formes ont été documentés dans ces deux systèmes. Les modèles avec migration continue au cours du temps et hétérogène le long du génome sont clairement ressortis comme dominants. RIDGE a également démontré sa capacité à distinguer les locus barrière des locus de domestication (qui ont subi des balayages sélectifs au sein des formes domestiques). Les perspectives de ce travail comprennent l'application de RIDGE à de multiples paires population/espèce englobant un large spectre de divergence afin de déterminer les bases génomiques de l’IR au cours de la spéciation, de tester la théorie de «l’effet boule de neige” formulée par Orr en 1995 ou de déterminer la nature des gènes de spéciation.

Dans une période de changements climatiques et de destructions des zones humides, l'étude des tourbières apparaît cruciale du fait de la riche biodiversité qu’elles hébergent et des archives sédimentaires et biologiques qu’elles constituent. La dynamique des tourbières peut s'étudier à travers plusieurs disciplines et sur des échelles de temps variées. Afin de traiter cette complexité, les qualités bioindicatrices de la végétation et des arthropodes ont été comparées. En néoécologie, nous avons étudié les effets paysagers en appliquant une approche multimétrique sur les araignées et les plantes. Nous avons observé, à travers la diversité taxonomique et fonctionnelle, alpha et bêta ainsi que les ordres de diversité de Hill, les reponses de la diversité des tourbières. Une grande complémentarité des taxons et des métriques a été mise en évidence. En paléoécologie, le potentiel des Acariens Oribatides comme indicateurs de reconstruction climatique a été étudié. Cela a été réalisé en croisant les assemblages actuels d'oribates avec le climat actuel afin d’évaluer les erreurs de reconstruction. Cela a permit de souligner le manque de données disponibles sur les oribates pour ce genre de methode. Enfin, nous avons étudié la dynamique des habitats et du climat au cours des deux derniers millénaires à travers l’analyse paléoécologique d’une tourbière de Saint-Pierre en croisant les oribates, les macrofossiles végétaux et le pollen. Une dynamique de variation hydrologique et climatique conformes aux spécificités régionales a été observée. Cette approche pluridisciplinaire a permis d'accroître les connaissances sur la dynamique des tourbières et d’évaluer et renforcer les indicateurs utilisés, métriques comme taxons, en fonction des hypothèses testées.

Le signal RMN de relaxation transversale de la feuille de colza permet de révéler la mise en place des changements structuraux et de distribution de l’eau dans le mésophylle au cours du développement foliaire. A la transition puits-sources, ces modifications sont susceptibles d’altérer la réponse adaptative au stress hydrique. L’objectif de la thèse était d’interpréter les variations du signal RMN et de comprendre l’effet de ces changements sur la régulation des flux d'eau en réponse à la sécheresse. En combinant des approches de relaxométrie RMN, diffusiométrie, IRM, physiologie, microscopie et multi-omiques, il a été possible de caractériser les structures cellulaires, les solutés impliqués dans l’ajustement osmotique, les relations hydriques à l’échelle des tissus ou de l’ensemble du limbe sur des plantes de colza en conditions hydrique optimales, stressées ou réhydratées. Les résultats obtenus ont montré le rôle de la plasticité structurelle et métabolique dans la réponse adaptative des feuilles. L’imagerie IRM a révélé l’hétérogénéité des structures et de l’état hydrique à l’échelle du limbe, tandis que les résultats de la mesure du coefficient d’autodiffusion vacuolaire soutiennent un accroissement de la teneur en eau dans les vacuoles des cellules du parenchyme palissadique à la transition puits-source et sa diminution en réponse au stress hydrique. Ces résultats pourront alimenter les modèles existants sur le fonctionnement hydraulique foliaire.

Les conversations forment la niche principale à l’intérieur duquel le langage se déploie et prend son sens. Les conversations se caractérisent par un tour de parole qui peut être défini par une alternance de tours entre plusieurs interlocuteurs qui évitent les chevauchements et minimisent les silences. Ce pattern universel semble avoir des bases biologiques profondes : il est présent très précocement chez les nourrissons préverbaux, et dans les échanges vocaux produits dans de nombreuses espèces de primates non-humains. Ici, nous avons voulu étudier l’évolution de ces proto-conversations présentes chez des êtres non-parlants grâce à une approche comparative entre les nourrissons humains et les mangabeys à collier (Cercocebus torquatus). Pour ces deux modèles biologiques, nous avons étudié d’une part leur production de vocalisations selon un pattern de tour rôle, et d’autre part comment ils percevaient ce pattern, s’il s’agissait d’une règle. Ainsi, nous avons pu montrer que les nourrissons préverbaux sont sensibles à différents patterns conversationnels, et que cette sensibilité est modulée par des facteurs socio-démographiques. Nous avons aussi mis en évidence qu’ils interagissaient selon un tour de rôle avec leurs parents, mais que ces interactions dépendaient du sexe des nourrissons et des parents. Chez les mangabeys, nous avons pu confirmer qu’ils produisaient des échanges vocaux selon un pattern de tour de rôle, et que ces derniers dépendaient du statut social des individus et de la nature des liens avec leurs congénères. Si notre expérience de repasse ne nous a pas permis de déterminer si le tour de rôle était une règle pour cette espèce, elle a montré qu’avec l’âge les individus se désintéressaient des situations les moins pertinentes socialement. Nous avons donc pu mettre en évidence l’importance d’un tour de rôle modulé par des facteurs sociaux chez deux modèles non-verbaux. Ces résultats nous invitent à repenser l’évolution du langage au cœur de capacités interactionnelles, soulignant l’importance de l’approche comparative pour éclairer les bases biologiques de nos comportements communicatifs.

La régulation du volume des cellules est un aspect crucial de la biologie des organismes vivants. Ainsi, la taille des cellules a un impact sur leur biochimie et leur organisation interne, et joue un rôle clé dans leur interaction avec l'environnement. De manière surprenante, alors que divers mécanismes contribuant à la régulation du volume cellulaire à court terme ont été décrits, le rôle de ce paramètre morphologique dans l'adaptation sur le long terme reste inconnu. Pour étudier cette question, nous avons optimisé de nouvelles méthodologies pour la mesure directe du volume cellulaire et l'évolution automatisée de la levure. Nous avons ensuite tiré parti de ces technologies pour réaliser des expériences d'évolution en laboratoire en soumettant des cellules de levure de fission à différentes conditions adverses. La plupart des populations évoluées que nous avons ainsi obtenues présentent des changements remarquables de volume cellulaire, changements qui sont associés à leur adaptation. Le séquençage du génome de l'une de ces populations, qui a évolué en présence de phénylalanine comme unique source suboptimale d'azote, a révélé des altérations génétiques adaptatives dans le facteur de transcription Toe2, le facteur de Nonsense Mediated Decay (NMD) Upf1, ainsi qu’une amplification génétique d’un gène codant pour un transporteur de spermidine, SPBC36.01c, dont l’expression est régulée par Toe2. Nous avons alors montré que la mutation de Toe2 et l'augmentation du nombre de copies de SPBC36.01c ont un effet synergique sur l’adaptation de cette population. Bien qu’un lien de causalité entre altération du volume cellulaire et évolution n'ait pas été observé, notre étude a mis en évidence un nouveau motif d’adaptation qui combine modulation transcriptionnelle et variation ciblée du nombre de copies d’un gène cible. Ce module pourrait être conservé et contribuer à l’évolution des cellules eucaryotes dans des environnements délétères variés.

Les spermatozoïdes sont les cellules les plus utilisées pour la cryoconservation des ressources génétiques en aquaculture. Il est connu que les spermatozoïdes de poissons transmettent aux embryons non seulement leur patrimoine génétique, mais aussi leur profil épigénétique notamment la méthylation de l’ADN. Ainsi, toute altération du profil de méthylation de l’ADN des spermatozoïdes induit un risque de transmission d’altérations épigénétiques à la descendance. L’objectif de cette étude est d’évaluer si la cryoconservation du sperme peut modifier le profil de méthylation de l’ADN du spermatozoïde chez la truite arc-en-ciel. Sa finalité est de connaitre le risque de l’utilisation de sperme cryoconservé pour la descendance. Pour induire des réponses cellulaires variables après la cryoconservation, les spermatozoïdes ont été cryoconservés dans différents cryoprotecteurs : le diméthyl sulfoxyde, le méthanol, et le glycérol. Nous avons confirmé que chacun d’eux apportait un niveau de protection cellulaires différent selon le critère étudié (qualité des membranes et des mitochondries, motilité, fécondance). Suite à l’analyse de la méthylation de l’ADN par RRBS, nous n’avons pas vu d’effet global de la cryoconservation. Au niveau du génome, nous avons pu identifier un faible nombre (335 à 564) de cytosines à statut différentiellement méthylé (DMCs). Peu sont communes entre les cryoprotecteurs, et aucune corrélation n’a été observée entre le nombre de DMCs et les altérations cellulaires post-cryoconservation. Nous suggérons cependant que les DMCs signent l’existence de régions potentiellement sensibles à la cryoconservation. En conclusion, la méthylation de l’ADN des spermatozoïdes de truite arc-en-ciel ne serait que faiblement sensible à la cryoconservation. Les régions affectées nécessitent confimation avant d’étudier l’effet sur la descendance.

L'ubiquitination est l’un des principaux types de modification post-traductionnelle des protéines. Cette cascade est responsable de l'ajout d'une petite protéine, l'ubiquitine, à la protéine dite substrat et joue un rôle crucial dans la régulation de nombreuses fonctions cellulaires. Des perturbations de ce mécanisme d’ubiquitination sont à l'origine de nombreuses maladies humaines, telles que le cancer ou des troubles neurodégénératifs. La liaison de l'ubiquitine est catalysée par une cascade enzymatique par quatre classes principales d'enzymes, parmi lesquelles les ligases E3 sont le groupe le plus important, ce qui affecte directement la spécificité des processus d'ubiquitination. Il semble donc que ces enzymes jouent un rôle clé dans l'ubiquitination correcte de substrats spécifiques et peuvent être des cibles potentielles dans le traitement de maladies causées par des perturbations dans les cascades d’ubiquitination. Un nombre limité de paires E3/substrat ont été décrites jusqu'à présent, et celles décrites sont principalement connues par une approche biochimique qui ne correspond pas entièrement aux conditions physiologiques de la cellule. L'objectif de cette thèse était d'étudier les interactions et les substrats putatifs de certaines ligases E3 dans les cellules vivantes afin de maintenir les conditions physiologiques du fonctionnement de ces enzymes. Les travaux ont été réalisés en plusieurs étapes, qui ont consisté à : l’optimisation d'un protocole à haut débit pour détecter les interactions/substrats E3 putatifs dégradés dans une cellule vivante, la réalisation d'une étude systématique à haut débit pour identifier de paires d'interacteurs de la ligase E3 et des résidus pertinents pour leur liaison, la vérification de l'interaction des enzymes E3-E2, la réalisation d'une étude systématique à haut débit pour identifier de nouveaux substrats putatifs de la ligase E3 destinés à la dégradation via ces voies, la vérification de l'autoubiquitination du domaine RING in vitro. Nous avons utilisé des techniques in vivo modernes basées sur la plus petite et la plus brillante luciférase connue, appelée NanoLuc, y compris le test de complémentation des protéines (PCA) optimisé pour le criblage à haut débit des interactions dans les cellules. Au total, nous avons testé environ 6000 interactions potentielles pour chacune des ligases. Les souches ont toutes été soumises à des mesures de luminescence grâce auxquelles nous avons identifié plusieurs nouvelles interactions non encore décrites dans la littérature. En outre, sur la base de la technique optimisée, nous avons effectué un criblage afin de trouver des changements de protéines à l'échelle du protéome après la mutation de la ligase choisie. Nous n'avons pu détecter que quelques protéines régulées positivement, dont le niveau accru peut suggérer leur dégradation dérégulée après la désactivation de la ligase. Pour résumer, ce travail a identifié les interactions E3/interacteur et E3/E2 et étudié les substrats putativement dégradés dans la levure, et servira de base à d'autres recherches visant à mieux comprendre le fonctionnement du réseau d'ubiquitination dans les cellules.

Depuis l’essor des nanoparticules d’oxydes de fer (NPs-OxFe), leur application a rapidement été étendue à la gestion environnementale car leurs propriétés physico-chimiques leur confèrent une affinité spécifique pour l'adsorption des éléments traces. Dès lors, les recherches sur la nanoremédiation se sont accrues pour tenter d’améliorer les processus de phytoremédiation existants. La première partie de cette thèse étudie l’impact à long terme des NPs-OxFe sur une culture de tournesol dans un contexte de sol pollué par le plomb. Leur phytotoxicité, nanofertilisation, mobilité, ainsi que leur potentiel de nanoremédiation y sont examinés. Dans cette étude, nous montrons que les NPs-OxFe ne génèrent aucune phytotoxicité, réduisent le stress oxydatif et sont peu mobiles dans le sol. De plus, elles améliorent la phytoextraction du plomb tout en limitant le lessivage de celui-ci vers la solution du sol. Dans un second temps, des travaux étudiant l’effet sur les plantes d’un cocktail d’éléments traces associés à l’application de NPs-OxFe sont menés. Le cocktail de contaminants n’induit pas de phytotoxicité. La réponse des plantes à l’exposition des NPs-OxFe se traduit par une augmentation de la biomasse végétale, une amélioration de la phytoextraction du cadmium et cuivre ainsi que de la réduction de l’accumulation de l’arsenic. L’ajout de NPs-OxFe enrobées à l’acide citrique induisent des effets similaires en toutes proportions à ceux des NPs-OxFe seules. À l’ensemble de ses résultats s’ajoute également une observation et quantification de l’amélioration de la tolerance au stress hydrique chez les plantes de tournesol traitées aux NPs-OxFe.

Ici, grâce au séquençage petits ARNs, nous avons découvert la présence de miARNs dans la rhizosphère d’Arabidopsis thaliana et Brachypodium distachyon. A travers le séquençage 16S/ITS des communautés microbiennes des racines et de la rhizosphère de plantes mutantes, affectées dans la biosynthèse des petits ARNs, nous avons observé le rôle structurant de ces derniers sur le microbiote. Nous avons d’ailleurs confirmé ce rôle en utilisant une approche plus fine, à base de miRNA-endoded peptides (miPEPs), qui permettent d’augmenter la production spécifique d’un miARN in planta. Cette méthodologie a démontré l’impact que peut avoir un unique miARN rhizosphérique sur la composition du microbiote. Afin d’évaluer le mécanisme moléculaire derrière ce shift taxonomique, nous avons mis au point au outil de prédiction des cibles de miARNs de plantes dans des génomes bactériens. La confirmation biologique de certains gènes cibles a été faite, d’abord en explorant le transcriptome, en confrontant une culture bactérienne à un mélange de miARNs synthétiques, imitant ceux de la rhizosphère ; puis, de façon plus fine, en applicant le miPEP159c sur des plantules d’A. thaliana, parallèlement inoculées avec Variovorax paradoxus EPS et en quantifiant les gènes cibles par qPCR. L’ensemble de ces résultats démontre que les miARNs de plantes retrouvés dans la rhizosphère ont un rôle de modulation de la composition et de l’activité du microbiote racinaire et rhizosphérique.

La sélection de la plante hôte pour l'alimentation dépend de la stratégie nutritionnelle de l'insecte. Identifier les facteurs qui déterminent ces stratégies est une question fondamentale pour comprendre les interactions plantes-insectes, mais est aussi d'un intérêt pour la recherche appliquée visant à améliorer la résistance des cultures. Nous avons combiné des approches de l'écologie nutritionnelle et chimique et de la génétique quantitative pour élucider les déterminants de la stratégie nutritionnelle du méligèthe, un ravageur majeur du colza. Nos résultats suggèrent que, bien que les méligèthes soient généralistes, ils semblent s’être spécialisés sur le contenu en macronutriments et métabolites des fleurs ouvertes du colza, leur principale ressource. Dans ce contexte, nous avons cherché à comprendre les bases du rejet connu de la moutarde blanche par le méligèthe, qui pourraient avoir des applications agronomiques prometteuses pour protéger les cultures de colza. Nous avons montré que le contenu en macronutriments du pollen n'explique pas ce rejet, contrairement aux métabolites du périanthe des boutons floraux. Nous avons identifié les premiers déterminants génétiques de la résistance de la moutarde blanche, avec l'identification de trois QTL de résistance. Le pyramidage de multiples gènes souhaitables et de traits de résistance chimiques, tel qu'il peut être envisagé à partir de ce travail, offre des perspectives prometteuses pour les programmes de sélection visant à introduire des résistances durables de la moutarde blanche dans les cultivars de colza. Dans l'ensemble, ce travail met en évidence la nécessité d'intégrer des approches provenant de différents domaines de recherche afin d'élucider les pressions de sélection qui influencent le choix de la ressource par les insectes. Comme nous l'avons démontré ici, cette intégration est d’intérêt à la fois pour une meilleure compréhension des processus de sélection des plantes-hôtes et pour le développement de programmes durables de protection des cultures.