Dynamics of transposable elements in the genome of Arabidopsis thaliana: development of new strategies for the analysis of transposable elements | Dynamique des hélitrons dans le genome d'Arabidopsis thaliana : développement de nouvelles stratégies d'analyse des éléments transposables

anglais. The transposable element Helitron is a recently discovered type of transposon present in the genome of Arabidopsis thaliana. The thesis studies three relations between helitrons and their host genome: their mode of genome's invasion, the modularity of their internal sequence interne and their impact on close genes.<br /><br />Helitrons are the most widely spreaded transposable elements in this genome. However they are only partially recognized by current alignment softwares. We have produced a formal grammatical model of these elements, made of two extremities separated by a highly variable sequence of bounded size. We have built the matrix of all occurrences of models crossing all possible extremities. Combinations showed preferential associations between extremities and new chimeric families of helitrons. The detection of ORFs including helicase and RPA transposition proteins has confirmed the existence of a relation between the existence of autonomous and non-autonomous helitrons and offered some cues to understand mechanisms allowing the creation of chimeric helitrons from truncated helitronic insertions. We propose finally a new nomenclature of helitrons in Arabidopsis based on their extremities instead of their global sequence.<br /><br />The observation of an helitronic sequence shows a deep reorganization of nucleic domains betweeen different copies within this family. In order to understand this organization, we have design a software, DomainOrganizer, which allows to establish the domains' composition of transposable elements . DomainOrganizer detects first domains' borders from a multiple alignment and provides the list of domains. From this list it looks for a minimal number of domains that maximizes the covering of the set of sequences, using a combinatorial optimization approach. Finally DomainOrganizer clusters and visualizes the set of sequences with respect to their domains. The analysis of domains in the familly AtREP21, a family with a high variability precluding any direct phylogenetic analysis, has allowed to decipher the nature of this variability and to trace back a possible evolutionnary scenario of this family from the identification of its domains.<br /><br />We have also studied the localization of helitrons in the genomic sequence of Arabidopsis thaliana and shown a preferential insertion of them in genes' promoters. Our work focused on family AtREP3 and on helitrons present at less than 1 kb from a START codon. The expression profiles of these genes reveals the existence of several clusters of similar profiles at the level of tissues. The patterns of transcription factor sites are highly variables in promoters except for helitron-containing promoters. This is in accordance with the hypothesis that non-autonomous helitrons carry patterns coding for transcription factor sites. Additional experiments have to be designed in order to fully understand the regulation of genes close to helitrons.

français. Les hélitrons constituent un groupe d'éléments transposables découverts récemment dans les génome eucaryotes. A travers une étude bioinformatique, nous avons étudié leur mode d'invasion, la modularité de leur séquence et leurs impacts sur les gènes à leur proximité dans le génome d'Arabidopsis thaliana. Les hélitrons sont les éléments transposables les plus répandus dans ce génome ; néanmoins ils ne sont que partiellement reconnus par des logiciels d'alignement. Nous avons modélisé ces éléments sous la forme d'une grammaire formelle. Cette grammaire est constituée des deux extrémités terminales séparées par une séquence nucléotidique quelconque de taille fixée. Nous avons créé une matrice d'occurrences des modèles associant toutes les combinaisons possibles d'extrémités. La matrice a fait apparaître des associations préférentielles entre certaines extrémités et a permis la découverte de nouvelles familles d'hélitrons chimériques. La détection des ORFs contenant les protéines de transposition a permis de confirmer la relation hélitron autonome non-autonome et de comprendre le mécanisme de création des chimères d'hélitrons. Nous avons proposé une nouvelle nomenclature des hélitrons basée sur leurs extrémités et non sur leur séquence globale. L'étude de la séquence d'une famille d'hélitrons a montré une réorganisation constante des domaines nucléiques entre les différentes copies de cette famille. Pour comprendre cette organisation, nous avons mis au point le logiciel DomainOrganizer qui permet d'observer la composition en domaines des éléments transposables. DomainOrganizer détecte les frontières entre domaines à partir d'un alignement multiple et crée la liste des domaines. A partir de cette liste, il recherche, par un algorithme d'optimisation combinatoire, le nombre minimal de domaines qui recouvrent au maximum l'ensemble des séquences. Enfin, DomainOrganizer visualise et classe les séquences en fonction de leurs domaines. L'analyse par domaines de la famille AtREP21 a permis de comprendre la nature de cette variabilité et de retracer l'histoire évolutive de cette famille à partir de l'identification des domaines. L'étude de la localisation des hélitrons AtREP3 dans ce génome de plante a montré une insertion préférentielle de ceux-ci dans les promoteurs de gènes. Les profils d'expression de ces gènes, nous a permis d'identifier plusieurs clusters. Par ailleurs, les motifs de régulation ont montré une grande variabilité de motifs dans les promoteurs mais pas dans les hélitrons. Ces résultats ont montré que les hélitrons non-autonomes transportent dans leurs séquences internes des motifs de liaisons aux facteurs de transcription. Des analyses complémentaires devront être réalisées pour comprendre l'action régulatrice des hélitrons sur les gènes situés à leur proximité.