Exploration et inférence du réseau de régulation de transcription de la bactérie symbiotique intracellulaire à génome réduit, Buchnera aphidicola

Cette thèse est une étude systémique de la régulation de la transcription des gènes de la bactérie Buchnera aphidicola vivant en symbiose intracellulaire obligatoire avec le puceron du pois, Acyrthosiphon pisum. Avec un génome extrêmement réduit, très riche en bases A et T, enrichi en gènes métaboliques et dénué de régulateurs transcriptionnels, Buchnera constitue un modèle bactérien très intriguant du point de vue évolutif et fonctionnel. Plusieurs études expérimentales antérieures sur ce modèle de symbiose attestent d’une part que la bactérie fournit à son hôte le complément nutritionnel qu’il ne trouve pas dans son alimentation, et d’autre part, que la bactérie adapte cette fourniture aux variations de la demande de son hôte. Néanmoins, les mécanismes impliqués dans cette régulation demeuraient relativement obscurs. Nous avons structuré notre analyse de la régulation de la transcription chez Buchnera en quatre parties. La première, basée principalement sur des études comparatives (Buchnera vs. Escherichia coli) dresse l’inventaire de la machinerie transcriptionnelle de Buchnera. La deuxième partie analyse l’architecture génomique de Buchnera, i.e. l’organisation et l’évolution de sa carte opéronique, l’agencement des fragments synthéniques et non-synthéniques et également les forces d’évolution ayant amené à l’agencement des gènes de Buchnera le long de son chromosome. Pour cela, nous avons été amenés à développer une méthode bayésienne de prédiction d’opérons adaptée à Buchnera, ce qui nous a permis de proposer une nouvelle carte opéronique de la bactérie que nous avons ensuite partiellement validée par RT-PCR. La troisième partie porte sur les propriétés structurelles séquence-dépendantes du chromosome de Buchnera : la courbure intrinsèque (curvature), l’énergie d’empilement des bases (stacking energy), l’angle de torsion (propeller twist) et le SIDD (Stress Induced Duplex Destabilization). Ces propriétés ont ensuite été mises en relation avec le profil périodique de l’expression des gènes le long du chromosome. Les résultats obtenus à l’issue de cette approche ascendante, nous ont amené à construire un premier modèle de réseau de la régulation transcriptionnelle chez Buchnera. Enfin, la quatrième partie est un travail de modélisation suivant une approche descendante. Il s’agit du développement d’une méthode d’inférence de réseau de régulation à partir de données d’expression que nous avons appelée IGOIM (Inférence de Graphe de premier Ordre avec l’Information Mutuelle conditionnelle). Cette méthode a été validée sur des jeux de données simulées et de la littérature mais n’a finalement pas été utilisée pour inférer le réseau de Buchnera, car actuellement nous ne disposons pas de données d’expression qualitativement et quantitativement suffisantes.