Le maintien de la stabilité génomique du plastide : un petit génome d’une grande importance

Chez les plantes, le génome plastidique est continuellement exposé à divers stress mutagènes, tels l’oxydation des bases et le blocage des fourches de réplication. Étonnamment, malgré ces menaces, le génome du plastide est reconnu pour être très stable, sa stabilité dépassant même celle du génome nucléaire. Néanmoins, les mécanismes de réparation de l’ADN et du maintien de la stabilité du génome plastidique sont encore peu connus. Afin de mieux comprendre ces processus, nous avons développé une approche, basée sur l’emploi de la ciprofloxacine, qui nous permet d’induire des bris d’ADN double-brins (DSBs) spécifiquement dans le génome des organelles. En criblant, à l’aide de ce composé, une collection de mutants d’Arabidopsis thaliana déficients pour des protéines du nucléoïde du plastide, nous avons identifié 16 gènes vraisemblablement impliqués dans le maintien de la stabilité génomique de cette organelle. Parmi ces gènes, ceux de la famille Whirly jouent un rôle primordial dans la protection du génome plastidique face aux réarrangements dépendants de séquences de microhomologie. Deux autres familles de gènes codant pour des protéines plastidiques, soit celle des polymérases de types-I et celle des recombinases, semblent davantage impliquées dans les mécanismes conservateurs de réparation des DSBs. Les relations épistatiques entre ces gènes et ceux des Whirly ont permis de définir les bases moléculaires des mécanismes de la réparation dépendante de microhomologies (MHMR) dans le plastide. Nous proposons également que ce type de mécanismes servirait en quelque sorte de roue de secours pour les mécanismes conservateurs de réparation. Finalement, un criblage non-biaisé, utilisant une collection de plus de 50,000 lignées mutantes d’Arabidopsis, a été réalisé. Ce criblage a permis d’établir un lien entre la stabilité génomique et le métabolisme des espèces réactives oxygénées (ROS). En effet, la plupart des gènes identifiés lors de ce criblage sont impliqués dans la photosynthèse et la détoxification des ROS. Globalement, notre étude a permis d’élargir notre compréhension des mécanismes du maintien de la stabilité génomique dans le plastide et de mieux comprendre l’importance de ces processus.

Facteurs environnementaux immédiats et santé des enfants dans les zones de l’Observatoire de population de Ouagadougou (Burkina Faso)

Comme la plupart des villes en Afrique subsaharienne, Ouagadougou, capitale du Burkina Faso, a connu au cours de ces dernières décennies une croissance démographique rapide. Cette situation pose de nombreux problèmes d’ordre sanitaire et environnemental. Pourtant, les liens entre la santé et l’environnement immédiat sont encore faiblement étudiés du fait de la qualité des données qui, lorsqu’elles existent, se révèlent peu appropriées. La présente thèse vise à analyser les liens entre l’environnement immédiat et certains symptômes de maladies, plus spécifiquement la fièvre et la diarrhée ; deux problèmes majeurs de santé liés à l’environnement chez les enfants de moins de 5 ans dans les villes d’Afrique subsaharienne. Cette étude se base sur des données de l’Observatoire de population de Ouagadougou (OPO) recueillies entre 2009 et 2010 dans l’objectif d’étudier les inégalités de santé en milieu urbain (notamment les données de l’enquête santé portant sur 950 enfants de moins de 5 ans recueillies en 2010). La thèse décrit d’abord la santé environnementale en milieu urbain en dépassant l’opposition classique quartiers lotis/quartiers non lotis (zones d’habitation formelles/zones d’habitation informelles). Elle s’intéresse ensuite à l’évaluation plus fine des liens entre l’environnement immédiat et la fièvre en tenant compte des facteurs démographiques et socio-économiques pertinents dans l’estimation. Enfin, la thèse approfondit les analyses sur la co-occurrence de la diarrhée et de la fièvre en mettant en évidence les effets conjoints des facteurs environnementaux et démographiques. À l’aide des analyses spatiales basées sur la distance euclidienne, des analyses factorielles et de classification, cette étude décrit le contexte sanitaire des quartiers formels et informels et analyse la pertinence de la dichotomie entre les quartiers lotis et les quartiers non lotis dans les zones suivies par l’OPO. L’étude effectue également des analyses multivariées en recourant respectivement aux modèles logit simple et ordonné pour estimer les effets propres de l’environnement immédiat sur la fièvre et la co-occurrence de la diarrhée et de la fièvre chez les enfants. Les résultats de l’étude montrent que les risques environnementaux sont variables d’un quartier à l’autre, et que les quartiers lotis bien qu’étant les plus pourvus en services urbains de base sont les plus exposés aux dangers environnementaux. Néanmoins, ce constat ne suffit pas pour rendre compte de la vulnérabilité des enfants dans les quartiers lotis que dans les quartiers non lotis, puisque l’accès à l’eau, l’assainissement, la nature du sol, et le niveau d’éducation de la mère sont des facteurs clés dans l’occurrence des symptômes liés à l’environnement immédiat. On note également une hétérogénéité concernant la santé environnementale, notamment dans les zones non loties. En considérant les effets de l’environnement immédiat sur la fièvre chez les enfants, les résultats montrent que ces effets baissent après la prise en compte des variables démographiques, socio-économiques et du quartier de résidence. Les facteurs de l’environnement tels que la gestion des ordures ménagères et celle des eaux usées discriminent significativement la fièvre. Les enfants à Nioko 2 (quartier non loti), par exemple, ont deux fois plus de risque d’avoir eu de la fièvre par rapport à Kilwin (quartier loti). Les effets conjoints des facteurs environnementaux et démographiques sont également mis en exergue dans la co-occurrence de la diarrhée et de la fièvre, même si ces effets diminuent régulièrement avec le nombre des symptômes chez les enfants. Le fait d’être dans un ménage insalubre ou d’avoir le sol extérieur en terre augmente la propension de co-occurrence de la diarrhée et de la fièvre. En revanche, cette co-occurrence chez les enfants diminue significativement avec l’âge. Les effets de l’environnement sur l’occurrence ou la co-occurrence des symptômes existent, quand bien même ces effets diminuent avec la prise en compte des facteurs démographiques et socio-économiques et du quartier de résidence. Les résultats de la thèse plaident pour un effort méthodologique, afin d’affiner la définition des variables de l’environnement en milieu urbain.

Effects of diverse plant species on the bioavailability of contaminants in soil

La phytoremédiation constitue une technologie alternative pour le traitement de sols contaminés en métaux. Toutefois, la biodisponibilité des métaux dans le sol peut limiter l’efficacité de cette approche. Nous émettons l’hypothèse que diverses espèces de plante, caractérisées par systèmes racinaires différents, peuvent affecter différemment la biodisponibilité des éléments traces (ET) dans le sol. Une étude utilisant un dispositif expérimental en bloc aléatoire complet avec cinq réplicats a été conduite entre le 6 juin et le 3 septembre 2014, sur le site du Jardin botanique de Montréal. Dans ce contexte, l’impact de la présence de huit espèces de plantes, herbacées ou ligneuses, sur le pool labile de six métaux (Ag, Cu, Pd, Zn, Ni et Se) dans la rhizosphère de celles-ci a été étudié. Après trois mois de culture, la biomasse aérienne et souterraine de chaque espèce a été mesurée et la concentration en ET dans les tissus des plantes a été analysée. La fraction labile de ces ET dans la rhizosphère (potentiellement celle qui serait biodisponible) de même que d’autres paramètres édaphiques (le pH, la conductivité, le pourcentage de matière organique et le carbone organique dissous (COD)) ont aussi été mesurés et comparés en fonction de la présence d’une ou l’autre des espèces utilisées. Les résultats montrent que pour la plupart des plantes testées, les plus fortes concentrations en ET ont été trouvées dans les racines alors que les plus faibles niveaux s’observaient dans les parties aériennes, sauf pour le Ni dans le Salix nigra. Ceci suggère que le Ni peut être extrait du sol par des récoltes régulières des tiges et des feuilles de cette espèce de saule. Les pools labiles de l’Ag, Ni et du Cu dans la rhizosphère étaient significativement et différemment affectés par la présence des plantes. Toutefois, la présence des plantes testées n’a pas affecté certains paramètres clés de la rhizosphère (ex. le pH, conductivité, et le pourcentage de matière organique). À l’opposé, les niveaux de COD dans la rhizosphère de toutes les plantes testées se sont révélés supérieurs en comparaison des témoins (sols non plantés). De plus, une corrélation positive a pu être établie entre la concentration disponible du Ni et la concentration en COD. Une relation similaire a été déterminée pour le Cu. Ceci suggère que certains systèmes racinaires pourraient modifier les niveaux de COD et avoir un impact indirect sur les pools labiles des ET dans le sol.

Facteurs susceptibles d’influencer l'implantation de l'Échelle québécoise des niveaux de compétence en français des personnes immigrantes adultes et du Programme-cadre de français pour les personnes immigrantes adultes au Québec

La coexistence des services de francisation au Québec pour les personnes immigrantes adultes a fait l'objet de divers enjeux liés notamment au passage des apprenants d'un lieu de formation à un autre (Québec, MICC, 2011a). Dans le but de répondre à ces enjeux et d’harmoniser l'offre de services gouvernementaux en matière de francisation des adultes, le ministère de l'Immigration et des Communautés culturelles (MICC) a élaboré en collaboration avec le ministère de l'Éducation, du Loisir et du Sport (MELS), une innovation pédagogique, soit un référentiel commun québécois composé de deux instruments : l’Échelle québécoise des niveaux de compétence en français des personnes immigrantes adultes et le Programme-cadre de français pour les personnes immigrantes adultes au Québec. Le but de notre étude était de mieux comprendre l'implantation du référentiel commun québécois, de faire état des représentations du personnel enseignant en francisation vis-à-vis de cette innovation pédagogique et d’identifier les principaux facteurs qui structurent son implantation. Pour atteindre ces objectifs de recherche, nous avons mené une étude qualitative dans laquelle nous nous sommes appuyée sur le modèle d'implantation de Vince-Whitman (2009) qui identifie douze facteurs facilitant l’implantation d’une politique et d’une pratique. Nous avons accédé aux représentations de douze enseignantes et enseignants en francisation qui œuvrent au MICC et au MELS lors d’entretiens de groupe en leur permettant de s'exprimer sur leurs pratiques pédagogiques et sur leurs impressions du référentiel commun québécois. À l’aide du logiciel QSF NVivo 8, nous avons analysé le contenu des propos de nos participants de recherche. Nos résultats démontrent que le manque appréhendé de ressources – humaines, matérielles et financières, et un manque de temps, de formation et de collaboration professionnelle pourraient représenter des obstacles et nuire à une éventuelle implantation du référentiel commun québécois. À la lumière de ces résultats, nous proposons un cadre de référence composé de sept facteurs d’implantation d’une innovation pédagogique afin de mieux rendre compte d’une réalité spécifique et contemporaine, celle de l'implantation du référentiel commun québécois pour la francisation des immigrants adultes scolarisés. Les écrits scientifiques et nos résultats de recherche démontrent que de diverses formes de soutien, principalement du matériel pédagogique approprié et suffisant, peuvent constituer un facteur-clé dans la réussite de l’implantation d’une innovation pédagogique.

Improving photofermentative hydrogen production through metabolic engineering and DOE (Design of Experiments)

A l’heure actuelle, les biocarburants renouvelables et qui ne nuit pas à l'environnement sont à l'étude intensive en raison de l'augmentation des problèmes de santé et de la diminution des combustibles fossiles. H2 est l'un des candidats les plus prometteurs en raison de ses caractéristiques uniques, telles que la densité d'énergie élevée et la génération faible ou inexistante de polluants. Une façon attrayante pour produire la H2 est par les bactéries photosynthétiques qui peuvent capter l'énergie lumineuse pour actionner la production H2 avec leur système de nitrogénase. L'objectif principal de cette étude était d'améliorer le rendement de H2 des bactéries photosynthétiques pourpres non sulfureuses utilisant une combinaison de génie métabolique et le plan des expériences. Une hypothèse est que le rendement en H2 pourrait être améliorée par la redirection de flux de cycle du Calvin-Benson-Bassham envers du système de nitrogénase qui catalyse la réduction des protons en H2. Ainsi, un PRK, phosphoribulose kinase, mutant « knock-out » de Rhodobacter capsulatus JP91 a été créé. L’analyse de la croissance sur des différentes sources de carbone a montré que ce mutant ne peut croître qu’avec l’acétate, sans toutefois produire d' H2. Un mutant spontané, YL1, a été récupéré qui a retenu l'cbbP (codant pour PRK) mutation d'origine, mais qui avait acquis la capacité de se développer sur le glucose et produire H2. Une étude de la production H2 sous différents niveaux d'éclairage a montré que le rendement d’YL1 était de 20-40% supérieure à la souche type sauvage JP91. Cependant, il n'y avait pas d'amélioration notable du taux de production de H2. Une étude cinétique a montré que la croissance et la production d'hydrogène sont fortement liées avec des électrons à partir du glucose principalement dirigés vers la production de H2 et la formation de la biomasse. Sous des intensités lumineuses faibles à intermédiaires, la production d'acides organiques est importante, ce qui suggère une nouvelle amélioration additionnel du rendement H2 pourrait être possible grâce à l'optimisation des processus. Dans une série d'expériences associées, un autre mutant spontané, YL2, qui a un phénotype similaire à YL1, a été testé pour la croissance dans un milieu contenant de l'ammonium. Les résultats ont montré que YL2 ne peut croître que avec de l'acétate comme source de carbone, encore une fois, sans produire de H2. Une incubation prolongée dans les milieux qui ne supportent pas la croissance de YL2 a permis l'isolement de deux mutants spontanés secondaires intéressants, YL3 et YL4. L'analyse par empreint du pied Western a montré que les deux souches ont, dans une gamme de concentrations d'ammonium, l'expression constitutive de la nitrogénase. Les génomes d’YL2, YL3 et YL4 ont été séquencés afin de trouver les mutations responsables de ce phénomène. Fait intéressant, les mutations de nifA1 et nifA2 ont été trouvés dans les deux YL3 et YL4. Il est probable qu'un changement conformationnel de NifA modifie l'interaction protéine-protéine entre NifA et PII protéines (telles que GlnB ou GlnK), lui permettant d'échapper à la régulation par l'ammonium, et donc d'être capable d'activer la transcription de la nitrogénase en présence d'ammonium. On ignore comment le nitrogénase synthétisé est capable de maintenir son activité parce qu’en théorie, il devrait également être soumis à une régulation post-traductionnelle par ammonium. Une autre preuve pourrait être obtenue par l'étude du transcriptome d’YL3 et YL4. Une première étude sur la production d’ H2 par YL3 et YL4 ont montré qu'ils sont capables d’une beaucoup plus grande production d'hydrogène que JP91 en milieu d'ammonium, qui ouvre la porte pour les études futures avec ces souches en utilisant des déchets contenant de l'ammonium en tant que substrats. Enfin, le reformage biologique de l'éthanol à H2 avec la bactérie photosynthétique, Rhodopseudomonas palustris CGA009 a été examiné. La production d'éthanol avec fermentation utilisant des ressources renouvelables microbiennes a été traitée comme une technique mature. Cependant, la plupart des études du reformage de l'éthanol à H2 se sont concentrés sur le reformage chimique à la vapeur, ce qui nécessite généralement une haute charge énergetique et résultats dans les émissions de gaz toxiques. Ainsi le reformage biologique de l'éthanol à H2 avec des bactéries photosynthétiques, qui peuvent capturer la lumière pour répondre aux besoins énergétiques de cette réaction, semble d’être plus prometteuse. Une étude précédente a démontré la production d'hydrogène à partir d'éthanol, toutefois, le rendement ou la durée de cette réaction n'a pas été examiné. Une analyse RSM (méthode de surface de réponse) a été réalisée dans laquelle les concentrations de trois facteurs principaux, l'intensité lumineuse, de l'éthanol et du glutamate ont été variés. Nos résultats ont montré que près de 2 moles de H2 peuvent être obtenus à partir d'une mole d'éthanol, 33% de ce qui est théoriquement possible.

Metabolomics analysis in rats with thiamine deficiency identifies key metabolites in vulnerable brain regions and suggests neural stem progenitor cells play a role in ameliorating metabolic dysfunction

La documentation scientifique fait état de la présence, chez l’adulte, de cellules souches et progénitrices neurales (CSPN) endogènes dans les zones sous-ventriculaire et sous-granulaire du cerveau ainsi que dans le gyrus denté de l’hippocampe. De plus, un postulat selon lequel il serait également possible de retrouver ce type de cellules dans la moelle épinière et le néocortex des mammifères adultes a été énoncé. L’encéphalopathie de Wernicke, un trouble neurologique grave toutefois réversible qui entraîne un dysfonctionnement, voire une défaillance du cerveau, est causée principalement par une carence importante en thiamine (CT). Des observations récentes laissent envisager que les facteurs en cause dans la prolifération et la différenciation des CSPN pourraient également jouer un rôle important lors d’un épisode de CT. L’hypothèse, selon laquelle l’identification de nouveaux métabolites entrant dans le mécanisme ou la séquence de réactions se soldant en une CT pourraient en faciliter la compréhension, a été émise au moyen d'une démarche en cours permettant d’établir le profil des modifications métaboliques qui surviennent en de telles situations. Cette approche a été utilisée pour constater les changements métaboliques survenus au niveau du foyer cérébral dans un modèle de rats déficients en thiamine (rats DT), particulièrement au niveau du thalamus et du colliculus inférieur (CI). La greffe de CSPN a quant à elle été envisagée afin d’apporter de nouvelles informations sur la participation des CSPN lors d’un épisode de CT et de déterminer les bénéfices thérapeutiques potentiels offerts par cette intervention. Les sujets de l’étude étaient répartis en quatre groupes expérimentaux : un premier groupe constitué de rats dont la CT était induite par la pyrithiamine (rats DTiP), un deuxième groupe constitué de rats-contrôles nourris ensemble (« pair-fed control rats » ou rats PFC) ainsi que deux groupes de rats ayant subi une greffe de CSPN, soit un groupe de rats DTiP greffés et un dernier groupe constitué de rats-contrôles (rats PFC) greffés. Les échantillons de foyers cérébraux (thalamus et CI) des quatre groupes de rats ont été prélevés et soumis à des analyses métabolomiques non ciblées ainsi qu’à une analyse visuelle par microscopie à balayage électronique (SEM). Une variété de métabolites-clés a été observée chez les groupes de rats déficients en thiamine (rats DTiP) en plus de plusieurs métabolites dont la documentation ne faisait pas mention. On a notamment constaté la présence d’acides biliaires, d’acide cynurénique et d’acide 1,9— diméthylurique dans le thalamus, alors que la présence de taurine et de carnosine a été observée dans le colliculus inférieur. L’étude a de plus démontré une possible implication des CSPN endogènes dans les foyers cérébraux du thalamus et du colliculus inférieur en identifiant les métabolites-clés ciblant les CSPN. Enfin, les analyses par SEM ont montré une amélioration notable des tissus à la suite de la greffe de CSPN. Ces constatations suggèrent que l’utilisation de CSPN pourrait s’avérer une avenue thérapeutique intéressante pour soulager la dégénérescence symptomatique liée à une grave carence en thiamine chez l’humain.