Approches bio-informatiques appliquées aux technologies émergentes en génomique

Les études génétiques, telles que les études de liaison ou d’association, ont permis d’acquérir une plus grande connaissance sur l’étiologie de plusieurs maladies affectant les populations humaines. Même si une dizaine de milliers d’études génétiques ont été réalisées sur des centaines de maladies ou autres traits, une grande partie de leur héritabilité reste inexpliquée. Depuis une dizaine d’années, plusieurs percées dans le domaine de la génomique ont été réalisées. Par exemple, l’utilisation des micropuces d’hybridation génomique comparative à haute densité a permis de démontrer l’existence à grande échelle des variations et des polymorphismes en nombre de copies. Ces derniers sont maintenant détectables à l’aide de micropuce d’ADN ou du séquençage à haut débit. De plus, des études récentes utilisant le séquençage à haut débit ont permis de démontrer que la majorité des variations présentes dans l’exome d’un individu étaient rares ou même propres à cet individu. Ceci a permis la conception d’une nouvelle micropuce d’ADN permettant de déterminer rapidement et à faible coût le génotype de plusieurs milliers de variations rares pour un grand ensemble d’individus à la fois. Dans ce contexte, l’objectif général de cette thèse vise le développement de nouvelles méthodologies et de nouveaux outils bio-informatiques de haute performance permettant la détection, à de hauts critères de qualité, des variations en nombre de copies et des variations nucléotidiques rares dans le cadre d’études génétiques. Ces avancées permettront, à long terme, d’expliquer une plus grande partie de l’héritabilité manquante des traits complexes, poussant ainsi l’avancement des connaissances sur l’étiologie de ces derniers. Un algorithme permettant le partitionnement des polymorphismes en nombre de copies a donc été conçu, rendant possible l’utilisation de ces variations structurales dans le cadre d’étude de liaison génétique sur données familiales. Ensuite, une étude exploratoire a permis de caractériser les différents problèmes associés aux études génétiques utilisant des variations en nombre de copies rares sur des individus non reliés. Cette étude a été réalisée avec la collaboration du Wellcome Trust Centre for Human Genetics de l’University of Oxford. Par la suite, une comparaison de la performance des algorithmes de génotypage lors de leur utilisation avec une nouvelle micropuce d’ADN contenant une majorité de marqueurs rares a été réalisée. Finalement, un outil bio-informatique permettant de filtrer de façon efficace et rapide des données génétiques a été implémenté. Cet outil permet de générer des données de meilleure qualité, avec une meilleure reproductibilité des résultats, tout en diminuant les chances d’obtenir une fausse association.

Special functions of Weyl groups and their continuous and discrete orthogonality

Cette thèse s'intéresse à l'étude des propriétés et applications de quatre familles des fonctions spéciales associées aux groupes de Weyl et dénotées $C$, $S$, $S^s$ et $S^l$. Ces fonctions peuvent être vues comme des généralisations des polynômes de Tchebyshev. Elles sont en lien avec des polynômes orthogonaux à plusieurs variables associés aux algèbres de Lie simples, par exemple les polynômes de Jacobi et de Macdonald. Elles ont plusieurs propriétés remarquables, dont l'orthogonalité continue et discrète. En particulier, il est prouvé dans la présente thèse que les fonctions $S^s$ et $S^l$ caractérisées par certains paramètres sont mutuellement orthogonales par rapport à une mesure discrète. Leur orthogonalité discrète permet de déduire deux types de transformées discrètes analogues aux transformées de Fourier pour chaque algèbre de Lie simple avec racines des longueurs différentes. Comme les polynômes de Tchebyshev, ces quatre familles des fonctions ont des applications en analyse numérique. On obtient dans cette thèse quelques formules de <>, pour des fonctions de plusieurs variables, en liaison avec les fonctions $C$, $S^s$ et $S^l$. On fournit également une description complète des transformées en cosinus discrètes de types V--VIII à $n$ dimensions en employant les fonctions spéciales associées aux algèbres de Lie simples $B_n$ et $C_n$, appelées cosinus antisymétriques et symétriques. Enfin, on étudie quatre familles de polynômes orthogonaux à plusieurs variables, analogues aux polynômes de Tchebyshev, introduits en utilisant les cosinus (anti)symétriques.

Méthodes de génération et de validation de champs de déformation pour la recombinaison de distribution de dose à l’aide d’images 4DCT dans le cadre d’une planification de traitement de cancers pulmonaires

Des efforts de recherche considérables ont été déployés afin d'améliorer les résultats de traitement de cancers pulmonaires. L'étude de la déformation de l'anatomie du patient causée par la ventilation pulmonaire est au coeur du processus de planification de traitement radio-oncologique. À l'aide d'images de tomodensitométrie quadridimensionnelles (4DCT), une simulation dosimétrique peut être calculée sur les 10 ensembles d'images du 4DCT. Une méthode doit être employée afin de recombiner la dose de radiation calculée sur les 10 anatomies représentant une phase du cycle respiratoire. L'utilisation de recalage déformable d'images (DIR), une méthode de traitement d'images numériques, génère neuf champs vectoriels de déformation permettant de rapporter neuf ensembles d'images sur un ensemble de référence correspondant habituellement à la phase d'expiration profonde du cycle respiratoire. L'objectif de ce projet est d'établir une méthode de génération de champs de déformation à l'aide de la DIR conjointement à une méthode de validation de leur précision. Pour y parvenir, une méthode de segmentation automatique basée sur la déformation surfacique de surface à été créée. Cet algorithme permet d'obtenir un champ de déformation surfacique qui décrit le mouvement de l'enveloppe pulmonaire. Une interpolation volumétrique est ensuite appliquée dans le volume pulmonaire afin d'approximer la déformation interne des poumons. Finalement, une représentation en graphe de la vascularisation interne du poumon a été développée afin de permettre la validation du champ de déformation. Chez 15 patients, une erreur de recouvrement volumique de 7.6 ± 2.5[%] / 6.8 ± 2.1[%] et une différence relative des volumes de 6.8 ± 2.4 [%] / 5.9 ± 1.9 [%] ont été calculées pour le poumon gauche et droit respectivement. Une distance symétrique moyenne 0.8 ± 0.2 [mm] / 0.8 ± 0.2 [mm], une distance symétrique moyenne quadratique de 1.2 ± 0.2 [mm] / 1.3 ± 0.3 [mm] et une distance symétrique maximale 7.7 ± 2.4 [mm] / 10.2 ± 5.2 [mm] ont aussi été calculées pour le poumon gauche et droit respectivement. Finalement, 320 ± 51 bifurcations ont été détectées dans le poumons droit d'un patient, soit 92 ± 10 et 228 ± 45 bifurcations dans la portion supérieure et inférieure respectivement. Nous avons été en mesure d'obtenir des champs de déformation nécessaires pour la recombinaison de dose lors de la planification de traitement radio-oncologique à l'aide de la méthode de déformation hiérarchique des surfaces. Nous avons été en mesure de détecter les bifurcations de la vascularisation pour la validation de ces champs de déformation.

Les macroinvertébrés benthiques littoraux : bioindicateurs de la qualité écologique des milieux humides en zone urbaine

Les milieux aquatiques en zone urbaine sont reconnus comme des îlots de biodiversité qui offrent de nombreux services écologiques. Dans cette étude, nous avons utilisé les macroinvertébrés comme bioindicateurs de la qualité écologique des étangs, petits lacs et marais de l’Île de Montréal. Les macroinvertébrés ont été récoltés durant l’été 2011 dans la zone littorale de 20 sites variant par leur urbanisation et leurs caractéristiques limnologiques. Nous avons évalué la variation dans la richesse en taxa, les indices de diversité et plusieurs métriques basées sur la composition taxonomique ou les traits fonctionnels. Nous avons déterminé la réponse des métriques aux changements dans l’urbanisation, l’aménagement et les conditions des plans d’eau. Notre étude montre que les étangs, marécages et petits lacs constituent des réserves importantes de biodiversité en zone urbaine. Les marécages naturels et les étangs et lacs permaments avaient une meilleure qualité écologique et supportaient des communautés de macroinvertébrés plus diverses et abondantes que les petits étangs temporaires aménagés. Le couvert de végétation aquatique, l’enrichissement en nutriments et en matière organique ainsi que la biomasse des algues expliquaient le plus de variation dans les macroinvertébrés. Les aménagements, la densité urbaine et la permanence de l’eau avaient aussi une bonne influence. Les métriques univariées avaient moins de potentiel que les métriques multivariées. Nous avons discuté les implications de notre étude pour le suivi environnemental de la biodiversité et la qualité écologique des milieux aquatiques en zone urbaine.

POPULATION GENETIC STUDIES ON THE OIL SARDINE ( Sardinella longiceps )

The objective of present investigation was to study the population genetic structure of S. longiceps by applying three different basic population genetic techniques such as cytogenetics, non-enzymatic biochemicalgenetics (general protein) and morphomeristics/metrics.

An adaptive cluster based routing scheme for mobile wireless sensor networks

Clustering schemes improve energy efficiency of wireless sensor networks. The inclusion of mobility as a new criterion for the cluster creation and maintenance adds new challenges for these clustering schemes. Cluster formation and cluster head selection is done on a stochastic basis for most of the algorithms. In this paper we introduce a cluster formation and routing algorithm based on a mobility factor. The proposed algorithm is compared with LEACH-M protocol based on metrics viz. number of cluster head transitions, average residual energy, number of alive nodes and number of messages lost

A Novel Cache Resolution Technique For Cooperative Caching In Wireless Mobile Networks

Cooperative caching is used in mobile ad hoc networks to reduce the latency perceived by the mobile clients while retrieving data and to reduce the traffic load in the network. Caching also increases the availability of data due to server disconnections. The implementation of a cooperative caching technique essentially involves four major design considerations (i) cache placement and resolution, which decides where to place and how to locate the cached data (ii) Cache admission control which decides the data to be cached (iii) Cache replacement which makes the replacement decision when the cache is full and (iv) consistency maintenance, i.e. maintaining consistency between the data in server and cache. In this paper we propose an effective cache resolution technique, which reduces the number of messages flooded in to the network to find the requested data. The experimental results gives a promising result based on the metrics of studies.

A virtual backbone based approach for cooperative caching in mobile ad hoc networks

Cache look up is an integral part of cooperative caching in ad hoc networks. In this paper, we discuss a cooperative caching architecture with a distributed cache look up protocol which relies on a virtual backbone for locating and accessing data within a cooperate cache. Our proposal consists of two phases: (i) formation of a virtual backbone and (ii) the cache look up phase. The nodes in a Connected Dominating Set (CDS) form the virtual backbone. The cache look up protocol makes use of the nodes in the virtual backbone for effective data dissemination and discovery. The idea in this scheme is to reduce the number of nodes involved in cache look up process, by constructing a CDS that contains a small number of nodes, still having full coverage of the network. We evaluated the effect of various parameter settings on the performance metrics such as message overhead, cache hit ratio and average query delay. Compared to the previous schemes the proposed scheme not only reduces message overhead, but also improves the cache hit ratio and reduces the average delay

A location aided cooperative caching protocol for mobile ad hoc networks

Cooperative caching is an attractive solution for reducing bandwidth demands and network latency in mobile ad hoc networks. Deploying caches in mobile nodes can reduce the overall traffic considerably. Cache hits eliminate the need to contact the data source frequently, which avoids additional network overhead. In this paper we propose a data discovery and cache management policy for cooperative caching, which reduces the caching overhead and delay by reducing the number of control messages flooded in to the network. A cache discovery process based on location of neighboring nodes is developed for this. The cache replacement policy we propose aims at increasing the cache hit ratio. The simulation results gives a promising result based on the metrics of studies

PEER TO PEER CACHE RESOLUTION MECHANISM FOR MOBILE AD HOC NETWORKS

In this paper we investigate the problem of cache resolution in a mobile peer to peer ad hoc network. In our vision cache resolution should satisfy the following requirements: (i) it should result in low message overhead and (ii) the information should be retrieved with minimum delay. In this paper, we show that these goals can be achieved by splitting the one hop neighbours in to two sets based on the transmission range. The proposed approach reduces the number of messages flooded in to the network to find the requested data. This scheme is fully distributed and comes at very low cost in terms of cache overhead. The experimental results gives a promising result based on the metrics of studies.

Energy Efficient Cache Discovery in Wireless Mobile Ad oc Networks

Data caching is an attractive solution for reducing bandwidth demands and network latency in mobile ad hoc networks. Deploying caches in mobile nodes can reduce the overall traf c considerably. Cache hits eliminate the need to contact the data source frequently, which avoids additional network overhead. In this paper we propose a data discovery and cache management policy for cooperative caching, which reduces the power usage, caching overhead and delay by reducing the number of control messages flooded into the network .A cache discovery process based on position cordinates of neighboring nodes is developed for this .The stimulstion results gives a promising result based on the metrics of the studies.

A Framework of Statistical Machine Translator from English to Malayalam

In this paper we describe the methodology and the structural design of a system that translates English into Malayalam using statistical models. A monolingual Malayalam corpus and a bilingual English/Malayalam corpus are the main resource in building this Statistical Machine Translator. Training strategy adopted has been enhanced by PoS tagging which helps to get rid of the insignificant alignments. Moreover, incorporating units like suffix separator and the stop word eliminator has proven to be effective in bringing about better training results. In the decoder, order conversion rules are applied to reduce the structural difference between the language pair. The quality of statistical outcome of the decoder is further improved by applying mending rules. Experiments conducted on a sample corpus have generated reasonably good Malayalam translations and the results are verified with F measure, BLEU and WER evaluation metrics

English to Malayalam Translation: A Statistical Approach

This paper underlines a methodology for translating text from English into the Dravidian language, Malayalam using statistical models. By using a monolingual Malayalam corpus and a bilingual English/Malayalam corpus in the training phase, the machine automatically generates Malayalam translations of English sentences. This paper also discusses a technique to improve the alignment model by incorporating the parts of speech information into the bilingual corpus. Removing the insignificant alignments from the sentence pairs by this approach has ensured better training results. Pre-processing techniques like suffix separation from the Malayalam corpus and stop word elimination from the bilingual corpus also proved to be effective in training. Various handcrafted rules designed for the suffix separation process which can be used as a guideline in implementing suffix separation in Malayalam language are also presented in this paper. The structural difference between the English Malayalam pair is resolved in the decoder by applying the order conversion rules. Experiments conducted on a sample corpus have generated reasonably good Malayalam translations and the results are verified with F measure, BLEU and WER evaluation metrics

A framework for translating English text into Malayalam using statistical models

A methodology for translating text from English into the Dravidian language, Malayalam using statistical models is discussed in this paper. The translator utilizes a monolingual Malayalam corpus and a bilingual English/Malayalam corpus in the training phase and generates automatically the Malayalam translation of an unseen English sentence. Various techniques to improve the alignment model by incorporating the morphological inputs into the bilingual corpus are discussed. Removing the insignificant alignments from the sentence pairs by this approach has ensured better training results. Pre-processing techniques like suffix separation from the Malayalam corpus and stop word elimination from the bilingual corpus also proved to be effective in producing better alignments. Difficulties in translation process that arise due to the structural difference between the English Malayalam pair is resolved in the decoding phase by applying the order conversion rules. The handcrafted rules designed for the suffix separation process which can be used as a guideline in implementing suffix separation in Malayalam language are also presented in this paper. Experiments conducted on a sample corpus have generated reasonably good Malayalam translations and the results are verified with F measure, BLEU and WER evaluation metrics

Extension schemes for the Alignment Model of English-Malayalam Statistical Machine Translator

In Statistical Machine Translation from English to Malayalam, an unseen English sentence is translated into its equivalent Malayalam sentence using statistical models. A parallel corpus of English-Malayalam is used in the training phase. Word to word alignments has to be set among the sentence pairs of the source and target language before subjecting them for training. This paper deals with certain techniques which can be adopted for improving the alignment model of SMT. Methods to incorporate the parts of speech information into the bilingual corpus has resulted in eliminating many of the insignificant alignments. Also identifying the name entities and cognates present in the sentence pairs has proved to be advantageous while setting up the alignments. Presence of Malayalam words with predictable translations has also contributed in reducing the insignificant alignments. Moreover, reduction of the unwanted alignments has brought in better training results. Experiments conducted on a sample corpus have generated reasonably good Malayalam translations and the results are verified with F measure, BLEU and WER evaluation metrics.