Dissertationen zum Thema „Ecologie en résistance“

La Guadeloupe fait partie des pays où la Dengue est endémique avec des épidémies tous les 2 à 3 ans. Depuis 3 ans, d'autres arboviroses sont apparues sur le continent américain avec le Chikungunya en 2013 puis le Zika en 2015, causant d'importantes épidémies notamment en Guadeloupe. Le seul vecteur reconnu de ces maladies en Guadeloupe est le moustique Aedes aegypti. Il n'y a pas de vaccin, ni de traitements spécifiques contre ces infections et les moyens de prévention contre ces maladies passent par la surveillance et le contrôle des populations de moustiques sur le terrain. Les méthodes de surveillance sont basées le plus souvent sur l'analyse d'indices larvaires, parfois controversés. De plus, les moyens de contrôle des vecteurs ont longtemps été basés sur l'utilisation massive d'insecticides chimiques entraînant la résistance des moustiques à ces produits. Ce travail de thèse s'est donc articulé autour de deux grands axes devant permettre d'améliorer la prévention et le contrôle de ces arboviroses: i) la recherche d'un nouvel outil de surveillance des populations vectrices, basé sur la physiologie des femelles adultes et ii) l'évaluation des niveaux et l'étude de certains mécanismes de résistance à trois insecticides chimiques, le Téméphos, le Malathion (utilisés dans le passé) et la Deltaméthrine (utilisée actuellement). Un modèle de surveillance des populations vectrices basé sur les taux de parité en lien avec l'espérance de vie des femelles, en fonction des températures a été développé, et des pistes sur les situations entomologiques les plus à risques se sont dessinées. Les épreuves de résistance effectuées sur des larves de moustiques de Guadeloupe ont globalement révélé de forts niveaux de résistance au Téméphos et de faibles niveaux de résistance au Malathion. Les tests adulticides ont mis en évidence une résistance modérée des femelles à la Deltaméthrine. Les investigations moléculaires ont démontré des fréquences alléliques très élevées pour les mutations Kdr V1016I et F1534C connues pour être liées à la résistance aux pyréthrinoïdes. De plus, l'évaluation des niveaux d'expression constitutifs de certains gènes de détoxification a révélé des surexpressions significatives des populations testées par rapport à la souche sensible Bora-Bora, pour la carboxy-choline-estérase CCEAE3A, quatre cytochromes P450 à mono-oxygénases (014614, CYP6M11, CYP6BB2 et CYP9J23) et la glutathione-S-transférase GSTE2
Guadeloupe is an endemic country for Dengue with epidemics every 2 to 3 years. In the past 3 years, other arboviruses have reached the Americas with Chikungunya virus in 2013 and Zika virus in 2015, causing major epidemics including in Guadeloupe. The only known vector of these diseases in Guadeloupe is the mosquito Aedes aegypti. As there is no vaccine nor specific treatment against these infections, prevention against these diseases is achieved through the monitoring and control of mosquito populations. Monitoring methods are based mostly on larval indices, with sometimes controversial results. In addition, vector control methods are based since a very long time on the massive use of chemical insecticides, causing mosquito resistance to these products. This work has therefore focused on two main areas to improve the prevention and control of these arboviruses: i) the search of a new vector population monitoring tool, based on the physiology of adult females and ii) the assessment of the resistance levels and mechanisms regarding three chemical insecticides, Temephos, Malathion (used in the past) and Deltamethrin (currently used). A vector population monitoring model based on females life expectancy as a function of parity rates and according to temperatures has being developed, and tracks on the entomological situations most at risk have emerged. Insecticide resistance tests performed on mosquito larvae have generally found strong Temephos resistance levels and low resistance to Malathion. Adulticide tests showed a moderate resistance of females to Deltamethrin. Molecular investigations have shown very high allelic frequencies for kdr mutations V1016I and F1534C, known to be associated with pyrethroid resistance. Moreover, the evaluation of constitutive expression levels of some detoxification genes revealed significant overexpression in tested Aedes aegypti populations compared to the susceptible Bora-Bora strain, for the carboxy-choline-esterase CCEAE3A, four cytochrome P450 mono-oxygenases (014614, CYP6M11, CYP6BB2 and CYP9J23) and the glutathione-S-transferase GSTE2

Les octocoralliaires vivant en symbiose avec des dinoflagellés photosynthétiques représentent l’un des principaux groupes benthiques des récifs coralliens tropicaux. Ils sont notamment abondants au sein des écosystèmes perturbés où les changements environnementaux entraînent le déclin des coraux scléractiniaires. Bien que la nutrition joue un rôle fondamental dans la régulation de l’abondance d’une population, l’acquisition de nutriments par les octocoralliaires reste à ce jour méconnue. Les objectifs de cette thèse étaient de caractériser la nutrition autotrophe et hétérotrophe des espèces d’octocoralliaires de mer Rouge, depuis la surface jusqu’à la zone mésophotique supérieure. Les résultats démontrent que par rapport aux scléractiniaires, la fixation de carbone autotrophe chez les octocoralliaires est plus faible en surface, mais équivalente en profondeur. De plus, l’assimilation de composés azotés dissous est bien inférieure chez les octocoralliaires, en comparaison avec les scléractiniaires. Ces résultats suggèrent que les octocoralliaires dépendent largement de sources alimentaires hétérotrophes pour satisfaire leurs besoins nutritionnels. Une telle mixotrophie leur confère une grande plasticité trophique, ce qui pourrait contribuer à une plus grande résistance aux changements environnementaux en cours
Octocorals living in symbiosis with photosynthetic dinoflagellates are one of the major benthic groups of tropical coral reefs. They are notably abundant within disturbed ecosystems where environmental changes have led to the decline of reef-building corals. Although nutrition plays a fundamental role in regulating the abundance of a population, the acquisition of nutrients by octocorals has received little attention to date. The aims of this thesis were to characterize the acquisition and assimilation of autotrophic and heterotrophic nutrients by octocoral species from the Red Sea, from the shallow down to the upper mesophotic zone. The results show that the autotrophic carbon fixation in octocorals is lower at shallow depth compared to scleractinians, but equivalent at mesophotic depths. In addition, the assimilation of dissolved nitrogen compounds is lower in octocorals than in scleractinian corals. These results suggest that octocorals strongly depend on heterotrophic food sources to meet their nutritional requirements. Such mixotrophy provides octocorals with a wide trophic plasticity, which may contribute to their higher resistance to cope with already on-going environmental changes

La compréhension du processus d’adaptation des populations de parasites à leur plante-hôte est une question fondamentale en écologie évolutive. C’est également un enjeu majeur de recherche finalisée qui a des retombées pour la protection des cultures. L’oomycète Plasmopara viticola, agent causal du mildiou de la vigne, attaque les espèces du genre Vitis. Dans un contexte où l’enjeu principal des programmes d’amélioration est la durabilité des résistances, des connaissances nouvelles sur l’écologie et l’évolution de l'interaction entre le parasite et son hôte sont nécessaires afin d’évaluer le potentiel du mildiou à surmonter ces résistances. Dans ma thèse, je me suis intéressée au rôle de la plante-hôte comme facteur d’évolution des populations de mildiou, en posant cette question à différentes échelles évolutives : (i) dans le bassin d’origine du pathogène (Amérique du Nord), j’ai cherché à évaluer le degré de spécialisation du parasite sur sa gamme d’hôtes sauvages et cultivés; (ii) en Europe, où le mildiou de la vigne a été introduit récemment, j’ai étudié l’évolution des populations de mildiou soumis à la pression de sélection des résistances des nouvelles variétés de vigne. Pour comprendre la spécialisation plante-hôte dans ce pathosystème où plusieurs espèces cryptiques ont été identifiées, nous avons réalisé des tests d’inoculations croisées entre espèces hôtes (Vitis spp.) et agent pathogène (P. viticola). Les données phénotypiques et morphologiques apportent les preuves d’une spécialisation plante-hôte au sein des populations de P. viticola : les espèces A et D de mildiou sont spécialisées sur leur plante-hôte, tandis que le processus de spécialisation est en cours pour les espèces B et C. Même si aucune différenciation génétique n’a été montrée au sein de l’espèce C, il existe deux groupes distincts au sein de l’espèce B. Les isolats du compartiment cultivé sont en moyenne plus agressifs que les isolats issus des vignes sauvages, indiquant une adaptation des isolats cultivés sur leur plante hôte. A partir d’un large échantillonnage, nous avons étudié la distribution des espèces de mildiou sur leurs plantes-hôtes sauvages et cultivées. Ce travail a permis d’identifier une nouvelle espèce cryptique et a confirmé la spécialisation plante-hôte. En Europe, nos résultats montrent que le déploiement limité de variétés à résistantes partielles a conduit à des modifications des populations de mildiou: apparition d’isolats virulents (i.e. contournant un QTL majeur de résistance), et augmentation de l’agressivité sur Vitis vinifera. Dans le but de comprendre les mécanismes à l’origine de la spécialisation et du contournement des résistances, nous nous sommes intéressés au répertoire d’effecteurs du parasite. Une centaine d’effecteurs candidats ont été identifiés en utilisant les données disponibles sur le génome de P. viticola. L’analyse du polymorphisme de 32 candidats sur une sélection d’isolats montre que trois d’entre eux évoluent sous sélection positive. Ces résultats soulignent l’importance de la plante-hôte comme facteur de diversification des populations de l’agent pathogène et révèlent que le mildiou s’adapte rapidement aux résistances de la vigne. Il est désormais nécessaire de mieux appréhender le déploiement des résistances de la vigne afin qu’elles puissent être durables
Understanding the process of adaptation of parasite populations to their host-plant is a key issue in evolutionary ecology. It is also a major subject in applied research that has implications for crop protection. The oomycete Plasmopara viticola, the causal agent of downy mildew, attacks the species of the Vitis genus. In a context where the main concern of the breeding programs is the durability of resistance, new knowledge about the ecology and evolution of the interaction between parasite and host is needed in order to evaluate the potential of downy mildew to overcome the resistance. In my thesis, I addressed the role of the host-plant as an evolutionary factor for downy mildew populations, by asking this question at two different evolutionary scales: (i) in the pathogen region of origin (North America) I assessed the degree of specialization of the parasite on its wild and cultivated host range (ii) in Europe, where downy mildew has been introduced recently, I studied the evolution of downy mildew populations subject to the selection pressure imposed by resistant grapevine varieties. To understand the host-plant specialization in this pathosystem, where several cryptic species have been identified, we performed cross inoculations between different host (Vitis spp.) and pathogen (P. viticola) species. Morphological and phenotypic data provide evidence of host-plant specialization in P. viticola populations: downy mildew species A and D are specialized on their host-plant, while the specialization process is ongoing for species B and C. Although no genetic differentiation has been shown inside species C, there are two distinct groups within species B. Isolates from the cultivated compartment are on average more aggressive than isolates from wild vines, indicating an adaptation of isolates growing on cultivated host-plants. Finally, a large-scale study of the distribution of downy mildew species on both their wild and cultivated host-plants resulted in the identification of a new cryptic species and confirmed the host-plant specialization. In Europe, our results show that the limited deployment of resistant varieties has led to changes in downy mildew populations: emergence of virulent isolates (i.e. breakdown of a major QTL for resistance), and increased aggressiveness on Vitis vinifera. In order to understand the mechanisms at the origin of specialization and resistance breakdown, we examined the parasite’s effector repertoire. Over one hundred effector candidates were identified using available data on the P. viticola genome. The polymorphism of 32 candidate genes revealed that three of them evolve under positive selection. Our results reveal the strong ability of downy mildew to adapt to its host plant and to plant resistance. They should be taken into account when devising strategies for the deployment of grapevine resistances in order to guarantee their durability

L’objectif de cette thèse est de développer des outils de modélisation mathématique afin d’étudier la dynamique de transmission des souches de pneumocoque dans la communauté. La dynamique d’émergence et de diffusion de bactéries résistantes dans la population est difficile à anticiper : les phénomènes se produisent à différentes échelles (bactérie, hôte et population) et les bactéries circulent dans des environnements humains complexes (nombreux antibiotiques et vaccins). Dans ce cadre, la formalisation mathématique et la simulation peuvent contribuer à mieux comprendre et anticiper les phénomènes en jeu. Trois questions principales sont posées dans ce travail. Elles portent sur : l’effet d’une modification de l’exposition antibiotique sur la distribution des résistances du pneumocoque ; les conséquences de l’usage de vaccins conjugués sur les distributions de souches ; et l’étude de la dynamique d’incidence des méningites à pneumocoque. Pour y répondre, 4 modèles mathématiques compartimentaux spécifiques sont construits. Les résultats des simulations renforcent l’idée que l’exposition antibiotique est un facteur environnemental majeur pour la sélection des pneumocoques résistants aux antibiotiques. En particulier, ils mettent en évidence l’importance du choix des molécules antibiotiques utilisées et des doses prescrites sur la distribution des résistances dans la population. Ils suggèrent de plus que les virus hivernaux, la consommation antibiotique et l’épidémicité différenciée en fonction de la résistance pourraient expliquer en partie la dynamique des méningites à pneumocoque dans la population
The thesis aims at building mathematical models to study the dynamics of pneumococcal strains transmission in the community. The phenomenon of emergence and diffusion of resistant bacteria in populations involve microbial, individual and population scales simultaneously. That makes them complex and difficult to anticipate. In that context, modelling, which allows formalisation and simulation of the different scales, can help in analysing, predicting and understanding better the spread of bacteria. Three main issues are raised. What would be the impact of antibiotic exposure changes on resistances distributions? What would be the effects induced by the pneumococcal conjugate vaccine on the distribution of strains? Do viral respiratory infections and antibiotic consumption play a role in pneumococcal meningitis infections? Four compartmental models are developed to answer these questions. The results of our simulations reinforce the idea that antibiotic exposure is a major factor in the selection of antibiotic resistant bacteria. More precisely, they show that the choices of prescribed drugs and doses at the individual level could have a strong impact on the distributions of resistances in the community. Moreover, our results suggest that respiratory viruses, antibiotic consumption and resistance associated-fitness could explain part of the dynamics of pneumococcal meningitis in the community

L'enjeu de la thèse est de proposer une stratégie de gestion durable de la résistance génétique à la rouille brune du blé, basée sur des sources de résistance quantitative. Nous proposons d'identifier des résistances se traduisant par une diminution des performances du pathogène sur les différentes phases du cycle infectieux. Ainsi, l'exercice de contraintes diversifiées sur le pathogène devraient ralentir son adaptation et augmenter la durabilité de la résistance. La confrontation d'un ensemble de génotypes de blé à trois isolats de rouille brune a permis de mesurer le niveau de résistance pour cinq composantes en serre (efficacité d'infection, période de latence, taille de lésion, sporulation par lésion, sporulation par unité de surface sporulante), et à différentes étapes de l'épidémie au champ. Nous avons mis en évidence une grande diversité des composantes affectées, et une variabilité importante pour toutes les composantes. Le développement d'un modèle statistique a permis d'établir que l'ensemble des composantes intervient dans la détermination du niveau de résistance à l'échelle épidémique, mais l'efficacité d'infection et la latence sont les composantes qui jouent le rôle le plus important pour déterminer le niveau de résistance au champ. L'impact d'une composante sur le niveau global de résistance change selon les étapes de l'épidémie. Les trois isolats utilisés ont exprimé un profil d'agressivité contrasté vis-à-vis des différentes composantes. La cartographie des QTLs associés aux différentes composantes de résistance a permis d'établir que la diversité phénotypique observée est liée à une diversité génotypique.

Pseudosuccinea columella est un des principaux hôtes intermédiaires de Fasciola hepatica, un trématode cosmopolite infectant l’Homme et les animaux domestiques et sauvages, et transmis par des mollusques d’eau douce. L’existence exclusive à Cuba de populations de P. columella qui sont sensibles et naturellement résistantes (encapsulation hémocytaire du parasite) à l’infection par F. hepatica offre un modèle Mollusque-Trématode très intéressant en termes de biologie évolutive, de santé humaine et de stratégies de contrôle vectorielle. L’étude des aspects écologiques, moléculaires et phénotypiques est essentielle pour comprendre les particularités de ce système. Ainsi, nos résultats ont montré que les mollusques sensibles et résistants partagent des exigences écologiques similaires mais chez les résistants la distribution est limitée aux localités avec des eaux acides et peu dures (pH/dureté totale (DT), 6-6.5/4°-10°d) et une richesse des communautés de mollusques très faible, ceci semblant indiquer coût élevé à la résistance. La comparaison de traits d’histoire de vie en laboratoire a permis de confirmer une haute tolérance aux variations de pH/DT de l’eau chez les mollusques résistants mais a montré également une diminution du potentiel reproductif des souches résistantes par rapport aux sensibles. Sur la base de ces observations, des approches «omiques» comparatives ont été entreprises entre souches sensibles et résistantes. Ce travail de thèse nous a aidé à comprendre les particularités de ce modèle hôte-parasite, mais présente également une avancée en termes d’utilisation de la résistance de P. columella à des fins de contrôle de la transmission parasitaire
Pseudosuccinea columella is one of the main intermediate hosts of Fasciola hepatica, a cosmopolitan snail-borne trematode that affects humans, livestock and wildlife. The occurrence in Cuba of susceptible and naturally-resistant populations of this species to F. hepatica infection (host’s hemocytes encapsulate the parasite upon penetration) offers an interesting Mollusca - Trematoda model with applications on evolutionary biology, health sciences and vector control strategies. Thus, here we explored different ecological, molecular and phenotypical aspects of this system to better understand P. columella resistance. We determined that while susceptible and resistant snails share similar ecological requirements, resistant populations occurred only at low pH (6.5-6.5) and total hardness (TH; 4°-10°d) waters, with low snail species richness, suggesting a high ecological cost of resistance. Comparison of life history traits between susceptible and resistant snails, experimentally-reared at low or common pH/TH conditions, showed that resistant populations display higher tolerance to pH/TH variations and a lower reproductive potential. To gain more insights on the molecular bases of the features associated to resistance in P. columella, we performed comparative “omics” approaches on naïve snails from both phenotypes at whole snail level (RNAseq) and at the albumen gland level (2D-electrophoresis). This thesis presents the latest efforts to broadly characterize this model, which constitute building steps for the comprehension of P. columella resistance and for its application to tackle parasite transmission

Comprendre l'émergence et la propagation des maladies infectieuses chez les animaux sauvages est devenue une priorité en santé publique et en conservation. En combinant la collecte de données et le développement de modèles épidémiologiques, cette thèse s'est focalisée sur la compréhension de deux phénomènes clés: (i) étudier comment l'hétérogénéité au niveau des individus, des groupes, de la population et de l'environnement influence la propagation de parasites et (ii) quantifier la transmission de bactéries résistantes aux antibiotiques depuis l'homme vers les animaux sauvages dans trois aires protégées d'Afrique (Tsaobis NP- Namibie, Lopé NP-Gabon et Dzanga-Ndoki NP- République Centrafricaine). Les principaux résultats de ce travail montrent que : (1) De multiples facteurs incluant la température, la pluie, l'utilisation du territoire, le genre, l'âge et la condition physique influencent la richesse spécifique de parasites gastro-intestinaux chez le babouin chacma, (2) Les contacts entre animaux autour des points d'attractions de l'habitat peuvent influencer de manière importante la propagation spatio-temporelle d'une maladie, (3) La transmission d'entérobactéries résistantes semble avoir lieu depuis les humains ou le bétail vers les animaux sauvages dans des zones où le contact entre ces populations est élevé, (4) Le gradient de densité de gorilles produit par la chasse peut générer une augmentation de prévalence d'un parasite avec la distance au point d'introduction. Les conclusions de ce travail ouvrent de nouvelles possibilités pour l'étude des maladies émergentes chez les animaux sauvages
Understanding the emergence and spread of infectious disease in wild animal populations has become an important priority for both public health and animal conservation. Combining the collection of empirical data with the development of epidemiological models, this thesis focuses on understanding two key issues of wildlife epidemiology: (i) how heterogeneity at the individual, group, population and landscape level affects parasite spread (ii) investigating whether transmission of antibiotic resistant bacteria from humans to wildlife is occurring within three protected areas of Africa (Tsaobis NP-Namibia, Lope NP-Gabon and Dzanga-Ndoki NP-Central African Republic). The main findings of this work indicated that: (1) multiple-scale factors including temperature, rainfall, home range use, sex, age and body condition influence gastro-intestinal parasite richness among wild baboons; (2) animal contacts around ‘habitat hotspots' can substantially influence the spatio-temporal dynamics of a disease; (3) antibiotic resistant enterobacteria seem to be spreading from humans/livestock to wildlife when the territory overlap between these two populations is expected to be high; (4) gradients in gorilla density created by bushmeat hunting can reverse the expected pattern of decreasing parasite prevalence with distance to human-spillover. The conclusions of this work open new possibilities for studying the mechanisms explaining the spread of emerging infectious diseases among wild animals

Durant le siècle dernier, les évènements climatiques extrêmes et les modifications du paysage dues aux activités humaines ont grandement augmenté. Ces changements rapides et imprévisibles représentent de nouvelles pressions de sélection pour la faune sauvage, et peuvent menacer leur survie. Comprendre comment les animaux sauvages font face à ces perturbations et leurs conséquences sur les traits d'histoire de vie et la dynamique des populations est une étape nécessaire pour évaluer leur potentiel évolutif dans un monde changeant. Un mécanisme important permettant de s'adapter aux changements environnementaux est la réponse de stress, qui consiste en une suite de réponses physiologiques et comportementales ayant pour but de maximiser la survie immédiate. Un axe physiologique majeur de cette réponse est l'axe hypothalamo-hypophyso-surrénalien, qui déclenche la sécrétion d'hormones glucocorticoïdes. Parce que ces hormones régulent la mobilisation et la distribution de l'énergie, elles sous-tendent des compromis évolutifs entre des fonctions clés telles que l'immunité et la reproduction. Cependant, tous les individus ne répondent pas de la même manière aux situations de stress, menant à de grandes différences inter-individuelles. De plus, l'environnement naturel offre également des moyens de répondre au stress (e.g. présence de refuge). La diversité des patterns de stress dépend donc d'une interaction complexe entre variables environnementales et individuelles. L'objectif général de ma thèse était de comprendre les déterminants des différences inter-individuelles des niveaux de stress basal, et d'identifier des conséquences chez un mammifère longévif, le chevreuil Européen. Cette étude a analysé différentes mesures de stress et leurs liens avec les caractéristiques environnementales et individuelles, en combinant l'observation de trois populations sauvages et l'expérimentation sur des chevreuils captifs. J'ai trouvé que des indicateurs du niveau de stress (ratio N :L et métabolites fécaux des glucocorticoïdes [FCMs]) étaient répétables et associé à la réponse comportementale à la capture. Les niveaux de stress étaient également plus élevés durant les années de faible disponibilité en ressources. J'ai aussi trouvé que les FCMs des chevreuils augmentaient avec la proximité avec l'Homme, mais que cet effet était tamponné par des ajustements comportementaux tels que l'utilisation des forêts et l'adoption d'une activité nocturne. Deuxièmement, j'ai montré que les caractéristiques environnementales et individuelles étaient des déterminants du niveau de stress basal dès les premières semaines de vie. Le cortisol salivaire des faons était plus élevé quand ils étaient plus proche des structures anthropiques et présentaient un comportement actif face à la capture. Enfin, j'ai montré que la co-variation entre immunité et FCMs dépendaient des caractéristiques environnementales et individuelles.[...]
Over the last century, extreme climatic events and landscape modifications due to anthropogenic activities have dramatically increased. These rapid and unpredictable changes in the environment are new selective pressures for wild animals, and can threaten their survival and affect population dynamics. Understanding how wild animals cope with these perturbations and their consequences on life history traits and population dynamics is a necessary step to evaluate their evolutionary potential in a changing world. An important mechanism for adaptation to environmental changes is the stress response, which consist of a suite of physiological and behavioural responses that aim to maximise immediate survival. One of the main physiological pathways of the stress response is the hypothalamic-pituitary-adrenal axis, which triggers the secretion of glucocorticoid hormones. Because these hormones drive the mobilisation and distribution of energy, they underlie trade-offs between key functions such as immunity and reproduction. However, not all individuals respond in the same way to stressful situations, resulting in large among-individual differences. In addition, the natural environment not only offers a great deal of variability in stressors, but also means of responding to stress (e.g. the presence of shelters). In turn, the diversity of stress patterns depends on a complex combination of environmental variables and individual factors. The general aim of my thesis was to understand the determinants of the great among-individual differences in baseline stress levels, and to identify some consequences in a long-lived mammal, the European roe deer. The study analysed several measures of stress and their links with environmental and individual characteristics, and combined observation in three wild population and experimentation in captive roe deer. Using an integrative approach, I found that proxies of stress level (N:L ratio and faecal cortisol metabolites [FCMs]) were moderately repeatable and weakly associated with behavioural response to capture. In two populations, stress levels were higher during years of poor resources quality. I also found that FCMs of roe deer increased with proximity to human infrastructures, but this effect was buffered by behavioural adjustments such as using forest as refuge and adopting nocturnal activity patterns. Secondly, I showed that environmental and behavioural characteristics were already determinant of baseline stress levels since the first weeks of life. Salivary cortisol was higher in fawns when they were closer to anthropogenic structures and exhibited proactive behaviour. Although fawn phenotype may also be shaped by maternal stress, the small data set of 30 mother-fawns pairs did not enable to show such as relationship. Finally, I showed that the co-variation between immunity and FCMs, depended on individual and environmental characteristics. In a poor environment, high FCMs were related to a low immunity, both for innate and adaptive arms.[...]

L'Atlantique Nord en hiver est un environnement rude soumis à des évènements climatiques extrêmes ; il fait partie des milieux les plus défavorables aux endothermes. Parmi eux, les oiseaux marins jouent un rôle majeur en temps que prédateurs supérieurs et bioindicateurs des écosystèmes pélagiques. Dans le contexte actuel de changements globaux très marqués en Atlantique nord, il est essentiel de comprendre comment ces organismes répondent aux contraintes environnementales qui conditionnent leur survie hivernale et façonnent leur populations. Par une approche multidisciplinaire (alliant microélectronique, analyses isotopiques, modélisation énergétique et démographie) centrée sur la balance énergétique des individus, nous nous sommes attachés à étudier la plasticité écophysiologique des 3 espèces d'alcidés les plus communes de l'Atlantique nord. Nous avons montré que les tempêtes hivernales provoquent un goulot d'étranglement énergétique qui pourrait être une des principales causes de la mortalité observée. Face à cette dépense énergétique accrue, les oiseaux mettent en place différentes stratégies leur permettant d'augmenter leurs gains en énergie. Ils ajustent ainsi leurs déplacements verticaux (modes de plongée) et horizontaux (migration hivernale), ainsi que leur régime alimentaire en fonction de la disponibilité spatio-temporelle de leurs proies. L'ensemble de ces résultats constitue une des toutes premières études de l'écologie hivernale des oiseaux marins. Ils sont essentiels à une meilleure compréhension des dynamiques de leurs populations et forment une base solide aux futures investigations de l'effet des changements climatiques sur les prédateurs marins supérieurs
Harsh environmental conditions encountered in North Atlantic during wintertime, characterized by frequent extreme weather events, are among the most challenging constraints for endothermic animals. Seabirds, which experience this environment for many months per year, play a central role in North Atlantic food webs, notably as top predators and indicators of marine ecosystems. In the current context of climate change, pronounced in North Atlantic waters, it is therefore a major objective to understand how seabirds respond and adapt to these environmental constraints shaping their survival and their population dynamics. We used a multidisciplinary approach (combining microelectronics, stable isotopic analyses, bioenergetics modelling and demography) focused on individual energy balance, to study the ecophysiological plasticity of the 3 main alcid species of the North Atlantic. We found that harsh winter conditions induce an energetic bottleneck for seabirds which might explain recurrent events of winter mass mortality, so called ‘seabird winter wrecks'. In response to increased energy expenditure, we showed that seabirds can adopt different strategies allowing higher energy intake. They can modulate their vertical (diving behaviour) and/or horizontal (migration) movements, as well as their trophic status, depending on the spatial and temporal availability of their prey. All together, these results constitute one of the first comprehensive studies of seabird winter ecology. These insights are essential to a better understanding of their population dynamics and constitute a firm foundation to future investigations of the impact of climate change on marine top predators

L'objectif général de cette thèse est l'étude des coûts, des facteurs environnementaux, ainsi que de l'impact sur la reproduction de la chytridiomycose asymptomatique pour le triton palmé, Lissotriton helveticus. Premièrement, nous avons testé l'impact de l'infection asymptomatique par Batrachochytrium dendrobatidis (Bd) sur les tritons aquatiques : la condition, et l'expression des caractères sexuels. Nous avons ensuite étudié l'impact de l'infection sur la reproduction, le développement et la survie des larves et également examiné l'impact de l'environnement sur les coûts sub-létaux et la résistance de l'hôte à l'infection. Nos résultats montrent que des populations n'ayant jamais été exposées à la maladie et infectées par Bd subissent des coûts sub-létaux qui nuisent à leur reproduction et à leur survie. Cependant, les tritons qui ont déjà été exposés à Bd sont trouvés à être tolérants à l'infection et peuvent servir comme réservoir du pathogène
The objective of this thesis was to study the costs, environmental drivers, and the outcome of asymptomatic chytridiomycosis for the palmate newt, Lissotriton helveticus. After reviewing related scientific literature we tested for the impact of subclinical Batrachochytrium dendrobatidis (Bd) infection on condition and sexual traits. We studied the impact of asymptomatic Bd infection on newts' reproductive output, the development and survival of larvae and also considered the impact of environment on sub-lethal costs and host resistance against infection. Finally, the costs and the impact of the infection on a population with a recent, natural Bd exposure were investigated. Collectively, our results show that newts are incurred by sub-lethal costs which impair host's reproduction and survival. Newts that have already been exposed to Bd are found to be tolerant to the infection and can serve as infection reservoir

Face à la pression des antibiotiques de nombreux mécanismes de résistances existent. Ces derniers représentent un problème de santé publique qui a et va avoir des conséquences importantes sur la mortalité humaine. Malgré diverses stratégies — principalement basées sur la réduction de la consommation d'antibiotiques — ce problème persistant peine à être contenu. De plus, même s'il est indéniable que l'utilisation massive d'antibiotiques au cours des dernières décennies a été un moteur de l'évolution de la résistance aux antibiotiques, son impact sur l'émergence et la propagation de la résistance aux antibiotiques est souvent surestimé par rapport à d'autres facteurs. Premièrement, la sélection sur la résistance aux antibiotiques ne peut pas être limitée aux antibiotiques à usage humain. Deuxièmement, l'évolution (c'est-à-dire l'émergence, le maintien et la diffusion) d'un trait dans une population repose également sur d'autres forces évolutives et processus écologiques. Enfin, l'entrelacement de ces facteurs résulte en une évolution complexe du phénotype résistant, dépendante de plusieurs échelles allant du déterminisme génétique aux dynamiques environnementales. L'objectif de cette thèse est donc, en s'appuyant sur une approche éco-évolutive, d'améliorer la compréhension des forces et des mécanismes qui façonnent les directions et le mouvement des gènes de résistance aux antibiotiques. Pour ce faire, cette thèse se concentre sur la résistance aux aminoglycosides par le biais d'enzymes d'altération. Les résultats de ces travaux mettent en évidence l'importance des facteurs écologiques et génomiques dans la circulation des gènes de résistance, et concluent ainsi à la nécessité d'études intégratives de la résistance. Dans un premier temps, cette thèse révèle que la distribution de la résistance aux aminoglycosides n'est que très peu liée aux variations de consommation d'aminoglycosides en Europe, mais fortement structurée par la mondialisation (commerce, migration) et plus encore par la connectivité écologique. Une analyse ultérieure souligne le rôle sous-estimé des bactéries non pathogènes dans le transfert horizontal des gènes de résistance aux antibiotiques à grande échelle phylogénétique. A la lumière de ces résultats, cette thèse propose des pistes de réflexion sur l'étude et la gestion des résistances aux antibiotiques
In front of the antibiotic pressure, a wide range of resistance mechanisms exist. They represent an increasing public health issue, which does and will have major consequences on human mortality. Current strategies —mostly based on antibiotic consumption reductions— globally fail to contain this persistent issue. Moreover, even though it is undeniable that the extensive antibiotic use during the past decades has been a driver of antibiotic resistance evolution, its impact on the emergence and the propagation of antibiotic resistance is often overestimated compared to other factors. First, selection on antibiotic resistance cannot be restricted to the medical and veterinary uses of antibiotics. Second, the evolution (i.e. the emergence, maintenance and spread) of a trait in populations also relies on other evolutionary forces and ecological processes. Finally, the intertwining of these factors induces an intricate evolution of resistant phenotypes, relying on several scales ranging from genetic determinism to environmental dynamics. The aim of this thesis is therefore, through an eco-evolutionary approach, to improve the understanding of forces and mechanisms shaping directions and movements of antibiotic resistance genes. To do so, this thesis focuses on aminoglycoside resistance by modifying enzymes. The results of this work highlight the importance of ecological and genomic factors in the circulation of resistance genes, and thus conclude that integrative studies of resistance are thus required. To begin with, this thesis reveals that the distribution of aminoglycoside resistance is loosely linked to variation in aminoglycoside consumption across Europe, but strongly structured by globalization (trade, migration) and even more by ecological connectivity. Subsequent analysis underscores the underestimated role of non-pathogenic bacteria in the horizontal transfer of antibiotic resistance genes at large phylogenetic scales. In the light of these results, this thesis opens up a course of reflection on the study and management of antibiotic resistance

L'espèce Candida glabrata, qui se situe au deuxième rang parmi les agents des candidoses toutes formes cliniques confondues, possède des caractéristiques singulières et engendre notamment une plus grande mortalité chez les patients atteints de candidoses profondes ou systémiques. Cette espèce présente notamment la particularité d'être peu sensible aux azolés, les antifongiques les plus couramment utilisés en clinique. De plus, il semble que le développement d'une résistance aux antifongiques aussi bien azolés, que polyéniques ou pyrimidiques, soit plus fréquent chez C. glabrata. Nous nous sommes donc proposé d'étudier des isolats cliniques ou des mutants induits de cette espèce résistants à ces trois classes d'antifongiques et de déterminer les mécanismes moléculaires à l'origine de leur résistance. Les outils de biologie moléculaire classique ont mis en évidence dans chaque cas une dérégulation de l'expression de certains gènes impliqués dans le métabolisme de ces molécules antifongiques ou de leur cible, ainsi que des mutations sur ces mêmes gènes. Le génome haploïde de C. glabrata, et donc la plus forte probabilité d'exprimer un gène muté, ainsi que le contexte médical actuel, prônant la prophylaxie dans nombre de pathologies où l'immunité des patients est touchée, représentent un terrain favorable au développement d'une candidose et à la sélection simultanée d'isolats résistants.

Les bactéries constituent le socle de presque tous les écosystèmes et l’étude de leurs dynamiques face aux perturbations biotiques et abiotiques est essentielle à la compréhension de leur maintien, de leur évolution et de leur diversification. Cette thèse vise à une meilleure appréhension de l’impact des bactériophages et des antibiotiques sur l’écologie évolutive des populations bactériennes et, plus particulièrement, sur l’évolution de leurs comportements sociaux. Dans une première partie, nous avons étudié comment les antibiotiques (Chapitres 1 et 2) et les phages (Chapitre 3) affectent les interactions fondées sur la production de biens publics ainsi que l’évolution de la résistance dans les populations de Pseudomonas aeruginosa, en combinant modélisation mathématique et évolution expérimentale. Nous avons montré que les phages et les antibiotiques favorisent les tricheurs face aux coopérateurs dans les environnements homogènes. Alors que l’avantage des tricheurs permet la croissance de la population et augmente la fréquence de résistance à court terme (Chapitre 1), les populations dominées par les tricheurs finissent par décliner en présence de phages, vraisemblablement suite aux pressions combinées des phages et des tricheurs (Chapitre 3). Dans une seconde partie, nous avons exploré in vitro les interactions complexes entre les phages et les antibiotiques dans le contexte des thérapies combinées. Conformément à la prédiction de la théorie de l’évolution selon laquelle plusieurs moyens de contrôle combinés sont plus efficaces que chacun séparément, nous avons montré que l’usage simultané de phages et d’antibiotiques réduit davantage la survie et la résistance des populations. Si ce résultat principal peut être modulé par différents facteurs tels que la dose d’antibiotiques (Chapitres 4 et 5), le moment d’inoculation (Chapitre 4), et le mode d’action des antibiotiques (Chapitre 5), il persiste sur le long terme (Chapitre 5). Nos résultats soulignent la complexité des interactions entre les effets négatifs des phages et des antibiotiques et l’écologie évolutive des populations bactériennes et apportent de nouveaux éléments à la fois à la compréhension de l’évolution de la socialité et à l’usage thérapeutique potentiel des phages et des antibiotiques
Bacteria are the basis of virtually all ecosystems and examining their dynamics in the face of biotic and abiotic perturbations is essential to understanding their persistence, evolution and diversification. This thesis is directed towards a better understanding of the impact of phage and antibiotic pressure on the evolutionary ecology of bacterial populations and, in particular, on the evolution of bacterial social behaviours. First, using a combination of mathematical modelling and experimental evolution, we studied how antagonisms in the form of antibiotics (Chapters 1 and 2) and phages (Chapter 3) affect the dynamics of public goods production and strategies, and the evolution of resistance in populations of the bacterium Pseudomonas aeruginosa. We found that both phages and antibiotics favour cheats over cooperators in well-mixed environments. While the advantage to cheats leads to population growth and even increased resistance frequency in the short-term (Chapter 1), the cheat-dominated populations eventually declined in the presence of phage predators, arguably due to the combination of antagonist pressure and cheating load (Chapter 3). Second, based on the evolutionary prediction that multiple control agents will be more efficient at controlling bacterial populations and reducing the evolution of resistance, we investigated in vitro the complex interactions between phages and antibiotics in the context of combined therapies. We showed that the combination of phages and antibiotics decreased population survival and resistance evolution significantly more than either alone. While this main result may be mitigated by several factors such as antibiotic dose (Chapters 4 and 5), the timing of inoculation (Chapter 4), and antibiotic mode of action (Chapter 5), it is also obtained in longer-term assays (Chapter 5). Our results highlight the complexity of the interplay between the negative effects exerted by antibiotics and phages and the evolutionary ecology of bacterial populations, and bring new insights both to the understanding of social evolution and for the potential therapeutic use of phages and antibiotics

La résistance aux insecticides chez les moustiques pose des problèmes de santé publique car ils sont vecteurs de nombreuses maladies. Une alternative aux insecticides chimiques est l'utilisation du bactério-insecticide Bacillus thuringiensis subsp israelensis' (Bti). Cependant le Bti commercial peut proliférer et s'accumuler dans les litières végétales de certains gîtes à moustiques. Afin d'étudier l'évolution de la résistance au Bti chez les moustiques, j'ai sélectionné en laboratoire une souche d'Aedes aegypti avec des litières végétales contenant des toxines de Bti. Une résistance multigénique aux toxines Cry du Bti est apparue en seulement quelques générations chez la souche sélectionnée. Deux approches «scans génomiques» ont permis de déterminer plusieurs régions du génome présentant des signatures de sélection chez cette souche. Ensuite, les niveaux de transcription de plus de 6000 gènes ont été étudiés par séquençage haut débit. La combinaison de ces résultats avec une approche «gènes candidats» a permis de détecter un gène codant pour une cadhérine présentant des signatures de sélection chez la souche résistante et probablement impliqué dans la résistance au Bti. De plus. Une étude de génomique des populations de l'espèce de terrain Aedes rusticus traitée depuis 20 ans au Bti a mis en évidence des signatures de sélection liées au traitement et des flux de gènes importants chez cette espèce dans la région Rhône-Alpes. La caractérisation de facteurs génétiques liés à la résistance et de facteurs biologiques liés aux espèces traitées peut aider à la mise en place de stratégies de gestion limitant l'évolution de la résistance au Bti dans ces populations
Mosquito control represents a major public health concern, as mosquitoes transmit many severe human diseases. After the massive use of chemical insecticides since the fifties, the bacterio-insecticide Bacillus thuringiensis subsp. Israelensis (Bti) represents a safe alternative and is now widely used to control mosquito populations. High toxicity due to commercial Bti proliferation and persistence was found in decaying leaf litter collected in mosquito breeding sites. Ln order to evaluate the evolution of resistance, a laboratory Aedes aegypti strain was selected with field-collected leaf litter containing Bti toxins. Resistance of Aedes aegypti to Bti Cry toxins evolved after only few generations of larval selection. Several approaches were used to study the genetic bases of Bti resistance in the resistant strain. First. Two genome scans revealed several genomic regions under selection. Then, a transcriptome scan allowed the comparison of the transcription of more than 6000 between the susceptible and the resistant strain. Several genes potentially involved in Bti resistance were detected by combining these results with a candidate gene approach. Among them, a cadherin gene displayed patterns of nucleotide polymorphisms consistent with the action of positive selection and appeared a good candidate for Bti resistance. Furthermore. Signatures of selection linked to Bti treatment and high gene flow were detected by a population genomic approach in the Rhône-Alpine mosquito strain Aedes rusticus. Information about genetic factors linked to Bti resistance and biological factors linked to treated species are essential to use adapted resistance management strategies

La résistance aux insecticides chez les moustiques pose des problèmes de santé publique car ils sont vecteurs de nombreuses maladies. Une alternative aux insecticides chimiques est l'utilisation du bactério-insecticide Bacillus thuringiensis subsp israelensis (Bti) qui a l'avantage de produire un mélange de six toxines spécifiques des Diptères. Cependant le Bti commercial peut proliférer et s'accumuler, entrainant une forte toxicité dans les litières végétales de certains gîtes à moustiques. Afin d'étudier l'évolution de la résistance au Bti chez les moustiques, j'ai sélectionné en laboratoire une souche d'Aedes aegypti avec des litières végétales contenant des toxines de Bti. Une résistance multigénique aux toxines Cry du Bti est apparue en seulement quelques générations chez la souche sélectionnée. Plusieurs approches ont été utilisées pour rechercher les bases génétiques de la résistance au Bti chez la souche d'Ae. aegypti résistante. Deux "scans génomiques" ont permis de déterminer plusieurs régions du génome présentant des signatures de sélection. Ensuite, les niveaux de transcription de plus de 6000 gènes ont été étudiés par séquençage haut débit. La combinaison de ces résultats avec une approche "gènes candidats" a permis d'obtenir une liste de gènes potentiellement liés à la résistance au Bti. Parmi les gènes identifiés, un gène codant pour une cadhérine présente des signatures de sélection chez la souche résistante et semble donc impliqué dans la résistance au Bti. De plus, une étude de génomique des populations de l'espèce de terrain Aedes rusticus traitée depuis 20 ans au Bti a mis en évidence des signatures de sélection liées au traitement et des flux de gènes importants chez cette espèce dans la région Rhône-Alpes. La caractérisation de facteurs génétiques liés à la résistance et de facteurs biologiques liés aux espèces traitées peut aider à la mise en place de stratégies de gestion limitant l'évolution de la résistance au Bti dans ces populations.

La Chine est actuellement confrontée à de sérieux problèmes environnementaux et est listée parmi les pays qui contribuent le plus à la pollution et à la destruction de l'environnement mondial. En particulier, la Chine du Sud est une zone naturellement sujette aux glissements de terrain à cause de conditions tectoniques, climatiques et anthropiques particulièrement défavorables. Depuis la fin des années 1990, l'Etat chinois a mis en place des politiques de reforestation de grande envergure. mais il existe des lacunes de connaissances qu'il convient de combler. En particulier, le choix des espèces les plus adaptées n'est pas aisé parce que les processus par lesquels les plantes stabilisent les pentes ont besoin d'être mieux compris.En introduction, afin de mieux préciser les périmètres qui cadrent cette thèse, sont présentées la situation de la Chine du Sud au regard des glissements de terrain, la discipline d'éco-ingénierie et les solutions qu'elle peut apporter. Ainsi, ce travail (i) se concentre sur des espèces végétales locales, (ii) se limite aux glissements de terrain superficiels, et (iii) concerne à la fois les processus mécaniques et hydriques entre le sol et les racines. A l'intérieur de ces cadres, la thèse a pour objectif de répondre à la question scientifique : quels sont les propriétés racinaires qui influencent la stabilisation des pentes ? La réflexion est ensuite appliquée aux plantes de Chine du Sud afin d'identifier les meilleures espèces-outils. Pour répondre à cette question, à la fois les données de terrain (en Chine du Sud), les expériences de laboratoire (en France) et la formulation de concepts sont mobilisées. Les résultats sont organisés en deux chapitres. Le premier pose la question de l'efficacité de la présence de racines pour stabiliser les pentes, tous d'abord sous l'angle des processus mécaniques, puis sous l'angle des processus hydriques. Le deuxième chapitre permet d'identifier un panel de traits pertinents et non redondants évaluant l'efficacité d'une espèce pour la stabilisation des pentes puis s'appuie sur ce panel afin de sélectionner les espèces chinoises les plus efficaces. Enfin, la discussion aborde les limites de ce travail et propose de nouvelles pistes de recherche.Du point de vue mécanique comme du point de vue hydrique, c'est la conjonction des effets des racines de structure et des racines fines qui importe. Les racines de structure sanas racines fines ne sont pas optimales et peuvent même faire apparaître des lignes de fragilité. Plus précisément, les racines de structure sont particulièrement bienvenues vers l'aval de la pente pour des raisons à la fois mécaniques et hydriques. Les racines fines seules ne sont pas optimales non plus, elles peuvent faire apparaître localement des zones de faiblesse qui, si elles sont proches, participeront au déclenchement d'un glissement de terrain. Des ramifications racinaires denses améliorent la stabilité mécanique. Orientées vers l'aval de la pente, elles améliorent la stabilité hydrique. Les autres traits racinaires pertinents pour évaluer l'efficacité des racines à stabiliser le sol sont la contrainte et la déformation maximale en tension, la concentration en azote et la concentration en sucres solubles.

Les forêts tropicales humides jouent un rôle clé dans les cycles biogéochimiques à l’échelle globale. Les évènements de sécheresse saisonniers entrainent des modifications dans le fonctionnement de ces forêts. L’augmentation de la fréquence et de l’intensité des évènements de sécheresse de forte intensité à l’échelle de l’Amazonie entraine déjà un changement dans la composition des communautés d’arbres, mais notre capacité à prédire leur réponse future dépend en partie de nos connaissances des mécanismes physiologiques leur permettant de résister à la sécheresse. Cette thèse explore la diversité interspécifique des mécanismes de résistance à la sécheresse des arbres en forêt tropicale humide de Guyane et vise à améliorer les connaissances actuelles. Elle montre que les espèces d’arbres de canopée en forêt naturelle peuvent avoir une grande résistance à l’embolie des tiges et qu’une majorité des espèces ont un grand niveau de sureté hydraulique en saison sèche, avec une grande variabilité interspécifique. Cependant, pour la majorité d’entre eux, une diminution de la disponibilité en eau du sol entraine une diminution de leur densité de flux de sève en saison sèche, et une partie de cette sensibilité peut être expliquée par des mécanismes physiologiques liés à des stratégies de résistance à la sécheresse. Les mécanismes physiologiques sous-jacents à ces stratégies varient fortement entre espèces pour de jeunes arbres. Certaines bénéficient d’une fermeture stomatique précoce et d’une faible conductance minimum, alors que d’autres ont une plus grande résistance à l’embolie des tiges et un plus fort degré de segmentation de vulnérabilité, parfois associés à une grande tolérance à l’embolie des tiges. Lors d’une sécheresse de forte intensité, nous avons observé une forte réduction des teneurs en carbohydrates, ce qui souligne l’interdépendance entre le fonctionnement hydraulique et carboné des espèces. Cependant, le principal processus physiologique causant la mort semble être la défaillance hydraulique. Cette forte variabilité interspécifique amène à postuler que les populations d’arbres de forêt tropicale humide pourraient répondre de manière contrastée à une intensification des épisodes de sécheresse, ce qui pourrait avoir des conséquences sur la composition des communautés d’arbres en Guyane
Tropical rainforests play a central role in biogeochemical cycles at the global scale. Seasonal droughts alter their functioning, but severe droughts can severely affect tree growth and mortality. Increasingly frequent severe droughts in the past decades over the entire Amazon Basin have triggered changes in tree community composition, but our capacity to predict the fate of these communities is partly hampered by our lack of knowledge on the physiological mechanisms involved in tree drought-resistance. This thesis explores the interspecific diversity of drought resistance mechanisms of tropical rainforest tree species in French Guiana and aims at enhancing our present knowledge on their functioning. This thesis reveals that tropical rainforest canopy tree species can be very resistant to drought-induced stem embolism and that a majority of species achieve high hydraulic safety during the dry season, with strong interspecific differences. However, for most trees, a decrease in soil water availability leads to a decrease in their sap flux density during the dry season, with part of their sensitivity being related to physiological mechanisms involved in drought-resistance strategies. The underlying physiological mechanisms to their strategies vary strongly between species for young tree saplings. Some benefit from an early stomatal closure and low minimum leaf conductance, while others are more resistant to stem embolism and rely on a positive hydraulic vulnerability segmentation. During a severe imposed drought, there was a strong reduction in carbohydrate contents, which highlights the interdependence between the water and carbon balance of trees. However, the main physiological mechanism causing tree mortality seems to be hydraulic failure. The strong interspecific variability within these communities could lead to contrasting responses of tree populations to an increase in the frequency and severity of drought events, which could impact tree community composition in French Guiana

Les symbioses sont omniprésentes dans la nature. Dans ces associations intimes et prolongées entre différents organismes, l’effet de l’expression des gènes d’un partenaire sur l’autre peut conduire à l’apparition de nouveaux phénotypes, un concept appelé "phénotype étendu". Ma thèse porte sur l'étude des interactions hôte-parasitoïde-symbiotes chez les pucerons, principalement le puceron du pois Acyrthosiphon pisum, devenu un modèle de par sa symbiose nutritionnelle obligatoire avec Buchnera aphidicola et facultative avec un ou plusieurs symbiotes, les plus courants étant Hamiltonella defensa (Hd), Regiella insecticola (Ri) et Serratia symbiotica (Ss). Le travail présenté aborde des aspects écologiques et physiologiques de la symbiose facultative chez les pucerons. Les pucerons sont des hôtes pour une communauté complexe de parasitoïdes qui s'inscrivent dans l'hypothèse Performance-Preference (PPH) selon laquelle les femelles vont préférentiellement pondre dans les hôtes qui maximisent la survie et les performances de leur progéniture. L’évaluation de la PPH permet de classer les parasitoïdes en termes de degré de spécialisation. J'ai participé à la détermination de la PPH de trois parasitoïdes (Aphelinus abdominalis, Aphidius ervi et Diaeretiella rapae) en utilisant 12 espèces de pucerons (6 Aphidini et 6 Macrosiphini) maintenus sur différentes plantes hôtes et dont le statut symbiotique était établi. A. abdominalis et D. rapae sont apparus comme des généralistes et A. ervi comme un spécialiste modéré. Toutes les espèces ont montré une faible sélectivité vis-à-vis de l’hôte quelle que soit la plante hôte ou le symbiote, mais le succès parasitaire était impacté par certains symbiotes. J'ai ensuite étudié l’effet du génotype de l'hôte, des génotypes (hôte x symbiote) sur la réussite des parasitoïdes sur des clones du puceron Sitobion avenae infectés artificiellement avec une souche protectrice de Ri. Les lignées infectées sont de meilleurs hôtes pour Aphelinus asychis mais pas Aphidius gifuensis, par rapport aux mêmes clones exempts d'infection. L’effet de Ri est donc dépendant de l'espèce parasitoïde, indiquant que le coût/bénéfice d'un symbiote dépend du contexte. Dans la seconde partie de thèse, je me suis concentré sur le système immunitaire de l’hôte en tant que facteur central dans l’établissement et l’évolution des interactions entre les organismes. L'annotation de différents génomes de pucerons montre une immunité réduite qui pourrait être due à leur adaptation à une vie symbiotique. Les hémocytes et l'activité phénoloxydase, deux composants immunitaires majeurs, ont été décrits chez le puceron. J'ai développé des outils moléculaires pour analyser l'expression de gènes codant pour les deux phénoloxidases (PO) d’A. pisum (PO2 et PO2-X1) et pour estimer leur quantité dans l'hémolymphe. J’ai utilisé des clones de différents fonds génétiques sans symbiote secondaire (LL01, YR2-Amp, T3-8V1-Amp) et les lignées naturelles ou artificielles YR2 ou T3-8V1 infectées par Hd, Ri ou Ss. J'ai démontré que : i) les deux gènes sont exprimés et que leurs produits sont présents sous une forme circulante dans l'hémolymphe, ii) l'expression des gènes, la quantité et l'activité de la PO sont fortement corrélées et dépendent du fond génétique de l'hôte et iii) ces trois marqueurs sont significativement diminués par la présence de Hd et de Ri. J’ai observé une corrélation entre l’impact des facteurs de stress sur les traits de vie du puceron et la présence de certains symbiotes (et donc la quantité de PO des pucerons), mais pas de corrélation avec la variation de PO après le stress. Ce travail montre donc une forte interaction entre la capacité immunitaire de l'hôte et le statut symbiotique du puceron, et il peut expliquer le succès ou l'échec de certains parasitoïdes qui ne sont pas hautement spécialisés pour l'hôte qu'ils attaquent
Symbiosis is omnipresent in nature. In these intimate and prolonged associations between different organisms, the effect of gene expression from one partner on the other can lead to the appearance of new phenotypes, a concept called "extended phenotype". My thesis focuses on the study of host-parasitoid-symbiont interactions in aphids, mainly the pea aphid Acyrthosiphon pisum, which has become a model for its obligatory nutritional symbiosis with Buchnera aphidicola and facultative with one or more symbiotes, the most common being Hamiltonella defensa (Hd), Regiella insecticola (Ri) and Serratia symbiotica (Ss). My work addresses ecological and physiological aspects of facultative symbiosis in aphids. Aphids are hosts for a complex community of parasitoids that fit in the Performance-Preference Hypothesis (PPH) suggesting that females will preferentially lay eggs in hosts that maximize the survival and performance of their offspring. The PPH evaluation classifies parasitoids in terms of degree of specialization. I participated in the determination of the PPH of three parasitoids (Aphelinus abdominalis, Aphidius ervi and Diaeretiella rapae) using 12 aphid species (6 Aphidini and 6 Macrosiphini) maintained on different host plants and whose symbiotic status was established. A. abdominalis and D. rapae appeared as generalists and A. ervi as a moderate specialist. All species showed low selectivity towards the host regardless of the host plant or symbiont, but parasitic success was impacted by some symbionts. I then studied the effect of host genotype, genotypes (host x symbiont) on parasitoid success using artificially infected clones of the aphid Sitobion avenae with a protective strain of Ri. Infected lines are better hosts for Aphelinus asychis but not Aphidius gifuensis, compared to the same infection-free clones. The Ri effect is therefore dependent on the parasitoid species, indicating that the cost/benefit of a symbiont is context-dependent. In the second part of my thesis, I focused on the host's immune system as a central aspect in the establishment and evolution of interactions between organisms. The annotation of different aphid genomes shows a reduced immunity that could be due to their adaptation to a symbiotic life. Hemocytes and phenoloxidase activity, two major immune components, have been described in aphids. I have developed molecular tools to analyze the expression of genes encoding both phenoloxidases (PO) of A. pisum (PO2 and PO2-X1) and to estimate their amount in the hemolymph. I used clones from different genetic backgrounds without secondary symbiont (LL01, YR2-Amp, T3-8V1-Amp) and natural or artificial lines YR2 or T3-8V1 infected with Hd, Ri or Ss. I have demonstrated that: i) both genes are expressed and their products are present in circulating form in the hemolymph, ii) gene expression, amount and activity of PO are highly correlated and depend on the genetic background of the host and iii) these three markers are significantly decreased by the presence of Hd and Ri. I observed a correlation between the impact of stressors on the aphid's life traits and the presence of some symbionts (and therefore the amount of PO in aphids), but no correlation with the variation in PO after stress. This work therefore shows a strong interaction between the host's immune capacity and the symbiotic status of the aphid, and can explain the success or failure of some parasitoids that are not highly specialized for the host they attack

Depuis sa création en 1971, Greenpeace s’est constituée en véritable mouvement socioécologique. L’organisation a adopté dès sa formation un discours critique dénonçant les excès de l’ordre socioéconomique dominant ainsi qu’une forme d’organisation décentralisée. La croissance rapide de l’organisation a cependant transformé son fonctionnement. La prise de décision en son sein s’est centralisée et son discours s’est adapté à une audience plus large et plus variée, tout en tentant de conserver sa nature revendicatrice. Greenpeace est ainsi vite devenue l’organisation écologiste la plus connue à travers le monde. L’essence de la particularité de Greenpeace se retrouve donc d’une part dans son rôle en tant que mouvement de résistance, et de l’autre, dans le caractère lui-même dominant de son discours au sein du mouvement vert au sens large. Greenpeace se démarque ainsi par sa capacité à mener seule, ou presque, des changements à grande échelle tout en prétendant rester près de la base. Cette dualité qui caractérise Greenpeace ouvre cependant la porte à des dynamiques internes contradictoires et à des relations complexes avec les différents acteurs sociaux, économiques et institutionnels. Il semblerait que la double identité de Greenpeace, en tant que mouvement de résistance et organisation dominante, l’amène à défendre des causes complexes affectant des populations locales, mais en adoptant des discours grandement simplifiés et destinés à ses sympathisants à travers le monde. Son implication dans l’enjeu de la gestion de la forêt boréale du Québec témoigne bien de cette situation. L’incapacité de Greenpeace à offrir des solutions adaptées aux besoins des communautés locales l’attirerait les critiques des différentes parties prenantes impliquées dans l’enjeu et exposerait publiquement la contradiction entre ses deux impératifs identitaires. La perception du public que ceux-ci soient incompatibles remettrait en question la capacité de Greenpeace à mener des campagnes à grande échelle qui soient à la fois bénéfiques aux populations locales et, de ce fait, les identités qui lui sont inhérentes et qui sont à la base de son succès. Cette situation l’amènerait à modifier les stratégies qu’elle privilégie.

Les insectes phytophages causent des dommages importants aux cultures. Ces insectes sont principalement contrôlés par l’utilisation d’insecticides mais les effets néfastes des composés utilisés sur la santé humaine et l’environnement ainsi que l’apparition de populations résistantes à ces composés imposent de trouver des stratégies de lutte alternatives. Sélectionner des plantes pour leur résistance aux insectes pourrait être une solution intéressante. Un frein majeur au développement de cette stratégie est le fait qu’un grand nombre de génotypes doit être criblé pour identifier des sources de résistance et que le phénotypage est souvent complexe et limite les possibilités de criblage à grande échelle. Pour lever ces verrous, il est important de comprendre les mécanismes à l’origine des résistances. Une fois ces mécanismes précisés dans le cadre de l’interaction entre une culture et un ravageur, l’identification de traits clés de cette interaction permet d’envisager l’utilisation de biomarqueurs de la résistance qui peuvent fortement simplifier le phénotypage. Ce type d’approche a été conduit au cours de cette thèse dans le cadre de l’interaction entre le colza (Brassica napus) et l’un de ses principaux ravageurs, le méligèthe (Brassicogethes aeneus). Des travaux antérieurs avaient mis en évidence l’existence de certains composés biochimiques présents dans le périanthe des boutons floraux et corrélés au niveau d’attaque de différents génotypes de colza. Ces résultats avaient été obtenus au laboratoire et il était nécessaire de les confirmer dans des conditions de culture réalistes. Le premier objectif de cette thèse était donc de développer une méthode permettant de cribler au champ différents génotypes de colza pour leur résistance au méligèthe afin de valider ou non le potentiel des composés biochimiques identifiés précédemment comme biomarqueurs mais aussi d’en identifier de nouveaux. Le second objectif de ce travail était de mieux comprendre l’écologie alimentaire du méligèthe afin d’identifier de nouvelles cibles potentielles pour la sélection de plantes résistantes. Nous avons mené plusieurs expérimentations sur le terrain qui nous ont permis de développer une méthode de crible au champ des génotypes de colza pour leur résistance au méligèthe. Cette méthode a mis en évidence l’existence de différences de résistance fortes et robustes entre génotypes parmi une gamme de 19 génotypes testés. Les biomarqueurs potentiels précédemment identifiés n’ont pas été validés au champ mais deux autres composés semblent influencer la résistance au méligèthe et pourraient être utilisés comme futurs biomarqueurs. Ces expériences au champ ont aussi permis de montrer que la biochimie des périanthes était très dépendante des conditions environnementales, ce qui pourra compliquer le travail de sélection. Par ailleurs, des expériences de développement réalisées en conditions contrôlées ont montré que le méligèthe utilisait le nectar présent dans les fleurs de colza mais que celui-ci ne semblait pas affecter son développement. Le pollen semble, jouer un rôle important sur son développement mais les larves parviennent à se développer sans son apport. Les expériences sur le comportement alimentaire du méligèthe adulte ont montré que cet insecte avait un patron d’attaque spécifique sur les inflorescences de colza en s’alimentant avant tout sur les boutons de petite taille (donc moins riches en pollen par rapport aux gros). Il semble que la disponibilité mais surtout l’accessibilité du pollen médiée par le périanthe joue un rôle essentiel dans le comportement de cet insecte. Ce travail a permis de mieux comprendre le comportement alimentaire du méligèthe et d’identifier des traits importants pour son développement. Ce travail montre que des résistances modérées existent au sein du colza et qu’elles pourraient être utilisées pour la sélection variétale. Il pointe aussi les limites des approches basées sur des biomarqueurs biochimiques
Herbivorous insects cause important yield losses to crops. These insects are mainly managed through insecticides but negative effects of used compounds on the human health and the environment as well as the development of resistant pest populations impose finding alternative strategies to manage them. Breeding plants for enhanced resistance to insects is an attractive strategy. This kind of strategy was already implemented to manage insects but examples of its utilisation remain rare. The main limitation of this strategy is that a large number of genotypes needs to be screened through generally complex phenotyping methods to identify resistances. To circumvent these issues, an approach based on the understanding of plant defence mechanisms and the utilisation of biochemical biomarkers linked to resistance could be interesting. During this PhD, this kind of approach was developed on the oilseed rape (Brassica napus) and one of its main pests, the pollen beetle (Brassicogethes aeneus). Previous studies identified chemical compounds present in the perianth of flower buds and correlated to oilseed rape resistance to pollen beetle. However these studies were carried out in the laboratory and need to be validated in field conditions. Moreover, information on pollen beetle feeding ecology are still lacking while they could help identifying new targets for breeding. The first objective of this PhD is to develop a method allowing to screen resistance to the pollen beetle in the field. This method will allow to confirm the potential biomarkers previously identified and to look for additional biomarkers. The second objective of the present work was to better understand key steps in the interaction between the pest and its host plant to identify potential new target traits for resistance. For this purpose, the importance of food sources present in flowers such as pollen and nectar on pollen beetle development and the factors impacting the feeding pattern of adults on the inflorescence were investigated. We conducted field experiments in two different sites and for two consecutive years and propose a method allowing to screen oilseed rape resistance to pollen beetle in the field. Using this method, we were able to identify genotypes with moderate levels of resistance among a set of 19 genotypes. Previously identified biochemical biomarkers were not correlated with plant resistance in the field but new markers were identified (i.e. quinic acid and arginine). Our field experiments also showed that plant composition is highly variable according to the environment and this variability could affect usefulness of these markers during plant breeding programs. Experiments under controlled conditions also showed that pollen beetle used nectar for feeding but that it did not seem to affect its development. Pollen, on the other hand, seemed to have a more important impact but was not indispensable to pollen beetle development. The study of the pollen beetle feeding behaviour showed that this insect has a surprising feeding pattern on oilseed rape inflorescences and that small buds are more used for feeding than large buds that contain more pollen. It seems that accessibility and to a lesser extend availability of feeding resource explain this pattern and that the perianth has a major role on this preference. These experiments allowed to better understand the pollen beetle feeding ecology and to identify plant traits important for its development. Our work showed that moderate levels of resistance are present in oilseed rape and could be used in breeding programs. Limitations of approaches based on biochemical biomarkers are discussed

Les insectes parasitoïdes emploient un mode de vie particulier situé à mi-chemin entre prédation et parasitisme. Ce sont des insectes qui effectuent leur développement larvaire aux dépends d'un autre arthropode, généralement un insecte, qui va mourir à l'issue de l'interaction. Comme pour tout parasite obligatoire, le succès reproducteur d'un parasitoïde dépend en grande partie de sa capacité à infester avec succès son hôte. De son côté, l'hôte étant totalement consommé avant d'avoir laissé une descendance en cas de réussite parasitaire, son succès reproducteur dépend de sa capacité à échapper au parasitisme. Au niveau immunitaire, la réponse de la plupart des insectes aux corps étrangers tels que les œufs de parasitoïdes est la réaction d'encapsulement, qui consiste en l'élaboration d'une capsule multicellulaire mélanisée autour de l'intrus. En réponse à ce mécanisme de résistance, de nombreuses adaptations visant à éviter l'encapsulement, appelées stratégies de virulence, ont été sélectionnées au cours de l'histoire évolutive des parasitoïdes. L'issue de l'interaction entre un parasitoïde et son hôte est donc fortement influencée par les adaptations réciproques des espèces hôtes et parasitoïdes considérées, mais aussi par les variations de virulence et de résistance existant au sein de chaque espèce, un aspect qui a été négligé jusqu'à présent.
Le travail de thèse présenté ici porte sur les variations de virulence du parasitoïde et les variations de résistance de l'hôte à l'origine de variations dans l'issue du parasitisme dans le modèle Leptopilina boulardi - Drosophila yakuba. Deux lignées du parasitoïde L. boulardi, présentant des capacités de virulence contrastées vis à vis de l'hôte D. yakuba, ont été étudiées et comparées pour leur comportement de sélection d'hôte et leur stratégie de virulence. Les résultats obtenus suggèrent une relation entre capacités de virulence et comportement de choix d'hôte chez L. boulardi et démontrent l'existence chez une même espèce de parasitoïde de stratégies parasitaires différentes utilisées contre deux espèces hôtes. Les effets physiologiques du parasitisme sur l'immunité de l'hôte sont décrits et l'étude de la nature des facteurs de virulence est abordée. Les bases génétiques et physiologiques de la variation de résistance à L. boulardi chez l'hôte D. yakuba ont été par ailleurs étudiées à l'aide de deux lignées hôtes respectivement sensible et résistante.
L'ensemble des données obtenues au cours de cette thèse ont été comparées avec les données disponibles dans le modèle L. boulardi - D. melanogaster dans une approche permettant d'aborder les problèmes de spécificité d'hôte au niveau physiologique et moléculaire.

La lutte contre le Phoma du colza, causé par le champignon Leptosphaeria maculans, repose principalement sur la culture de variétés résistantes dont l'efficacité est peu durable. La reproduction sexuée confère un fort potentiel adaptatif au champignon confronté aux pressions de sélection exercées par les variétés résistantes : elle permet l'acquisition et l'association d'allèles de virulence, alors que les ascospores issues de la reproduction sexuée assurent la transmission de la maladie d'une saison culturale à la suivante. Nous faisons l'hypothèse qu'en début de contournement de résistance, la transmission de la virulence d'une génération à la suivante est limitée d'une part par la faible probabilité de reproduction sexuée entre isolats virulents et d'autre part par une dispersion des ascospores spatialement limitée. Pour tester cette hypothèse nous avons étudié (i) la dispersion des pycnidiospores par la pluie, (ii) la progression systémique du champignon dans la tige de colza et (iii) la structure spatiale des populations de L. maculans pour inférer les distances de dispersion des ascospores. Sous un générateur de gouttes en air calme, les pycnidiospores sont dispersées par les gouttelettes de pluie à moins de 40 cm de la macule source ; des résidus porteurs de pycnides peuvent causer des infections primaires de la maladie. Le succès de la phase systémique détecté par l'expression de nécroses au collet sur des plantules inoculées en conditions contrôlées augmente avec le nombre de points d'infection, mais diminue en présence de la résistance partielle ; la compétition entre individus peut limiter la présence concomitante des types sexuels au collet de la plante. Par conséquent, dans des champs avec des populations de L. maculans à faible densité, la dispersion des pycnidiospores par la pluie peut accroître la taille de la population pathogène et permettre la rencontre d'individus initialement distants, tandis que la progression systémique du champignon peut limiter la rencontre locale d'isolats virulents sexuellement compatibles. Pour 29 populations françaises génotypées à l'aide de marqueurs minisatellites, l'essentiel de la diversité génotypique est détectée à l'échelle d'une population (champ) ; l'absence de différenciation génétique entre populations distantes n'a pas permis de mettre en évidence une limitation des flux de gènes à l'échelle spatiale analysée. Ces résultats suggèrent que la dispersion du Phoma par les ascospores est beaucoup plus élevée que supposée et/ou que les tailles efficaces des populations du champignon dans une parcelle sont très grandes. Ces connaissances épidémiologiques devront être prises en compte pour améliorer les stratégies de déploiement durable des variétés résistantes.

Parmi les insectes phytophages, les pucerons sont particuliers car ils se nourrissent de sève élaborée. Leurs pièces buccales leur permettant d'effectuer des piqûres dans la plante et d'atteindre les faisceaux du phloème, un compartiment dont le ratio protéines/acides aminés est très déséquilibré. C'est pourquoi, dans ce contexte, les pucerons sont réputés comme ne possédant pas l'arsenal enzymatique permettant une bonne utilisation des protéines. Aussi les stratégies utilisant les inhibiteurs de protéases (IP) comme polypeptide entomotoxique ne semblent pas adaptées a priori à ce groupe d'insectes. Or plusieurs IP ont montré des toxicités paradoxales contre les pucerons.
Cette étude a pour objectif d'accroître la disponibilité des gènes d'IP originaux et d'en comprendre le mode d'action afin d'en maîtriser l'introduction raisonnée dans les programmes de lutte variétale.
Au cours de ce travail de thèse, des informations sur la protéolyse digestive des Homoptères ont été apportées : des protéases à cystéine, les cathepsines (enzymes lysosomiales) sont spécifiquement exprimées dans le tube digestif et dans un organe spécialisé, le bactériocyte. Elles sont la cible potentielle d'inhibiteurs de protéases à cystéine. Lorsque l'Oryzacystatine (inhibiteur de protéase à cystéine, isolé du grain de riz) est exprimé dans le colza, la fécondité du puceron Mysus persicae diminue de 25%. Ce résultat démontre qu'il est donc possible d'exprimer des IP dans le phloème pour lutter contre les pucerons. L'amélioration, par mutagenèse dirigée, d'un inhibiteur de protéases à sérine, isolé du pois, a aussi été effectuée mais son expression hétérologue dans Pichia pastoris ou Arabidospsis thaliana n'a pas permis d'obtenir une forme active.
Nous avons cherché à élargir le pool de gènes disponible pour lutter contre les pucerons. L'isolement d'un inhibiteur de protéases à cystéine de l'hémolymphe du puceron a été entrepris au niveau moléculaire et biochimique. Ces résultats démontrent que les IP constituent une nouvelle voie pour lutter contre les pucerons.

Nos connaissances sur la résilience (résistance à la dégradation et capacité de rétablissement) des pelouses tropicales anciennes restent limitées par rapport à nos connaissances sur les pelouses tempérées. Bien que très résilientes aux perturbations endogènes telles que le feu, la dynamique de la végétation dans les pelouses tropicales sujette au feu semble être freinée par les perturbations anthropiques, en particulier la dégradation du sol. Après la perturbation du sol, le pool interne d’espèces (i.e. la végétation restante et la banque de graines) est souvent réduit et parfois absent, et le rétablissement naturel dépend principalement de la dispersion des graines à partir des sites alentours via la pluie de graines. Cependant, les communautés végétales des zones dont le sol a été perturbé peuvent rester très différentes des sites de référence de nombreuses années après la dégradation, avec pratiquement aucun rétablissement de la végétation naturelle. Bien qu’extrêmement pertinente, la dynamique de dispersion des graines et la résilience des pelouses tropicales anciennes après la perturbation du sol restent très peu étudiées. Dans cette thèse, j'ai effectué une synthèse bibliographique et trois études expérimentales sur la dynamique de la pluie de graines et sur l'enlèvement des diaspores dans les pelouses. J'ai d'abord effectué une revue systématique de la littérature sur les études de pluie de graines dans les pelouses du monde. J'ai (1) évalué où, comment et pourquoi des recherches sur la pluie de graines ont été menées ; (2) examiné la manière dont la conception méthodologique et les résultats ont été rapportés ; et (3) fourni des lignes directrices pour les recherches futures sur la pluie de graines dans les pelouses. J'ai trouvé un déséquilibre remarquable dans le nombre d'études entre les types de pelouses, qui devient encore plus dissemblable d'une plage climatique à l'autre lorsque le domaine couvert par chaque type de pelouse est pris en compte. J'ai identifié d'importantes lacunes dans les connaissances dans la recherche sur la pluie de graines des pelouses. J'ai également constaté une grande disparité entre les méthodes et les données présentées dans les différentes études. De plus, j’ai constaté que seules quelques tentatives avaient été faites pour évaluer l’efficacité des pièges à graines et qu’aucune étude à ce jour n’a proposé de protocole pour évaluer l’efficacité des méthodes de tri des graines. Ensuite, je mène une expérience sur le terrain pour proposer un protocole standard simple permettant d’évaluer l’efficacité de deux types de pièges à graines (pièges collants et entonnoirs) et une méthode de tri des graines permettant d’évaluer l’efficacité des méthodes avant les études de pluie de graines. Les deux derniers chapitres concernent la dynamique de la pluie de graines et de l’enlèvement secondaire des diaspores dans des zones préservées et dégradées par l’exploitation de gravier pour la construction de routes dans la végétation de campo rupestre, une pelouse édaphique mégadiverse du sud-est du Brésil. Le petit nombre de graines récoltées à partir de la pluie de graines indique la limitation des graines et suggère une relation de cause à effet étroite entre la limitation de la dispersion des graines et la faible résilience après perturbation du sol. L’identification de quelques espèces relativement abondantes dans la pluie de graines place ces espèces en tant que bonnes cibles pour la réintroduction dans futurs projets de restauration. Les perturbations ont modifié l'identité des fourmis en interaction avec les diaspores, ce qui a entraîné des résultats contrastés des interactions fourmis - diaspores
Our knowledge of tropical old-growth grassland resilience (i.e. resistance to degradation and capacity for recovery) remains limited relative to our knowledge of temperate grasslands. Although highly resilient to endogenous disturbances such fires, the vegetation dynamics in old-growth fire-prone tropical grasslands seems hampered by anthropogenic disturbances, especially topsoil degradation. After topsoil disturbance, the internal species pool (i.e. remaining vegetation and the seed bank) is often depleted or even absent, and natural regeneration depends mainly on seed dispersal from surrounding sites via the seed rain. However, plant communities on areas disturbed by soil removal can remain very different from preserved sites many years after degradation, with almost no recovery of the natural vegetation. Despite extremely relevant, seed dispersal dynamics and resilience of tropical old-growth grasslands after soil disturbance remains much overlooked. In this thesis, I carried out a review and three experimental studies about seed rain and diaspore removal dynamics in grasslands. In CHAPTER1, I did a systematic literature survey about seed rain studies in global grasslands. I (1) assessed where, how and why research on seed rain has been carried out; (2) examined how methodological design and results have been reported; and (3) provided guidelines for future research on seed rain in grasslands. I found a remarkable unbalance in the numbers of studies between grassland types, which becomes even more dissimilar across global climatic ranges when the area covered by each grassland type is take into consideration. I identified significant knowledge gaps in grassland seed rain research. I also found a great disparity of methods and data being reported across studies. Additionally, I found that only a few attempts have been made to assess the seed trap efficiency and no studies to date have proposed any protocol to evaluate the effectiveness of seed sorting methods. Then, in CHAPTER 2, I ran a field experiment to propose a simple standard protocol to evaluate the efficiency of two seed trap types (sticky and funnel traps) and of a seed sorting method to assess the efficient of the methods prior to seed rain studies. As a case of study, in CHAPTER 3 and 4, I studied seed rain and secondary diaspore removal dynamics in preserved areas and in areas degraded by gravel exploitation for road construction in campo rupestre vegetation, a megadiverse edaphic grassland in southeastern Brazil. The small number of seeds captured in the seed rain, indicates seed limitation and suggests a close causal relationship between seed dispersal limitation and the low resilience after soil disturbance. The identification of some relatively abundant species in the seed rain places these species as good targets for reintroduction in future restoration projects. Topsoil removal changed the identity of ants interacting with diaspores, resulting in contrasting outcomes from ant-diaspore interactions. The lack of diaspore removal towards degraded areas indicates that establishment limitation is a factor hampering natural regeneration. Our findings help to explain, at least partially, why natural regeneration is compromised after soil removal, which strongly influences diaspore fate and interactions with potential ground-dwelling dispersers, resulting in different ecological outcomes and strong influencing vegetation dynamics and regeneration. I expect that these results will guide future research on seed dispersal and resilience in grasslands, underpinning decisions on restoration and conservation practices on these threatened environments
O nosso conhecimento sobre a resiliência (isto é, resistência à degradação e capacidade de recuperação) de savanas tropicais permanece muito aquém do nosso conhecimento já adquirido sobre as savanas temperadas. Savanas tropicais, embora altamente resilientes à perturbações endógenas, como o fogo, se mostram extremamente vulneráveis à certas perturbações antrópicas como a degradação do solo, a quais podem ocasionar drástica alteração da dinâmica da vegetação. Após a perturbação da camada superficial do solo, o conjunto interno de espécies (isto é, a vegetação remanescente e o banco de sementes) são frequentemente reduzidos ou até mesmo completamente eliminados. Nestes casos, a regeneração natural depende principalmente da dispersão de sementes da vegetação do entorno através da chuva de sementes. No entanto, comunidades vegetais em áreas perturbadas pela remoção do solo podem permanecer, mesmo após vários anos ao distúrbio original, muito diferentes do ecossistema de referência, apresentando baixíssima capacidade de regeneração natural. A dinâmica de dispersão de sementes em savanas tropicais, apesar de extremamente relevantes para uma melhor compreensão sobre a resiliência desses ecossistemas frente a ações antrópicas, permanece pouco estudada. Nesta tese, realizei uma revisão e três estudos experimentais sobre a dinâmica da chuva de sementes e da remoção de diásporos no campo rupestre, uma savana tropical natural, megadiversa e muito antiga localizada no sudeste do Brasil. No primeiro capítulo, realizei uma pesquisa bibliográfica sistemática sobre estudos de chuva de sementes em áreas não florestais no mundo com os seguintes objetivos: (1) avaliar onde, como e por que as pesquisas sobre chuva de sementes foram realizadas; (2) examinar como o desenho metodológico e os resultados foram relatados; (3) fornecer diretrizes para futuras pesquisas sobre chuva de sementes em áreas não florestais. Nesta revisão, eu encontrei um notável desequilíbrio no número de estudos entre os tipos diferentes tipos de áreas não florestais, o qual se torna ainda mais notável em relação à distribuição dos estudos entre as faixas climáticas globais e em relação à área total recoberta por cada ecossistema (ex. savanas tropicais). Neste estudo, foram identificadas algumas importantes lacunas de conhecimento relativas a estudos sobre a chuva de sementes em áreas não florestais. Foi evidenciado também uma grande disparidade entre os métodos de estudo de chuva de semente e sobre a maneira de reportar os dados observados, o que dificulta comparações entre estudos. Verificamos que apenas algumas tentativas foram feitas para avaliar a eficiência das armadilhas de captura de sementes e que nenhum estudo até o momento propôs algum protocolo para avaliar a eficácia dos métodos de captura de sementes utilizando armadilhas de sementes para áreas não florestais. No segundo capítulo, foi proposto e testado um protocolo simples para avaliar a eficiência de dois tipos de armadilhas de sementes (armadilhas pegajosa e de funil) e a eficácia de um método de busca e triagem de sementes coletas em armadilhas de funil, os quais podem ser realizados previamente aos estudos de chuva de semente. Como casos de estudo, no terceiro e quarto capítulos, pesquisei a dinâmica da chuva de sementes e de remoção secundária de diásporos em áreas preservadas e em áreas degradadas pela exploração de cascalho para a construção de estradas na vegetação do campo rupestre. O pequeno número de sementes capturadas na chuva de sementes indica limitação na dispersão de sementes e sugere uma estreita relação causal entre a limitação de dispersão de sementes e a baixa resiliência observada nestas áreas degradadas após a perturbação do solo.A identificação de espécies relativamente abundantes na chuva de sementes coloca essas espécies como potenciais alvos para futuros projetos de restauração visando a reintrodução de espécies

Cette thèse a pour objectif de s'interroger sur l'influence du mode de vie sur la diversité génétique humaine. Nous avons pour cela étudié plusieurs ethnies d'Asie Centrale qui diffèrent de par leur organisation sociale et leur mode de subsistance. Nous avons d'abord comparé la diversité génétique a priori neutre de populations patrilinéaires et cognatiques (populations se définissant par leur ascendance paternelle ou indifféremment par les deux sexes, respectivement). Cette étude, basée sur les autosomes et le chromosome X, nous a permis de montrer que les hommes ont un effectif efficace et un taux de migration réduits par rapport aux femmes chez les patrilinéaires, mais non chez les cognatiques. Ensuite, nous avons testé si les éleveurs et les agriculteurs ont subi différentes pressions de sélection liées à l'alimentation. Pour le gène de la lactase (digestion du lactose) et de l'AGXT (facilitant la digestion de la viande), nous n'avons pas trouvé de différence de diversité génétique entre populations. Cependant, nous avons montré que les éleveurs (représentés par les Kirghiz) présentent près de deux fois plus de résistance à l'insuline, phénotype proposé comme une adaptation aux faibles quantités de glucides dans l'alimentation, que les agriculteurs (représentés par les Tadjiks). Nous avons également mis en évidence des signatures d'adaptation locale entre éleveurs et agriculteurs sur certains gènes associés à la résistance à l'insuline. Ainsi, ces populations semblent s'être adaptées à des régimes alimentaires différents. Cette thèse conforte donc l'hypothèse d'une influence des facteurs culturels sur l'évolution de la diversité génétique des populations humaines.

Aujourd'hui la perte et la transformation des habitats sont les principales menaces qui causent la diminution de la diversité biologique. A Madagascar, 90% des espèces végétales sont endémiques de l’île et la plupart des formations végétales sont actuellement fortement dégradées ou remplacées par des formations secondaires résultant des activités humaines. Le bois de tapia, dominé par l’espèce endémique de Madagascar Uapaca bojeri, est une formation végétale sclérophylle limitée aux Hautes Terres de l’île. Cette formation, adaptée et résistante au régime de feu naturel de la région, est aujourd'hui fragmentée, couvrant une surface équivalente à 132 255 ha au total. Afin d’augmenter la protection du bois de tapia, une nouvelle aire protégée (NAP) a été établie sur le Massif d’Ibity. L’état actuel de la végétation de bois de tapia est le résultat de l’interaction de facteurs comme le type de sol, le climat, les pratiques humaines traditionnelles et le feu. Bien que le feu soit un des phénomènes qui fasse partie de la dynamique de cette végétation, le régime de feu actuel est également une des causes de sa dégradation. L’objectif de cette thèse est donc d’étudier le rôle du feu sur le cycle démographique et certains processus importants pour l’installation et le recrutement. Ainsi, la germination, la phénologie et la résistance des plantules au feu ont été étudiées. Cette recherche montre que le problème actuel du bois de tapia est 1) la réduction de la floraison et de la fructification par les fréquences de feu élevées ; 2) la réduction du pourcentage de germination après l’exposition des graines à de hautes températures, et 3) la mortalité élevée des plantules après le passage d’un feu, en particulier quand la quantité de combustible est élevée. Ainsi l’installation et le recrutement des espèces ligneuses sont limités par le feu, qui a un effet négatif sur la régénération naturelle. La gestion du feu autour de l’aire protégée est ainsi nécessaire pour sa conservation
Currently loss and transformation of habitats are the main threats which cause the decrease of biological diversity. In Madagascar, 90% of plants species are endemic of the island and most of the plant formations types are at present strongly degraded or replaced by secondary formations resulting from human activities. Tapia woodland, dominated by the endemic tree Uapaca bojeri, is a sclerophyllous vegetation type limited in the Malagasy highlands. This vegetation type, adapted and resistant to the natural fire regime, is very fragmented today, covering a surface equivalent to 132 255ha on the island. In order to increase the protection of tapia woodland, a new protected area was established on Ibity massif. The current state of the woody vegetation is the result of the interaction of some factors as soil type, climate, human traditional practices and fire. Although fire is one of the phenomena that determine the dynamics of this vegetation, the current fire regime is also one of the main causes of degradation. The objective of this thesis is to study the role of fire on the demographic cycle and on some main processes for installation and recruitment. Thus, germination, plant phenology and seedlings resistance after burnt were studied. This research shows that the current problem of tapia woodland are 1) the reduction of flowering and fruiting by high fire frequencies; 2) the reduction of germination percent after seed exposure with high temperatures, and 3) high seedlings mortality after burnt, in particular when the quantity of fuel is raised. Installation and recruitment of woody species are limited by fire, which has a negative effect on natural regeneration. Fire management around the protected area is thus necessary for its conservation

A partir de la fin des années 1960, la fermeture des milieux consécutive à la déprise agricole a favorisé la recrudescence des grands feux, et au plan local, a augmenté la fréquence des incendies. Les objectifs de la thèse étaient d'évaluer les effets des incendies récurrents sur la capacité de résilience des propriétés microbiennes des sols, d'identifier les principaux facteurs impliqués dans la résilience microbienne et d'évaluer l'efficacité d'apports de composts pour favoriser la restauration de la qualité chimique et microbiologique des sols. Les dynamiques de retour à court et long terme des activités de minéralisation du C et du N, des activité enzymatiques et de la diversité catabolique des communautés microbiennes, ainsi que leur stabilité à des stress hydriques supplémentaires, ont été évaluées sous des régimes d'incendie fréquents et peu fréquents. La matière organique (MO) a été caractérisée par les techniques IRTF et RMN CPMAS du 13C. Les effets d'un apport de composts de boues d'épuration urbaines et de déchets verts sur la qualité des sols ont été étudiés in-situ sur des sols fréquemment incendiés en croisant 3 niveaux de maturité (3 semaines, 3 mois et 9 mois) et 3 temps depuis le dernier feu (10 mois, 5 ans et 18 ans). Les résultats ont montré que les incendies répétés accélèrent le retour après le feu de la nitrification nette et des profils cataboliques mais affectent durablement la plupart des autres fonctions microbiennes. L'activité respiratoire des sols récemment incendiés s'est avérée plus résistante aux stress hydriques mais également moins résiliente lorsque les feux sont récurrents. Les résultats démontrent le rôle limitant de l'évolution de la MO, en particulier de son degré d'aromaticité, sur la dynamique de retour des fonctions microbiennes après les feux et leur résilience aux stress. L'apport des composts sur les sols fréquemment incendiés est une solution efficace pour restaurer la qualité des sols mais nécessite de sélectionner une maturité adaptée à l'histoire contemporaine d'incendie.

Le paludisme à P. falciparum constitue le problème de santé publique principal sur l'archipel des Comores. Le présent travail propose une synthèse des informations relatives à son épidémiologie, associée à une application des méthodes récentes d'épidémiologie moléculaire et de génétique des populations plasmodiales à la situation comorienne. Celle-ci apparaît contrastée. Ainsi, Grande Comore, Mohéli et Anjouan sont des îles marquées par une morbidité palustre importante, et leur population plasmodiale est globalement homogène. La morbidité est en revanche beaucoup plus faible à Mayotte, où les cas sont pour moitié d'origine importée depuis les îles voisines, et pour moitié autochtones et concentrés dans le foyer résiduel et génétiquement isolé de Bandraboua selon une distribution microépidémique. Les niveaux de chimiorésistance, globalement élevés, sont également contrastés, du fait de pressions médicamenteuses différentes. En complément des stratégies actuelles de lutte antipaludique, ces informations conduisent donc à recommander : (1) la nécessité d'une surveillance de la chimiorésistance séparée pour chaque île, (2) le principe d'une élimination du paludisme sur les 4 îles à la fois et non pas sur une seule, et (3) un renforcement de la prévention des épidémies sur la commune de Bandraboua. Mais l'arrivée des ACT, la large distribution des moustiquaires imprégnées et le récent traitement de masse sur Mohéli devraient modifier à court terme cette situation épidémiologique. Ils devraient également relancer la pertinence d'une surveillance de la chimiorésistance excentrée à Marseille, où la représentativité génétique des parasites importés est pour l'instant limitée.

Nous avons recherché des protéines toxiques pour les pucerons (Homoptères, insectes piqueurs-suceurs phloémophages) et étudié le mode d'action de certaines d'entre elles. Ce travail constitue une première étape d'un programme de création de plantes résistantes aux pucerons par génie génétique.
Les caractéristiques toxicologiques de nombreuses protéines sont évaluées par des tests d'ingestion sur milieux artificiels définis. Des lectines d'origine végétale se liant au mannose présentent des propriétés toxiques intéressantes. Notre étude porte sur la Concanavaline A (lectine de Canavalia ensiformis [L.] DC, ConA) qui est une lectine modèle très étudiée du point de vue biochimique, et la lectine du perce-neige (Galanthus nivalis L., GNA) dont les caractéristiques en font un bon candidat à l'application envisagée.
Nous mettons en évidence une variabilité de la toxicité des lectines à mannose chez six espèces de pucerons. La ConA est moins active sur les espèces polyphages. Elle n'est pas phagorépulsive pour notre puceron modèle, Acyrthosiphon pisum (Harris) et agit en quelques heures aux doses moyennes, notamment en inhibant l'ingestion. Une adaptation comportementale à moyen terme (24 h-48 h) est également mise en évidence. Des techniques de marquage révèlent que la cible physiologique primaire de la ConA est la portion antérieure du mésentéron. Elle s'y fixe en très grande quantité. Après liaison aux cellules épithéliales, la lectine induit une hypertrophie de ces cellules et un détachement de leur membrane apicale. Des expériences de compétition lectines/mannosides indiquent que la liaison toxine-épithélium ne semble pas dépendre uniquement d'une interaction sucre-lectine. Nous observons également une forte perturbation du métabolisme des acides aminés des pucerons. Le mode d'action de la ConA et de la GNA diffèrent sensiblement sur ce point.
Les premiers tests biologiques effectués sur des pommes de terre transgéniques exprimant de manière constitutive le gène de la GNA sont variables mais prometteurs.

L'intestin des mammifères est peuplé de nombreux et divers microbes comprenant des bactéries et leurs prédateurs viraux, des bactériophages (phages). Les interactions entre les phages et les bactéries intestinales sont encore mal comprises. Des expériences indépendantes ont montré que les phages virulents n’avaient aucun effet majeur sur l’abondance des bactéries intestinales ciblées, en dépit de leur amplification durable. Cela suggère que des facteurs encore inconnus de l'environnement intestinal modulent ces interactions. À l’aide d’une analyse transcriptomique comparative de la bactérie Escherichia coli cultivée in vitro et in vivo (dans l’intestin de mammifères), nous avons constaté que, dans l’intestin, les bactéries réduisent l’expression de gènes liés aux récepteurs du phage. Ceci permet d’expliquer l’absence de sélection des bactéries mutées devenues résistantes aux phages lors d'expériences in vivo. D’autre part, nous avons montré que l'acquisition d'un îlot de pathogénicité, souvent associé aux souches intestinales humaines d'E. coli, affecte la susceptibilité aux phages en régulant négativement un mécanisme de défense contre l'ADN étranger. Enfin, nous avons examiné la répartition des phages et des bactéries dans les parties mucosales et luminales de l’intestin et avons observé une distribution spatiale hétérogène de ces deux populations antagonistes, corroborant l'hypothèse d'une dynamique « source-sink ». Globalement, nos données démontrent que de multiples facteurs incluant la distribution spatiale, la physiologie bactérienne et les défenses contre l’ADN étranger modulent les interactions entre bactéries et phages dans l’intestin des mammifères
The mammalian gut is a heterogeneous environment inhabited by a large and diverse microbial community, including bacteria and their viral predators, bacteriophages (phages). Dynamic interactions between virulent phages and bacteria in the gut are still poorly understood, which is also an obstacle for the design of successful therapeutic interventions based on phages. Independent experiments have shown that virulent phages were found to have no major effects on their targeted bacteria in the gut, in spite of sustainable phage amplification. This suggests that there are unknown factors in the gut environment that modulate these interactions. Using comparative transcriptomics analysis of E. coli grown in vitro and in vivo (within the mammalian gut) we found that in the gut, bacteria downregulate the expression of genes related to phage receptors, which provides an explanation for the lack of selection of phage-resistant bacteria during in vivo experiments. We also found that the acquisition of a pathogenicity island commonly found in human E. coli isolates affects phage susceptibility possibility by downregulating a defense mechanism against invading DNA. Finally, we examined the repartition of phages and bacteria through mucosal and luminal gut sections and observed a heterogeneous spatial distribution of these two antagonist populations, supporting the hypothesis of source-sink dynamics. Altogether our data demonstrates that multiple factors encompassing, spatial distribution, bacterial physiology and defenses against foreign DNA modulate the interactions between bacteria and phages within the gut

Comprendre la sélection exercée par la plante hôte et ses conséquences sur la structure des populations pathogènes est essentiel pour gérer durablement les résistances des plantes aux maladies. Les objectifs de ce travail sont i) d'appréhender l'impact de la sélection imposée par des hôtes présentant différents niveaux de résistance, sur la structure phénotypique et génotypique d'une population locale de Phytophthora infestans, agent du mildiou de la pomme de terre ; ii) de déterminer si les pressions de sélection récurrentes exercées par les variétés dominant chaque bassin de production entraînent l'adaptation locale des populations de P. infestans et iii) de tester l'hypothèse d'un trade-off entre agressivité pendant la phase épidémique et capacité de survie hivernale dans des populations clonales de P. infestans. Nos résultats montrent que la sélection par l'hôte agit sur les composantes qualitative (virulence) et quantitative (agressivité) du pouvoir pathogène. La variation importante pour l'agressivité permet une adaptation des populations de P. infestans, pouvant aboutir à l'érosion de résistances partielles. Les populations françaises de P. infestans apparaissent adaptées à la variété dominante nationalement (Bintje), mais pas aux variétés localement dominantes. Le processus d'adaptation locale opère dans ce pathosystème, mais n'est détectable qu'à une échelle spatiale très vaste, pour des populations géographiquement déconnectées. Nos résultats montrent également que lors de la phase de survie hivernale, il n'y a pas de contre-sélection des souches les plus agressives par surmortalité des tubercules infectés. Ce travail souligne l'importance de considérer l'ensemble des forces évolutives pour décrire et comprendre la réponse adaptative des populations pathogènes. La modélisation des processus démogénétiques permettra de proposer et de valider des stratégies de gestion optimales des résistances variétales.

Les invasions biologiques peuvent provoquer des pertes de biodiversité et ainsi de services écologiques. Cette thèse porte sur l'élaboration d'un modèle d'assemblage de réseau d'interactions, incluant tous les types d'interactions (trophiques et non trophiques), et respectant la conservation de la matière. Ce modèle montre un fort effet des interactions non trophiques sur les processus fonctionnels des écosystèmes (biomasse, production) et une diversité-dépendance des interactions interspécifiques; les mécanismes de la relation diversité-fonctionnement sont ainsi plus complexes dans les réseaux d'interactions que les réseaux trophiques. Le modèle prédit que les introductions d'espèces ont de forts impacts sur les propriétés des écosystèmes, que la résistance aux invasions et la robustesse vis-à-vis des extinctions d'espèces résidentes dues aux invasions augmentent avec la diversité spécifique, et sont maximales pour des interactions non trophiques de force et prévalence intermédiaires.

La Nouvelle-Calédonie qui présente une biodiversité à la fois exceptionnelle et très menacée, fait partie des points chauds de biodiversités définis à l'échelle globale comme zones prioritaires pour la conservation. Les incendies, d'origines anthropiques et constituant l'une des principales menaces pesant sur les écosystèmes naturels néo-calédoniens, conduisent à un recul des forêts denses humides (forêts par la suite) principalement au profit des savanes sur substrats volcano-sedimentaires. Au cours de cette thèse, les processus écologiques mis en jeu dans les dynamiques des forêts et des savanes, liés aux variations du régime d'incendie, ont été étudiés à différentes échelles spatiales et temporelles. L'analyse de la distribution spatio-temporelle des forêts et des savanes à l'échelle du paysage a mis en évidence différents facteurs dirigeant la dynamique paysagères et identifié des zones de recolonisation forestière. Différents modèles de succession secondaire et cortèges d'espèces pionnières ont été identifiés à partir de l'analyse de ces zones de recolonisation. La mesure de traits fonctionnels et l'utilisation de modèles semi-physiques de dommages causés par les incendies ont révélé une faible tolérance aux incendies de ces espèces. Enfin, une analyse multivariée de la structure, de la composition floristique et des conditions micro-climatiques des zones clés de transitions entre la savane et la forêt a permis de mieux comprendre les processus d'expansion et de contraction forestière. Ces travaux de thèse ouvrent un nouveau champ de recherche en Nouvelle-Calédonie avec d'importantes implications en terme de restauration des écosystèmes forestiers et de gestion durable.

Les performances du végétal et des arthropodes dont il constitue le microhabitat dépendent des températures de surface foliaire. Celles-ci peuvent dévier fortement de la température de l’air et présenter des niveaux d’hétérogénéité différents selon l'échelle spatiale considérée. La feuille atténue les températures extrêmes en rapprochant son amplitude de variation journalière de celle de la température de l’air. Cependant, cette réponse diminue l’hétérogénéité des températures de surface foliaire et les capacités de thermorégulation comportementale des arthropodes à l'échelle de la feuille. Les températures moyennes de surface foliaire atténuent peu le réchauffement, et déterminent localement la performance photosynthétique du végétal. De l’échelle de la feuille à celle de la canopée, les plantes montrent des réponses différentes au réchauffement. Ce type de changement d'échelle est primordial pour améliorer notre compréhension de l'impact des changements climatiques
Plant performance and leaf-dwelling arthropods are impacted by leaf surface temperatures. Leaf surface temperatures can show important deviation from air temperature and present different levels of heterogeneity depending on the spatial scale. The leaf buffers temperature extremes by getting closer in amplitude to air temperature. However, this physiological response decreases the heterogeneity of temperatures at the leaf surface and the opportunities for arthropods to behavioraly thermoregulate in this microclimate. Mean temperatures at the leaf surface show low buffering abilities in response to warming and locally determine photosynthetic performance. From the leaf to the canopy scale, plants show different responses to warming and scaling is crucial to increase our understanding of the impact of global warming

Le syndrome du museau blanc (SMB), causé par le champignon Pseudogymnoascus destructans (Pd), a mis en péril les populations de chauves-souris hibernantes en Amérique du Nord. Certaines espèces sont hautement vulnérables à la maladie alors que d’autres espèces semblent être résistantes ou tolérantes à l’infection. Plusieurs facteurs physiologiques et environnementaux peuvent expliquer ces différences. Or avant 2015, peu d’études avaient porté sur le microbiome de la peau en relation avec cette maladie. La présente thèse vise à caractériser le microbiome cutané de chiroptères affectés par le SMB afin d’identifier les facteurs de vulnérabilité ou de résistance à la maladie. L’objectif principal est de déterminer comment le microbiome est affecté par la maladie ainsi que de déterminer si celui-ci à un rôle dans la protection face à l’infection fongique. Au Chapitre 1, nous avons tout d’abord exploré et comparé le microbiote cutané de petites chauves-souris brunes (Myotis lucifugus) non affectées par le SMB avec celui de chauves-souris survivantes au SMB pour tester l’hypothèse selon laquelle le microbiote cutané est modifié par la maladie. Nos résultats montrent que le site d’hibernation influence fortement la composition et la diversité du microbiote cutané. Les sites d’hibernations Pd positifs et négatifs diffèrent significativement en termes de diversité, ainsi qu’en termes de composition du microbiote. La diversité est réduite au sein du microbiote des chauves-souris survivantes au SMB et enrichi en taxons tels que Janthinobacterium, Micrococcaceae, Pseudomonas, Ralstonia et Rhodococcus. Certains de ces taxons sont reconnus pour leur potentiel antifongique et des souches spécifiques de Rhodococcus et de Pseudomonas peuvent inhiber la croissance de Pd. Nos résultats sont cohérents avec l’hypothèse selon laquelle l’infection par Pd modifie le microbiote cutané des chauves-souris survivantes et suggèrent que le microbiote peut jouer un rôle de protection face au SMB. Au Chapitre 2, nous avons étudié le microbiote d’une espèce résistante au champignon Pd en milieu contrôlé avant et après infection afin d’établir la réponse potentielle à la maladie. L’espèce étudiée est la grande chauve-souris brune (Eptesicus fuscus) dont le microbiote cutané pourrait jouer un rôle de protection contre l’infection. Nos résultats montrent que la diversité du microbiote de la grande chauve-souris brune inoculée avec Pd est plus variable dans le temps, tandis que la diversité du microbiote des chauves-souris du groupe contrôle demeure stable. Parmi les taxons les plus abondants, Pseudomonas et Rhodococcus, deux taxons connus pour leur potentiel antifongique contre Pd et d’autres champignons, sont restés stables durant l’expérience. Ainsi, bien que l’inoculation par le champignon Pd ait déstabilisé le microbiote cutané, les bactéries aux propriétés antifongiques n’ont pas été affectées. Cette étude est la première à démontrer le potentiel du microbiote cutané d’une espèce de chauves-souris pour la résistance au SMB. Au Chapitre 3, le microbiome cutané de la petite chauve-souris brune a été évalué en milieu naturel dans le contexte du SMB, à l’aide de la métagénomique, une approche haute résolution pour observer le potentiel fonctionnel du microbiome (métagénome fonctionnel). Nos résultats ont permis d’établir que le temps depuis l’infection a un effet significatif sur le métagénome fonctionnel. En effet, les chauves-souris dans la première année suivant l’infection ont un métagénome fonctionnel perturbé qui subit une perte de diversité fonctionnelle importante. Toutefois, le métagénome fonctionnel revient à une structure et composition similaire d’avant infection après 10 ans. Certaines fonctions détectées suite à l’infection sont associées à des gènes reliés au transport et à l’assimilation de métaux, des facteurs limitants pour la croissance du champignon. Ces gènes pourraient donc avoir un rôle à jouer dans la résistance ou la vulnérabilité à la maladie. Globalement, l’étude du métagénome chez la petite chauve-souris brune indique une vulnérabilité du métagénome fonctionnel au champignon, mais que celui-ci semble se rétablir après 10 ans. Une telle réponse pourrait avoir un impact sur la résilience de M. lucifugus. Cette thèse a permis d’acquérir des connaissances fondamentales sur le microbiome cutané des chauves-souris en hibernation pour mieux comprendre les communautés microbiennes de la peau dans le contexte du SMB. Le microbiome pourrait en effet jouer un rôle dans la vulnérabilité et la résistance des chauves-souris à la maladie, et il est essentiel d’adapter notre façon d’aborder la protection de ces espèces et de leur microbiome. Nous souhaitons que les travaux de cette thèse permettent de sensibiliser les acteurs de la conservation à l’existence et à l’importance potentielle du microbiome pour la santé de son hôte. Cette thèse fait également état de l’avancement des méthodes d’analyses qui permettront d’être de plus en plus précis et d’appliquer les connaissances du microbiome en biologie de la conservation.
White-nose syndrome (WNS) caused by the fungus Pseudogymnoascus destructans (Pd) has put hibernating bat populations at risk in North America. Some species are highly vulnerable to the disease while other species appear to be resistant or tolerant. Several physiological and environmental factors can explain these differences. However, before 2015, few studies have focused on the skin microbiome in relation to this disease. The present thesis aims to characterize the cutaneous microbiome of bats affected by WNS in order to identify the factors of vulnerability or resistance to the disease. The main objective is to determine how the microbiome can protect against the Pd fungus, or conversely how the microbiome is altered by the fungal infection. In Chapter 1, we first explored and compared the skin microbiota of little brown bats (Myotis lucifugus) unaffected by WNS with that of WNS survivors to test the hypothesis that the skin microbiota is modified by the disease. Our results show that the hibernation site strongly influences the composition and diversity of the skin microbiota. The Pd positive and negative sites differ significantly in terms of diversity, as well as in terms of the composition of the microbiota. Diversity is reduced within the microbiota of bats surviving WNS and enriched in taxa such as Janthinobacterium, Micrococcaceae, Pseudomonas, Ralstonia, and Rhodococcus. Some of these taxa are recognized for their antifungal potential and specific strains of Rhodococcus and Pseudomonas may inhibit the growth of Pd. Our results are consistent with the hypothesis that Pd infection modifies the skin microbiota of surviving bats and suggest that the microbiota may play a protective role against WNS. In Chapter 2, we studied in a controlled environment the microbiota of a species that exhibits evidence of resistance with mild WNS symptoms, before and after infection, to establish the potential response to the disease. The species studied is the big brown bat (Eptesicus fuscus), whose skin microbiota could play a protective role against infection. Our results show that the diversity of the microbiota of big brown bats inoculated with Pd is more variable over time, while the diversity of the microbiota of the control bats remains stable. Among the most abundant taxa, Pseudomonas and Rhodococcus, two taxa known for their antifungal potential against Pd and other fungi, remained stable during the experiment. Thus, although inoculation with the Pd fungus destabilized the skin microbiota, bacteria with antifungal properties were not affected. This study is the first to demonstrate the potential of the skin microbiota of a bat species for resistance to WNS. In Chapter 3, the skin microbiome of the little brown bat was evaluated in the natural environment in the context of WNS, using metagenomics, a higher-resolution approach to observe the functional potential of the microbiome (functional metagenome). Our results established that the time since infection has a significant effect on the functional metagenome. Indeed, bats in the first year after infection have a disrupted functional metagenome that undergoes a significant loss of functional diversity. However, the functional metagenome returns to a similar structure and composition to that observed before infection after 10 years. Certain functions detected following infection are associated with genes linked to the transport and assimilation of metals, known limiting factors for the growth of the fungus. These genes could therefore have a role to play in resistance or vulnerability to the disease. Overall, this metagenomics study indicates functional metagenome vulnerability to the fungus, although the original functional metagenome is reestablished after 10 years. Such diversified response could impact M. lucifugus resilence. This thesis provides fundamental knowledge on the skin microbiome of hibernating bats to better understand the microbial communities of the skin in the context of WNS. The microbiome could indeed play a role in the vulnerability and resistance of bats to disease and it is essential to adapt our way of approaching the protection of these species and their microbiomes. We hope that the results of this thesis will raise awareness among conservation stakeholders about the existence and potential importance of the microbiome for the health of its host. This thesis also reports on the advancement of analytical methods that will make it possible to be more and more precise and to apply knowledge of the microbiome in conservation biology.