Ce projet visait à déterminer comment les réponses fonctionnelles dans la sélection de l’habitat influencent la survie des caribous forestiers adultes (Rangifer tarandus). Une réponse fonctionnelle apparaît lorsque la sélection pour un milieu varie en fonction de sa disponibilité ou celle d’un autre milieu. La sélection de l’habitat a été modélisée pour 83 caribous, dont 20 qui sont morts durant le suivi. Une forte probabilité de présence à proximité des coupes était associée à un fort risque de mortalité, particulièrement si cette probabilité augmentait fortement avec l’abondance des coupes. Aussi, tous les caribous, qu’ils soient morts ou qu’ils aient survécus, évitaient les peuplements mixtes, et cet évitement était particulièrement fort pour les individus dont le domaine vital incluait une forte proportion de coupes. Ainsi, les réponses fonctionnelles ne mettent pas nécessairement en évidence des comportements adaptatifs et peuvent refléter des décisions compromettant la survie. / The goal of this study was to determine the link between functional responses in habitat selection and adult survival in forest-dwelling woodland caribou (Rangifer tarandus). A functional response occurs when the selection for a cover type varies as a function of its availability or the availability of another cover type. Habitat selection was modeled for 83 caribou, of which 20 died during the monitoring period. A strong probability of occurrence in proximity to cutovers was associated with a high mortality risk, especially if the probability increased with the abundance of cuts. In addition, caribou avoided mixed stands, and this avoidance was especially strong for individuals with a high proportion of cuts in their home range. This behaviour was similar for caribou that died and those that survived the monitoring period. Thus, functional responses are not necessarily adaptive behaviours and may reflect decisions compromising survival.

Deux tiers des écosystèmes sont maintenant concernés par les effets du peuplement humain et de ses activités. Les impacts anthropiques ont des conséquences considérables sur la biodiversité. La translocation de populations de plantes et d’animaux dans différents environnements est une des principales perturbations anthropiques subies par les populations naturelles. Les salmonidés sont parmi les espèces les plus sévèrement affectées par l’hybridation introgressive, résultant d’une longue tradition d’ensemencement d’individus domestiques. L’objectif principal des travaux présentés dans cette thèse était d’identifier et caractériser en nature l’ampleur des différences génomiques fonctionnelles entre populations domestiques et sauvages chez l’omble de fontaine. La documentation de ces mécanismes moléculaires a été abordée sous trois axes d’études, i) génomique, ii) transcriptionnel iii) et immunitaire. Au moyen de nombreux marqueurs codants, nous avons identifié des régions qui représentaient des barrières à l’introgression ou de l’introgression adaptative d’allèles domestiques dans le génome sauvage. D’un point de vue fonctionnel, nos analyses ont révélé que l’introgression d’allèles domestiques était corrélée à des changements physiologiques qui se traduisaient par une reprogrammation de l’expression de gènes impliqués dans la croissance, le métabolisme énergétique et l’immunité. Globalement, les dérégulations transcriptionnelles chez les hybrides, la baisse de valeur adaptative associée à certains allèles domestiques de gènes, incluant le CMH, ainsi que l’introgression de variations génétiques potentiellement adaptatives, ont permis de mieux comprendre certains mécanismes sous-jacents à l’hybridation introgressive. D’un point de vue appliqué, cela permet d’envisager les conséquences des pratiques d’ensemencements sur l’intégrité génomique des populations sauvages ainsi que le potentiel adaptatif de ces populations. / Two thirds of the earth’s surface is impacted by human activities. These anthopogenic impacts have considerable consequences for biodiversity. One major anthropogenic impact on wild populations is the translocation of plants and animals. Salmonids are one of the species which is most affected by a long tradition of stocking to support recreational activities and fisheries, resulting in a massive introgression of domestic genes into wild salmonid populations. The main goal of this thesis was to identify and characterize the nature and scale of functional genomic differences between domestic and wild brook charr populations. We takle this objective through three approaches i) genomic studies, ii) measures of transcriptional divergence, and iii) measures of immune system function. With the help of numerous genetic markers in gene coding regions, we identified loci for which selection has favored or hampered the introgression of genomic blocks into the introgressed wild populations for traits related to evolutionary fitness such as growth, energy metabolism, and immunity. Functionally, our analysis revealed that introgression was correlated with a physiological reprogramming that was underlined by misregualtion of gene expression also involved in growth, energetic metabolism and, immunity. Globally, the reduction of adaptive introgression of domestic alleles, and differences in transcriptional patterns, helped us gain a better understanding of some of the mechanisms of outbreeding depression and predict the consequences of stocking practices on the genomic integrity and adaptive potential of wild populations.

Les pergélisols nordiques contiennent une quantité significative de carbone organique. Or, son utilisation par les microorganismes dans les rivières et l’océan Arctique est peu connue. Au cours de l’Arctic River-Delta Experiment (ARDEX), des variables environnementales et microbiologiques furent mesurées le long d’un transect de 300 km entre le fleuve Mackenzie et la mer de Beaufort (juillet-août 2004). Nous voulions étudier les gradients fluviaux et estuariens de la structure et de l’activité de la communauté microbienne et évaluer l’influence des UV et de l’approvisionnement en carbone sur les processus bactériens. La communauté microbienne a changé le long du transect et les bactéries attachées aux particules jouaient un rôle majeur dans le fleuve et la zone de transition. Le métabolisme bactérien était limité par la disponibilité du carbone dans le fleuve Mackenzie. La photodégradation a augmenté la labilité du carbone organique dans le fleuve, mais l’a diminuée dans la mer de Beaufort. / Globally significant quantities of organic carbon are stored in northern permafrost soils, but little is known about how this carbon is processed by microbial communities once it enters rivers and is transported to the coastal Arctic Ocean. As part of the Arctic River-Delta Experiment (ARDEX), we measured environmental and microbiological variables along a 300 km transect across the Mackenzie River and coastal Beaufort Sea in July-August 2004 to investigate the river and estuarine gradients in microbial community structure and activity, and to evaluate the influence of UV exposure and carbon supply on bacterial processes in these ecosystems. Microbial community structure changed along the transect and the contribution of particle-attached bacteria was significantly higher in riverine and transition zone stations. Experimental results showed that bacterial metabolism was carbon limited in the Mackenzie River. Photodegradation increased organic carbon biolability in the Mackenzie River and decreased it in the Beaufort Sea. / Inscrite au Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures

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Un des objectifs ultimes en écologie évolutive est de comprendre les mécanismes responsables du maintien de la biodiversité en milieu naturel. La biodiversité englobe la diversité des écosystèmes, des espèces, des populations et aussi la diversité génétique associée à une espèce donnée. Même à l’intérieur d’une espèce, on peut observer une grande diversité de phénotypes et de génotypes résultant de l’interaction entre la sélection naturelle, le flux génique, la dérive génétique et les mutations. L’objectif central de cette thèse est d’évaluer la variabilité génétique et le potentiel d’adaptation chez le saumon atlantique, Salmo salar, en milieu naturel. L’analyse de 51 rivières à saumon aux marqueurs microsatellites révèle une structure de populations hiérarchique et suggère l’existence de sept groupes régionaux au Québec, Labrador et Nouveau-Brunswick, Canada. Les analyses en génétique du paysage suggèrent l’influence prédominante du flux génique et de l’adaptation thermique dans l’établissement de la différentiation génétique. Des évidences indirectes suggèrent également que les immigrants provenant d’un autre groupe régional ont un succès reproducteur moindre dans leur nouveau milieu que les résidents. Différents niveaux de structuration génétique ont aussi été observés à l’intérieur même de certaines rivières, remettant en cause la gestion par rivière chez cette espèce. La variabilité à grande échelle d’un gène d’immunocompétence, le gène du Complexe Majeur d’Histocompatibilité (CMH) classe IIβ, démontre que la diversité génétique au CMH augmente avec la température et la diversité bactérienne présente en rivière, contrairement au patron observé aux microsatellites. L’augmentation de la diversité au CMH avec la température est plus prononcée aux sites de liaison aux pathogènes qu’aux autres sites moléculaires, suggérant une influence plausible de la diversité des pathogènes, elle-même dépendante de la température, sur l’adaptation locale du saumon atlantique. Finalement, l’étude des infections pathogéniques chez les saumons juvéniles révèle un taux d’infection accru en début de saison estivale dans les rivières de la rive sud du Saint-Laurent, concordant avec les pressions de sélection du milieu. Un parasite prédominant et possiblement récemment introduit, un myxozoaire du genre Myxobolus, a été découvert chez les jeunes saumons et deux allèles CMH ont été identifiés comme étant associés à la résistance et à la susceptibilité face à cette infection, suggérant l’importance de la variation génétique présente au CMH pour faire face aux pathogènes dans un contexte de changement environnemental. Cette thèse ajoute à notre compréhension sur les mécanismes qui maintiennent la variabilité génétique et influencent l’adaptation locale chez le saumon atlantique sauvage grâce à des analyses novatrices en génétique du paysage, en structure de population et sur les patrons spatio-temporels d’infection en milieu naturel. / One of the central endeavors in evolutionary ecology is to understand the mechanisms responsible for natural biodiversity. Biodiversity is defined as the combined diversity of ecosystems, species, populations and the genetic diversity within a given species. Even within a species, a wide diversity of phenotypes and genotypes is often observed, resulting from the interaction between natural selection, gene flow, genetic drift and mutations. The central objective of this thesis was to assess the genetic variability and evaluate the potential for local adaptation in wild Atlantic salmon, Salmo salar. Analyses of neutral molecular markers in 51 salmon rivers revealed a hierarchical genetic structure and suggested the existence of seven regional groups in Québec, Labrador and New-Brunswick, Canada. Landscape genetic analyses suggested a predominant influence of gene flow and thermal regime adaptation in maintaining genetic differentiation. Indirect evidence also suggested that immigrants from a different regional group were less successful in establishing in the new environment compared to residents. Different extents of genetic structure were also found within some river systems, questioning the river-based management approach in Atlantic salmon. Large scale genetic variability at an immuno-competence gene, the Major Histocompatibility Complex (MHC) class IIβ gene, revealed that genetic diversity increased with increasing temperature and bacterial diversity in rivers contrary to patterns with neutral microsatelite markers. This increase in MHC diversity with temperature was more pronounced at the peptide-binding region involved in pathogen binding than at other molecular sites. These results agree with the hypothesized influence of temperature-associated pathogen diversity on local adaptation in Atlantic salmon. Finally, pathogen infections in juvenile salmon were found to be more frequent at the beginning of the summer in southern rather than northern rivers, in concordance with pathogen selection pressure in the wild. A predominant and possibly introduced pathogen, a myxozoa of the genus Myxobolus, was identified in juvenile salmon and two MHC alleles were found to be associated with resistance and susceptibility to that infection, suggesting the importance of MHC standing genetic variation for facing pathogens in a changing environment. This thesis contributes to our understanding on mechanisms maintaining genetic variability and influencing local adaptation in wild Atlantic salmon through analyses in landscape genetics, genetic population structure and patterns of spatio-temporal infectivity in nature.

L’objectif de cette thèse est d’examiner les liens entre la dynamique prédateurs-proies, les stratégies de reproduction et la structure spatiale des colonies chez la Grande Oie des neiges (Chen caerulescens atlantica) nichant dans le Haut Arctique canadien. Nous avons récolté les données de 2002 à 2005 et exploité certaines bases de données recueillies antérieurement sur l’Île Bylot (Nunavut, Canada). Nous avons identifié des mécanismes pouvant expliquer des différences dans le succès de nidification entre deux types de milieux. Nous avons d’abord montré que les habitats humides peuvent fournir des refuges contre la prédation car leur structure réduirait le succès de chasse de renards arctiques (Alopex lagopus; le principal prédateur des oies) en limitant leur vitesse d’attaque des nids. De plus, la qualité de tels refuges varierait en fonction du cycle de lemmings, la principale proie de ce prédateur. La disponibilité en eau serait également un déterminant majeur du succès de nidification. Les femelles augmentent leur risque de prédation lorsqu’elles quittent leur nid pour boire, un élément critique en milieu mésique où l’accès à l’eau est limité. En manipulant expérimentalement la disponibilité en eau, nous avons observé une augmentation du succès de nidification de plus de 20% par rapport à des nids témoins. De plus, nous montrons une relation positive entre l’abondance des pluies et le succès, la présence de mares d’eaux formées par la pluie à proximité des nids réduisant le risque de prédation sur les nids. Nous avons également trouvé que les oies montrent une fidélité modérée au site spécifique de nidification, probablement en réponse aux variations dans les patrons d’enneigement au printemps et le faible coût de changement de site sur le succès de nidification. Par contre, les oies seraient fidèles à l’échelle des habitats, les milieux humides étant favorisés pour leurs avantages en termes de risques de prédation. Enfin, nous avons détecté une structure génétique à une échelle spatiale fine (quelques kilomètres) entre les sites d’élevage des jeunes mais pas de structure sur la base des sites de nidification à l’intérieur de la colonie. Tout en soulignant l’importance de travailler à différentes échelles spatiales et temporelles, notre travail démontre comment des mécanismes prédateurs-proies subtils peuvent influencer la stratégie de reproduction des oiseaux. / The main objective of this thesis is to examine factors linking predator-prey relationships, breeding strategies and spatial structure inside colonies of greater snow geese (Chen caerulescens atlantica). We collected data from 2002 to 2005 and used some data collected in previous years at Bylot Island (Nunavut, Canada). We first explored how predation, the main determinant of nesting success, was affected by habitat heterogeneity. We showed that wetlands could provide refuges for geese because polygon-patterned grounds decrease travel speed and success of their main predator, the arctic fox (Alopex lagopus). The quality of these refuges varied according to the lemming cycle (the main prey of foxes) with foxes feeding on goose eggs during years of low lemming abundance. Our study also demonstrated that water availability is a major determinant of goose nesting success. First, geese nesting in mesic tundra experienced higher predation risks than those nesting in wetlands due to limited availability of water. Second, by experimentally manipulating water availability, we recorded a 20% increase of nesting success relatively to control nests. Third, we showed a positive relationship between rainfall abundance and nesting success. Nests were less exposed to predators because females were able to reach nearby water holes resulting from recent rainfall accumulation. We found a low fidelity to a specific nesting site, which could result from variable patterns of spring snow-melt and the limited consequences of changing sites. Nonetheless, geese showed fidelity towards habitat type yet geese nest preferentially in wetlands where they experienced lower predation risks. Finally, we explored how dispersal strategies could determine patterns of population genetic structure. We detected a fine-scale genetic structure (few km) among rearing sites but not among nesting sites inside the colony. To conclude, this thesis provides a framework to understand population dynamic and distribution by using multiple-scale analyses of mechanisms driving predator-prey relationships.

Le très abondant Boreogadus saida occupe au sein de l’écosystème marin arctique une place prépondérante, ce qui lui vaut une attention croissante des scientifiques. Arctogadus glacialis, commun dans toutes les mers arctiques, est beaucoup moins étudié. Les deux espèces et leurs jeunes stades cohabitent mais ces derniers sont pratiquement impossibles à différencier. Seuls des outils génétiques, ou une méthode utilisant la taille du noyau de l’otolithe développée dans cette thèse, peuvent distinguer les deux espèces. Ces méthodes d’identification ont permis d’étudier pour la première fois l’écologie des jeunes stades d’Arctogadus et d’estimer la proportion de cette espèce dans des échantillons de gadidés arctiques. À la lumière des observations faites en mer de Beaufort, il apparait que les jeunes Arctogadus ont une abondance environ vingt fois moindre, une taille à l’éclosion supérieure, un taux de croissance similaire, et un taux de mortalité inférieur aux jeunes Boreogadus. Pour Boreogadus, l’hypothèse selon laquelle certaines larves éclosent en hiver près des panaches des fleuves, a été testé, d’abord en comparant la saison d’éclosion dans six régions de l’océan Arctique caractérisées par différents apports d’eau douce. Conformément à cette hypothèse, l’éclosion commence en hiver dans les mers recevant de forts apports fluviaux alors que l’éclosion débute au printemps dans les régions aux apports d’eau douce limités. Les larves qui éclosent en hiver profitent d’une longue saison de croissance leur permettant d’atteindre des tailles pré-hivernales largement supérieures aux larves qui éclosent en été, ce qui favoriserait leur survie. Cette même hypothèse a ensuite été testée en comparant la composition chimique des otolithes de Boreogadus provenant de ces six régions, et les différences observées semblent appuyer l’hypothèse. Les tendances actuelles au devancement de la débâcle, au réchauffement des eaux de surface et à l’augmentation du débit des fleuves pourraient favoriser le recrutement de Boreogadus, et possiblement aussi celui d’Arctogadus. Découle de cette thèse une connaissance accrue de l’écologie de gadidés habitant un océan confronté à une pléthore de changements. / The very abundant polar cod (Boreogadus saida) plays a preponderant role in the Arctic marine ecosystem and consequently has received significant attention in recent years. The ice cod (Arctogadus glacialis), a common species in all Arctic seas, is much less studied. Both species co-occur on Arctic continental shelves and their early life stages are often found together in ichthyoplanktonic collections. However, larvae and juveniles of polar cod and ice cod are almost impossible to differentiate. Only genetic tools, or a method using the size of the otolith nucleus developed in this thesis, can distinguish the two species. These identification methods allowed to study for the first time ice cod early life stage ecology and estimate the proportion of this species in Arctic gadids samples. In light of observations made in the Beaufort Sea, it seems that young ice cod are about twenty times less abundant, hatch at a larger size, grow at the same rate, and have a mortality rate inferior to young polar cod. For polar cod, the hypothesis that some larvae hatch in winter near river plumes, was tested, first by comparing the hatching season in six regions of the Arctic characterized by different freshwater inputs. Consistent with this hypothesis, hatching starts in winter in seas receiving large river discharge while hatching starts in spring in regions with limited freshwater inputs. The larvae hatched in winter benefit from a long growth season allowing them to reach larger pre-winter size than larvae hacth in summer, a condition that likely favors their survival. This same hypothesis was further tested by comparing the otolith chemistry of polar cod juveniles from those six regions, and the differences observed seem to support the hypothesis. On-going trends of earlier ice break-up, warmer surface layer, and increased river discharge could favor polar cod, and possibly also ice cod, recruitment. Arise from this thesis an increased knowledge of the ecology of gadids living in an Ocean facing a plethora of changes.

La diversité génétique participe au potentiel évolutif des populations et des espèces. Sa conservation est un enjeu majeur dans la sauvegarde de la biodiversité. La diversité génétique peut aussi être importante pour l'individu. Cependant, il est souvent considéré que le niveau d’hétérozygotie a peu d'impact sur la fitness individuelle en nature. Toutefois, la relation entre l’hétérozygotie et la fitness a généralement été mesurée au niveau global (tout le génome), une approche potentiellement inadéquate. L’analyse de la relation hétérozygotie-fitness, à 30 marqueurs microsatellites et cinq indicateurs de fitness, dans une population sauvage d’épinoches à trois épines, révèle que des effets locaux de l'hétérozygotie importants et consistants ne se traduisent pas nécessairement en un effet global important, puisque l’effet à chaque marqueur génétique peut être opposé ou absent. Cette étude démontre l’importance de considérer les effets locaux de l'hétérozygotie pour obtenir une évaluation correcte de son impact dans les populations peu consanguines.

Les conséquences de l’hybridation dans les processus évolutifs demeurent, en grande partie, inexplorées chez les animaux. Sachant qu’il y a hybridation entre les anguilles américaines (Anguilla rostrata) et européennes (A. anguilla), l’objectif de cette étude était de documenter la dynamique de l'hybridation afin de mieux comprendre son importance évolutive pour les deux espèces. Les génotypes AFLP de 1127 anguilles furent utilisés afin d’identifier les individus hybrides et évaluer la dynamique de l’hybridation. Les résultats démontrent que i) une proportion importante (15.5%) des anguilles islandaises sont hybrides, ii) les hybrides de première génération sont fertiles et se reproduisent, iii) en Islande, la proportion d’hybride est plus importante dans le stade de vie anguille jaune et iv) la distribution des hybrides est quasi-exclusive à l’Islande où leur proportion augmente avec la latitude. Ainsi, les résultats démontrent que l'hybridation peut influencer les processus évolutifs chez les animaux et qu’elle devrait être considérée plus formellement. / Since only few studies have evaluated fitness beyond the first hybrid generation, the evolutionary processes as well as the potential outcome of natural hybridization remain largely unexplored in animals. Knowing that hybridization occurs between American and European eels (Anguilla rostrata and A. anguilla), this study aimed at documenting the dynamics of natural hybridization in order to better understand its potential evolutionary impact for the two species. AFLP genotypes of 1127 eels were used to identify hybrid individuals and evaluate dynamics of hybridization. Results provide evidence for i) an overall hybrid proportion of 15.5% in Iceland, ii) the occurrence of viable later generation hybrids, iii) a higher proportion of hybrids in the yellow eel samples, and iv) quasiexclusive distribution of hybrids in Iceland where they tend to increase in proportion with latitude. This study thus demonstrates that natural hybridization can have an influence on evolutionary processes in animals and should be considered more formally.