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Doctor of Philosophy / Department of Entomology / Ludek Zurek / House fly (Musca domestica L.) larvae develop in decaying organic substrates such as animal manure and adult flies likely play an important role in the ecology of fecal bacteria, including potentially virulent strains. House fly larval development strictly depends on an active bacterial community in the habitat. Although the principle of this symbiosis is not well understood, this association plays a fundamental role in transmission of microbes by this insect. In this study, enterococci were chosen as a model organism to assess the role of house flies in dissemination of multi-drug resistant bacteria in the agricultural environment. House flies (FF) and cattle manure (FM) from a cattle feedlot (frequent use of antibiotics) and house flies (BF) and manure of the American bison (BM) from the Konza Prairie Nature Preserve (no antibiotic use) were collected and analyzed. Results showed a significantly higher prevalence of enterococci resistant to tetracycline and erythromycin in FM and FF compared to that of BF and BM. Enterococcal diversity did not indicate the house fly development in manure in the corresponding habitats but the antibiotic resistance data showed very similar profiles among isolates from flies and corresponding locations. Resistance genes (tetM, tetS, tetO, ermB) and the conjugative transposon Tn916 were the most commonly detected determinants from resistant isolates from both environments. The house fly digestive tract was evaluated for the potential for horizontal transfer of antibiotic resistance genes among Enterococcus faecalis. Horizontal transfer of the pCF10 plasmid with the tetracycline resistance gene (tetM) occurred in the fly digestive tract with a transfer rate up to 101 T/D. In addition, eight enterococcal species were selected to evaluate their role and survival during house fly development. Overall, the survival rate (egg to adult) was significantly higher with E. hirae, E. durans and E. avium compared to other strains. These results indicate: a) house flies play an important role in the ecology of antibiotic resistant enterococci; b) the house fly digestive tract provides conditions for horizontal gene transfer among enterococci, and c) enterococci support the house fly development and can colonize the gut of newly emerging adult flies.

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Le charançon de la carotte (Listronotus oregonensis) s’avère un ravageur important des cultures d’apiacées en Amérique du Nord. Une recrudescence des dommages a été observée ces dernières années, et ce, malgré toutes les mesures de contrôle mises en place. Cette étude visait à déterminer la structure génétique des populations du charançon de la carotte en Amérique du Nord et d’évaluer le rôle de la distance géographique et de la plante hôte sur leur niveau de différenciation génétique. La préférence olfactive envers la plante hôte sur laquelle les charançons d’une même population s’y sont développés a aussi été analysée. La caractérisation de la structure génétique de L. oregonensis s’appuyait sur la discrimination des haplotypes (ADNmt COI) et des nucléotides (SNPs) par génotypage-par-séquençage (GBS). Dix-huit populations incluant 220 individus ont été échantillonnées au Québec, en Ontario, en Nouvelle-Écosse (Canada) et en Ohio (États-Unis). L’olfactométrie examinait la réponse olfactive de trois populations du Québec (195 femelles) en fonction de quatre plantes hôtes (carotte, céleri, céleri-rave et persil). Nos résultats ont montré que la distance géographique s’avère un facteur important de différenciation génétique entre les régions échantillonnées. Les analyses de GBS identifient la Nouvelle-Écosse comme étant la région la plus différenciée de toutes les populations analysées contrairement aux analyses de l’ADNmt COI qui suggèrent une différenciation récente. La plante hôte n’entraîne pas de signature génétique distincte chez le ravageur au Québec, et les trois populations testées n’ont pas présenté de préférence marquée pour une plante hôte, hormis la population issue du champ de carotte. Ces résultats suggèrent une capacité de dispersion limitée du charançon de la carotte à travers l’Amérique du Nord. / The carrot weevil (Listronotus oregonensis) is a major pest of apiaceae crops in North America. An upsurge in damage has been observed in recent years, despite all the control measures deployed. This study aimed to determine the genetic structure of carrot weevil populations in North America and to assess the role of geographic distance and host plants on their level of genetic differentiation. The olfactory preference of carrot weevils for the host plant on which the populations were collected was also analyzed. The characterization of the genetic structure of L. oregonensis was based on the discrimination of haplotypes (COI mtDNA) and nucleotides (SNPs) by genotyping-by-sequencing (GBS). Eighteen populations including 220 individuals were sampled in Quebec, Ontario, Nova Scotia (Canada) and Ohio (United States). Olfactometry examined the olfactory response of three populations in Quebec (195 females) according to four host plants (carrot, celery, celeriac and parsley). Our results showed that geographic distance was an important factor in genetic differentiation between the regions sampled. GBS analyzes identify Nova Scotia as the most differentiated region of all populations, unlike COI mtDNA analyzes, which suggest recent differentiation. The host plant did not demonstrate a distinct genetic signature in Quebec, and the three populations tested did not show a marked preference for a host plant, apart from the carrot field population. Finally, these results suggest limited dispersal of the carrot weevil across North America.

Réalisé en cotutellle avec Gaétan Bourgeois et avec la participation de Guy Boivin, d'Agriculture et Agroalimentaire Canada, du Centre de Recherche et Développement en Horticulture à Saint-Jean-sur-Richelieu, QC J3B 3E6, Canada / On dénombre divers modèles de simulation de la mouche du chou (Delia radicum L.), mais plusieurs comportent d’importantes lacunes au niveau des différences génotypiques de l’insecte et des paramètres utilisés. L’objectif principal de ce projet est de rassembler les informations manquantes afin de créer dans le futur un modèle bioclimatique permettant de simuler efficacement la dynamique des populations de ce ravageur. L’effet de la température et de l’humidité du sol a été mesuré sur les œufs et les larves de la mouche du chou. L’humidité n’influence la survie des œufs qu’en dessous de 25% [m/m]. L’exposition graduelle des œufs à des températures élevées au dessus de 33°C affecte également la survie. La survie des larves augmente avec la hausse des températures et de l’humidité. Nous croyons que la mouche du chou est bien adaptée aux conditions des sols organiques au Québec, et nous recommandons l’intégration de la température du sol pour les stades au sol plutôt que de l’air dans l’élaboration d’un nouveau modèle. La ponte a également été étudiée à partir de différents critères préétablis pour chacun des génotypes hâtifs et tardifs, à différentes températures. Excepté pour la pré-oviposition qui est plus longue chez les hâtifs, aucune différence n’a été observée entre les génotypes. La majorité des critères, excepté la durée d’un épisode de ponte et la mortalité des œufs, a réagit à la température. Les nouvelles informations serviront à l’élaboration ou le perfectionnement d’un modèle de simulation de la dynamique de la ponte de la mouche du chou. / Few simulation models for the cabbage maggot (Delia radicum L.) had been seen, but several include significant weaknesses for the insect genotypic differences and parameters used. The main objective of this project is to collect the missing information to create, in the future, a bioclimatic model that will efficiently simulate the dynamics of the populations of this pest. The effect of soil temperature and moisture had been measured on eggs and larvae of the cabbage maggot. Humidity affects egg survival below 25% [w/w]. Gradual exposure of eggs to high temperature above 33°C also affects survival. Under tested conditions, larvae survival increases with rising temperatures and humidities. We believe that the maggot is well adapted to muck soil in Quebec, and we recommend to incorporated soil temperature rather than air temperature for above-ground stages into the development of a new model. Egg-laying activity has also been studied from various pre-established criterions for each of the early- and late-emerging genotypes, at different temperatures. Except for the pre-oviposition which is longer for the early genotype, no differences were observed between genotypes. The majority of criterions, except for the duration of oviposition bouts and egg mortality, responded to temperature. The new information will be used for the preparation and development of a simulation model of the egg-laying dynamic of the cabbage maggot.

Ce projet de recherche évalue la réponse à court terme de coléoptères phloeophages et xylophages (Cerambycidae et Scolytinae) à différentes intensités de coupes partielles (0, 25 et 40% de la surface terrière prélevée) afin de déterminer la viabilité de cette méthode sylvicole en forêt boréale. Disposant de 12 parcelles expérimentales (4 répétitions pour chaque intensité de coupe) dans une sapinière à bouleau blanc située au sud de la forêt boréale (Québec, Canada), nous avons évalué l’abondance, la diversité ainsi que l’établissement (taux d’attaque) de ces deux groupes d’insectes, et ce dès la première année suivant la coupe. L’échantillonnage a été réalisé à l’aide de pièges à interception multidirectionnelle et de l’écorçage de sections de 3 espèces d’arbres exposées dans l’ensemble des parcelles. Nos résultats montrent une plus grande activité/abondance des deux taxons (abondance 5 à 6 fois plus élevée) ainsi qu’une composition en espèces différente et plus diversifiée dans les peuplements partiellement coupés (25 et 40%). De plus, la présence et la distribution d’espèces colonisant habituellement des hôtes affaiblis (e.g., Trypodendron lineatum, Rhagium inquisitor) – et pouvant donc réduire la valeur économique d’arbres résiduels – a été recensée et semble être favorisée entres autres par l’ouverture de la canopée et des blessures physiques faites aux arbres pendant les opérations sylvicoles. Par ailleurs, l’approche combinant différentes techniques d’échantillonnage a permis une meilleure compréhension des mécanismes de localisation/sélection d’hôte (variant en fonction de l’espèce), un aspect important de la dynamique des insectes pour l’évaluation des risques suite aux coupes forestières. Sur la base de cette étude à court terme, il ne semblerait pas y avoir de différence significative sur les risques pour le milieu quant à l’augmentation d’activité des Cerambycidae et Scolytinae entre les deux traitements de coupe appliqués. Il reste cependant indispensable de vérifier la validité de ces résultats sur une plus longue période afin d’établir des plans d’aménagement forestier durables pour la forêt boréale. / To evaluate the viability of partial cuts, short-term responses of phloeophagous and xylophagous beetles (Cerambycidae and Scolytinae) following different partial cut treatments (0, 25 and 40% of basal area cut) were determined in a balsam fir–white birch boreal forest in Quebec, Canada. Each treatment was replicated 4 times totaling 12 experimental stands. The summer following treatments, abundance and diversity of targeted beetle groups along with their establishment (attack rates) in partially cut stands were assessed with passive flight- interception traps and bark dissection of exposed, freshly cut boles from three tree species. Greater activity/abundance from both taxa were detected (abundance 5 to 6 times larger) along with a different and more diversified species composition in partially cut stands (25 and 40%). The presence and distribution of species that usually colonize weakened host trees (e.g., Trypodendron lineatum, Rhagium inquisitor) – and can thus reduce stands economic value for future harvest operations – were influenced by canopy openness and injuries on residual trees made during silvicultural operations. Furthermore, combining diverse sampling techniques allowed us to observe different host-selection patterns (random landing vs. primary attraction) given our multi-scale experimental approach, which we found to vary between insect species. Understanding these mechanisms for such beetle groups are important to evaluate stand vulnerability following partial cuts and predict impacts and risks in a given environment. While the 40% partial cuts remove additional wood volume, we found no significant increase in beetle activity between the 25 and 40% treatment. Though partial cuts render treated stands more vulnerable to greater Cerambycidae and Scolytinae attacks, further studies must be done to confirm this trend in longer term if proper boreal forest management plans are to be drawn.

Les femelles parasitoïdes exploitant un agrégat d’hôtes doivent ajuster leurs comportements en fonction des facteurs environnementaux auxquels elles sont soumises, dont la présence de compétiteurs dans l’environnement. L’objectif de cette étude est de mesurer les impacts de la compétition sur les stratégies d’exploitation d’agrégats chez deux espèces de parasitoïdes non agressives. Les espèces Trichogramma pintoi et T. minutum (Hymenoptera : Trichogrammatidae), des parasitoïdes d’œufs de lépidoptères, furent utilisées et leurs temps de résidence dans l’agrégat, leurs mécanismes de prise de décision et le sexe des descendants alloués furent mesurés en l'absence de compétition et en situation de compétition directe et indirecte, intra- et interspécifique. Trichogramma pintoi privilégie une stratégie générale basée uniquement sur la qualité perçue de l’agrégat. À l’inverse, T. minutum privilégie une stratégie adaptée au type de la compétition (directe ou indirecte) et à la nature des compétiteurs (intra ou interspécifiques), sans égards à la qualité de l’agrégat. La distinction de ces deux stratégies amène des perspectives de recherche intéressantes sur les impacts de la compétition à l’échelle du paysage, et est d’un intérêt certain pour ceux voulant améliorer l’efficacité des programmes et des élevages de masse utilisés en lutte biologique. / Female parasitoids must adjust their behavior in response to different environmental factors when foraging for hosts. One of the most important factors they must cope with is the presence of competitors in their environment. The objective of this study is to measure the effects competition has on the foraging strategies of non-aggressive parasitoids. We used the species Trichogramma pintoi and T. minutum (Hymenoptera: Trichogrammatidae), two egg parasitoids of lepidoteran species. We measured patch residence times, patch-leaving mechanisms and progeny sex allocation of females foraging alone, and of females foraging under direct or indirect, intra- or interspecific competition. Trichogramma pintoi females favoured a general strategy entirely based on the perceived quality of the patch, whereas T. minutum females favoured a strategy that was adapted to the type of competition (direct or indirect) and to the nature of the competitors (intra- or interspecific) they were subjected to, with no regards for the quality of the patch. The distinction between these two strategies brings forth interesting research opportunities regarding the effects of competition at the landscape level, and should be of interest for biological control practitioners wishing to increase the efficacy of biological control programs and of commercial mass rearings.

On dénombre divers modèles de simulation de la mouche du chou (Delia radicum L.), mais plusieurs comportent d’importantes lacunes au niveau des différences génotypiques de l’insecte et des paramètres utilisés. L’objectif principal de ce projet est de rassembler les informations manquantes afin de créer dans le futur un modèle bioclimatique permettant de simuler efficacement la dynamique des populations de ce ravageur. L’effet de la température et de l’humidité du sol a été mesuré sur les œufs et les larves de la mouche du chou. L’humidité n’influence la survie des œufs qu’en dessous de 25% [m/m]. L’exposition graduelle des œufs à des températures élevées au dessus de 33°C affecte également la survie. La survie des larves augmente avec la hausse des températures et de l’humidité. Nous croyons que la mouche du chou est bien adaptée aux conditions des sols organiques au Québec, et nous recommandons l’intégration de la température du sol pour les stades au sol plutôt que de l’air dans l’élaboration d’un nouveau modèle. La ponte a également été étudiée à partir de différents critères préétablis pour chacun des génotypes hâtifs et tardifs, à différentes températures. Excepté pour la pré-oviposition qui est plus longue chez les hâtifs, aucune différence n’a été observée entre les génotypes. La majorité des critères, excepté la durée d’un épisode de ponte et la mortalité des œufs, a réagit à la température. Les nouvelles informations serviront à l’élaboration ou le perfectionnement d’un modèle de simulation de la dynamique de la ponte de la mouche du chou. / Few simulation models for the cabbage maggot (Delia radicum L.) had been seen, but several include significant weaknesses for the insect genotypic differences and parameters used. The main objective of this project is to collect the missing information to create, in the future, a bioclimatic model that will efficiently simulate the dynamics of the populations of this pest. The effect of soil temperature and moisture had been measured on eggs and larvae of the cabbage maggot. Humidity affects egg survival below 25% [w/w]. Gradual exposure of eggs to high temperature above 33°C also affects survival. Under tested conditions, larvae survival increases with rising temperatures and humidities. We believe that the maggot is well adapted to muck soil in Quebec, and we recommend to incorporated soil temperature rather than air temperature for above-ground stages into the development of a new model. Egg-laying activity has also been studied from various pre-established criterions for each of the early- and late-emerging genotypes, at different temperatures. Except for the pre-oviposition which is longer for the early genotype, no differences were observed between genotypes. The majority of criterions, except for the duration of oviposition bouts and egg mortality, responded to temperature. The new information will be used for the preparation and development of a simulation model of the egg-laying dynamic of the cabbage maggot. / Réalisé en cotutellle avec Gaétan Bourgeois et avec la participation de Guy Boivin, d'Agriculture et Agroalimentaire Canada, du Centre de Recherche et Développement en Horticulture à Saint-Jean-sur-Richelieu, QC J3B 3E6, Canada

Ce projet de recherche évalue la réponse à court terme de coléoptères phloeophages et xylophages (Cerambycidae et Scolytinae) à différentes intensités de coupes partielles (0, 25 et 40% de la surface terrière prélevée) afin de déterminer la viabilité de cette méthode sylvicole en forêt boréale. Disposant de 12 parcelles expérimentales (4 répétitions pour chaque intensité de coupe) dans une sapinière à bouleau blanc située au sud de la forêt boréale (Québec, Canada), nous avons évalué l’abondance, la diversité ainsi que l’établissement (taux d’attaque) de ces deux groupes d’insectes, et ce dès la première année suivant la coupe. L’échantillonnage a été réalisé à l’aide de pièges à interception multidirectionnelle et de l’écorçage de sections de 3 espèces d’arbres exposées dans l’ensemble des parcelles. Nos résultats montrent une plus grande activité/abondance des deux taxons (abondance 5 à 6 fois plus élevée) ainsi qu’une composition en espèces différente et plus diversifiée dans les peuplements partiellement coupés (25 et 40%). De plus, la présence et la distribution d’espèces colonisant habituellement des hôtes affaiblis (e.g., Trypodendron lineatum, Rhagium inquisitor) – et pouvant donc réduire la valeur économique d’arbres résiduels – a été recensée et semble être favorisée entres autres par l’ouverture de la canopée et des blessures physiques faites aux arbres pendant les opérations sylvicoles. Par ailleurs, l’approche combinant différentes techniques d’échantillonnage a permis une meilleure compréhension des mécanismes de localisation/sélection d’hôte (variant en fonction de l’espèce), un aspect important de la dynamique des insectes pour l’évaluation des risques suite aux coupes forestières. Sur la base de cette étude à court terme, il ne semblerait pas y avoir de différence significative sur les risques pour le milieu quant à l’augmentation d’activité des Cerambycidae et Scolytinae entre les deux traitements de coupe appliqués. Il reste cependant indispensable de vérifier la validité de ces résultats sur une plus longue période afin d’établir des plans d’aménagement forestier durables pour la forêt boréale. / To evaluate the viability of partial cuts, short-term responses of phloeophagous and xylophagous beetles (Cerambycidae and Scolytinae) following different partial cut treatments (0, 25 and 40% of basal area cut) were determined in a balsam fir–white birch boreal forest in Quebec, Canada. Each treatment was replicated 4 times totaling 12 experimental stands. The summer following treatments, abundance and diversity of targeted beetle groups along with their establishment (attack rates) in partially cut stands were assessed with passive flight- interception traps and bark dissection of exposed, freshly cut boles from three tree species. Greater activity/abundance from both taxa were detected (abundance 5 to 6 times larger) along with a different and more diversified species composition in partially cut stands (25 and 40%). The presence and distribution of species that usually colonize weakened host trees (e.g., Trypodendron lineatum, Rhagium inquisitor) – and can thus reduce stands economic value for future harvest operations – were influenced by canopy openness and injuries on residual trees made during silvicultural operations. Furthermore, combining diverse sampling techniques allowed us to observe different host-selection patterns (random landing vs. primary attraction) given our multi-scale experimental approach, which we found to vary between insect species. Understanding these mechanisms for such beetle groups are important to evaluate stand vulnerability following partial cuts and predict impacts and risks in a given environment. While the 40% partial cuts remove additional wood volume, we found no significant increase in beetle activity between the 25 and 40% treatment. Though partial cuts render treated stands more vulnerable to greater Cerambycidae and Scolytinae attacks, further studies must be done to confirm this trend in longer term if proper boreal forest management plans are to be drawn.