The Quaternary climate has known dramatic global variations oscillating between long glacial and shorter interglacial periods of approximately 100 000 and 20 000 years, respectively with the last succession as an example. During the glacial episodes the continental ice sheet expansion and sea level drop, in turn, have locally disturbed the environment (at least in the northern hemisphere). These climatic and environmental disturbances caused changes in the geographic distributions of animal and plant species. For each species, the changes possibly took the form of demographic events like population extinction or fragmentation associated with genetic bottlenecks (loss in genetic diversity) and, inversely, population expansions sometimes with inherent founder effects (stochastic sampling of the source genetic diversity) and/or contact between diverged groups (secondary contact zone) resulting in genetic diversity gradients through the geographic range of the species. We therefore understand that the demographic history of a species can be reconstruct through the investigation of genetic signature(s) it possibly left and that are still observed in the genome of that species. For European taxa, phylogeographic studies taking advantage of these signatures have mainly focused their attention on temperate species; pieces of knowledge for species adapted to cold environments are too scarce although their response to climate change could not only simply follow an inverse tendency compare to temperate climate species.<p><p>As a whole, this thesis project intended to study the evolutionary history of four sister species of cold-adapted leaf beetles investigating their response to past global climatic changes. The four species share many traits (life cycle, dispersal capacity, morphology, feeding behavior.) but their geographic distributions differ, further calling for interest in the factors that shaped them. Furthermore, leaf beetles are specialist insect herbivores each feeding only on one or a few different plant species. This host plant specialization offers an additional dimension to the study of climatic change impacts to understand the evolution of the insect-host relationship. The study of this species complex thus also aimed at understanding processes like speciation possibly driven through diet specialization. The project connects three main axes briefly described here after.<p><p>The first axe of the project allowed us to gain sufficient knowledge of the four species sub-genus Goniomena (Chrysomelidae, Gonioctena). We have defined some important barriers separating each four species among them. The analysis of five independent molecular markers sequences obtained for many individuals sampled through the entire species ranges allowed us to characterize four genetically distinct groups corresponding to the four species, to precisely identify their host plant(s) and their geographic distribution. The second axe was realized on the same multi-locus dataset and aimed at exploiting an array of methods to reconstruct the demographic history of the four species; the methods consist of some commonly used and some promising ones used in synergy hoping to strengthen our interpretations on the species history. For this purpose, we combined the species distribution modeling (SDM) techniques to infer current and past geographic range for the leaf beetles and for their host(s) in order to generate the most realistic historical hypotheses. Subsequently, the different hypotheses were evaluated with two different complementary approaches, Approximate Bayesian Computation (ABC) and a spatial coalescence simulation-based method, allowing for outputs comparison. Finally, the third axe focus on the study of a commonly used program designed for demographic parameters inference (including divergence times, effective populations sizes, migration rates). We created non-empiric datasets obtained with three largely used simulation programs to investigate the inference performances of the program.<p><p>We hope this project will help to better understand the way species currently present in cold environments in Europe responded to climatic changes. It certainly demonstrated and allowed to isolate some specific character of such respons while suggesting certain common patterns. Our findings are rich and varied; the current distribution of genetic diversity in the four sister species of leaf beetles involves processes like introgression and hybridization, competition and invasion, allopatric and possibly sympatric speciation, dispersal limitation and response differentiation against climatic changes. In the light of our results, further investigations are encouraged; the mechanisms driving or underlying the different speciation settings, the host plant specialization, the niche differentiation and the hybridization in secondary contact zones are planned to be investigated with biological material and analytic resources we already own. Practically, we explored promising analyses procedures using the resources of our multilocus multispecies dataset. All along, we emphasize on the need to work with multispecies empiric datasets at least equivalent to the one in this project (number of molecular markers investigated and sample sizes) if the aim is to study the evolutionary history of a species. We also caution on certain methodological limitations that need to be considered to enlighten a study project from experimental design to result interpretation.<p>/Durant le Quaternaire, le climat de la Terre entière a été marqué par des oscillations importantes entre périodes glaciaires relativement longues et interglaciaires plus courtes d’environ 100 000 et 20 000 ans, respectivement, si l’on prend l’exemple de la dernière succession. Pendant les épisodes glaciaires, la calotte glaciaire continentale et la baisse du niveau des mers et des océans ont, à leur tour, affecté localement les conditions environnementales, au moins en ce qui concerne l’hémisphère nord. Ces perturbations climatiques et environnementales ont provoqué des changements dans la distribution géographique des espèces animales et végétales. Spécifiquement, ces changements ont pris la forme d’événements démographiques tels que l’extinction ou la fragmentation des populations associées à des goulots d’étranglements (réduction de la diversité génétique) ou, à l’inverse, des expansions de populations parfois accompagnées d’un effet fondateur (échantillonnage aléatoire à partir de la diversité génétique source) et/ou de la rencontre subséquente entre des groupes génétiquement différenciés (zone de contact secondaire) résultant en des gradients de diversité génétique à travers toute la distribution actuelle de l’espèce. On comprend dès lors que l’histoire démographique d’une espèce peut être reconstruite en étudiant les signatures qu’une telle histoire a pu laisser dans son génome. En ce qui concerne les taxa européens, les études phylogéographiques, qui utilisent ces signatures, se sont principalement intéressées aux espèces des régions tempérées; les connaissances acquises dans le domaine pour les espèces adaptées aux environnements plus froids sont plus rares bien que leur réponse envers les changements climatiques pourrait ne pas simplement avoir une tendance inverse par rapport à celle des espèces tempérées.<p><p>Dans son ensemble, l’objectif du présent projet de thèse est d’étudier l’histoire évolutive d’un groupe de quatre espèces sœurs de chrysomèles adaptées à un environnement froid dans le but de comprendre leur réponse face aux changements climatiques passés. Les quatre espèces partagent de nombreux traits en commun (cycle de vie, capacité de dispersion, morphologie générale) mais présentent des distributions géographiques qui se différencient incitant encore plus à s’intéresser aux facteurs qui ont pu les structurer. De plus, les chrysomèles sont des insectes herbivores très spécialisés, chaque espèce d’insecte ne se nourrissant que d’une ou quelques espèces de plantes bien précises. Cette spécialisation ajoute une dimension supplémentaire à l’étude de l’impact des changements climatiques pour comprendre l’évolution de la relation insecte-plante hôte. L’étude de ce complexe d’espèces avait donc également pour but de comprendre des processus tels que ceux de spéciation qui a pu être induite via une spécialisation alimentaire ou de séparation géographique suite à un changement des distributions. Le projet s’articule autour de trois axes décrits ci-dessous.<p><p>Le premier axe du projet a permis d’acquérir une connaissance plus fine des quatre espèces de chrysomèle appartenant au sous-genre Goniomena (Chrysomelidae, Gonioctena). Nous avons défini les barrières importantes séparant les quatre espèces. L’analyse des séquences d’ADN de cinq marqueurs moléculaires indépendants obtenues pour un grand nombre d’individus échantillonnés sur toute l’aire de répartition de chacune des quatre espèces nous a permis de définir quatre groupes génétiquement distincts, d’identifier précisément leur(s) espèce(s) de plante(s) hôte(s) ainsi que leur distribution géographique. Le second axe a été réalisé sur le même jeu de données multilocus et avait pour but d’exploiter un éventail de méthodes communément utilisées ainsi que d’autres prometteuses en étude phylogéographique dont on exploite la synergie afin de renforcer les interprétations concernant l’histoire de chaque espèce. Pour cela, nous avons combiné la modélisation des distributions passées et présentes des quatre espèces et de leur(s) plante(s) hôte(s) pour générer des hypothèses les plus réalistes possibles. Ensuite, les différentes hypothèses historiques ont été évaluées via deux approches différentes, une méthode d’approximation de calcul bayésien approché (Approximate Bayesian Computation, ABC) et une autre basée sur des simulations spatiales de coalescence, permettant d’ensuite comparer les résultats. Enfin, avec le troisième axe, nous nous sommes intéressés à un programme d’inférence de paramètres démographiques (temps de divergence, taille effective des populations, taux de migration) communément utilisé. Nous avons créés des jeux de données non empiriques, construits avec trois simulateurs également très répandus dans les analyses de génétique des populations, pour explorer les performances d’inférence du programme.<p><p>Nous espérons que ce projet va aider à mieux comprendre la façon dont les espèces adaptées à un climat froid en Europe répondent aux changements climatiques. Il a démontré et permis d’isoler des traits spécifiques dans ces réponses tout en suggérant néanmoins certains schémas communs. Nos résultats sont riches et variés; la distribution contemporaine de la diversité génétique chez les quatre espèces soeurs de chrysomèle implique des processus tels que l’introgression et l’hybridation, la compétition et l’invasion, la spéciation allopatrique et sympatrique, le potentiel de dispersion et la différentiation des réponses aux changements climatiques. Au vu de ces résultats, d’autres recherches sont envisagées; les mécanismes donnant lieu ou sous-jacents aux différents types de spéciation, à la spécialisation alimentaire, à la différentiation de niche et à l’hybridation dans les zones de contact secondaire seront explorés à l’aide de matériel biologique et de ressources analytiques déjà acquises. En pratique, nous avons réalisé notre étude en explorant des procédures d’analyses prometteuses tout en exploitant les ressources d’un jeu de données multi-locus et multi-espèces. Tout au long du projet, nous mettons l’accent sur la nécessité de travailler avec des jeux de données empiriques multi-espèces au moins équivalents à celui de ce projet (en termes de nombre de marqueurs, de taille d’échantillons) si on vise à réaliser une telle étude sur l’histoire évolutive d’une espèce. Nous mettons également en garde sur certaines limites méthodologiques qui doivent être considérées pour la conception d’un projet d’étude allant de la mise en œuvre expérimentale jusqu’à l’interprétation des résultats.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Anredera cordifolia (Basellaceae), Madeira vine, is a perennial, semi- succulent climber native from Paraguay to southern Brazil and northern Argentina. It has a history of weediness and difficulty of control once established. In South Africa Madeira vine has a wide range and distribution with altitudes ranging from 10-1800m above sea level. Described as a transformer species, its sheer weight is capable of breaking branches off trees, causing the potential collapse of forest canopies. Chemical and mechanical control methods are expensive, labour intensive and may provide only temporary relief. A biological control programme was therefore initiated in 2003. Cf Phenrica sp. 2 (Coleoptera: Chrysomelidae: Alticinae), was field collected from A. cordifolia in Brazil, SSW of Cascavel in the Paraná Province during a survey in November 2003. Eggs are laid in groups of 16 with the average fertility rate being 89%. After going though three larval instars, the larvae pupate in the soil with the adults eclosing after a period of 17 days. The total developmental time for a generation from egg to egg ranges between 7-8 weeks. Biological traits that favour the flea beetle as a possible biological control agent include long-lived adults (up to 5 months) and multiple generations during the summer period. Both adults and larvae feed extensively on leaves and stems and although developmental rates will slow down during the winter period, no indication of a definite diapause was found under the prevailing laboratory conditions. After completing the larval no-choice trials with twenty-six plant species from 14 plant families Phenrica sp. 2 proved to be adequately host specific, as larval development was only supported by 3 Basellaceae species (including the control A. cordifolia) and one Portulacaceae species. All of these are introduced species in South Africa. The only indigenous Basella species could not be tested as it has a very marginal distribution, and because it’s inconspicuous nature, it is seldom seen or collected. Adult multi-choice trials were restricted to species that could sustain larval development to give some indication of the acceptability of these species for adult feeding and oviposition. Although adult feeding was initially concentrated on B. alba, the oviposition preference was clear-cut as females only oviposited on A. cordifolia. In order to quantify the impact of Phenrica sp. 2 on plant biomass and to assess the incidence and intensity of foliar damage, a pair of adults was confined to the host plant, for 2 generations, with different levels of larval densities. The results indicated that the host plant, due to both larval and adult feeding, suffered leaf losses of up to 55%. Anredera cordifolia was however still capable of enlarging the root mass despite suffering huge leaf losses. This would imply that A. cordifolia has an effective re-growth capacity and it will only be vulnerable to attack of the storage organs that enable re-growth, or to repeated attack of other plant parts through which reserves are exhausted. Unfortunately the period of exposure (24 days) was too short to prove that Phenrica sp. 2 impacts on the below ground dry mass, but should the plant be completely defoliated, as was observed in the field, the host plant would be forced to deplete stored resources. Phenrica sp.2 has shown to be very host specific and although A.cordifoia loses its leaves during the winter period in most provinces in South Africa, the adults are long-lived and should be able to survive the leafless periods. Further more the relatively short life cycle, high fecundity and 3 generations per year should theoretically insure a strong population build-up that would improve the chances of establishment in the field. All indications are that Phenrica sp. 2 is an agent well worth considering for the biological control of A. cordifolia.

An important goal of biology is to understand the key mechanisms of evolution underlying the diversity of living organisms on Earth. In that respect, the recent innovations in the field of new generation sequencing technologies (NGS) are bringing new and exciting opportunities. This thesis presents results obtained with these tools in the specific context of the study of two sister species of cold-adapted leaf beetles, Gonioctena intermedia and G. quinquepunctata. More specifically, this work is focused around four research directions: the two first explore methods of statistical inference using a spatially explicit model of coalescence, by (1) evaluating the potential of various summary statistics to discriminate phylogeographic hypotheses, and (2) investigating the dispersal abilities of a montane leaf beetle, G. quinquepunctata, using an original method that avoids using summary statistics. The third research direction focuses on the adaptation to cold conditions in this montane leaf beetle, by testing the association between genetic polymorphism across tens of thousands of genetic markers and altitude in samples collected at various elevation levels in the Vosges (France). Finally, the fourth, and last, research axis presents the discovery of mitochondrial heteroplasmy, i.e. the presence in an individual of multiple copies of the mitochondrial genome, in natural populations of G. intermedia. We illustrate, here, how NGS technologies could help identify this phenomenon, probably underestimated in animals, on a large scale. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Parthenium hysterophorus (Asteraceae), classified as an emerging weed in South Africa, has become abundant throughout large parts of southern and eastern Africa. In South Africa it has invaded areas in KwaZulu-Natal, Mpumalanga, the North West Province and Limpopo. A biological control programme against parthenium weed was launched in South Africa in 2003, based on the success achieved in Australia. Zygogramma bicolorata, a leaf-feeding beetle native to Mexico, was imported into South Africa via Central Queensland, Australia where it was released in the 1980s. This thesis examines aspects of the thermal physiology of Z. bicolorata which, in conjunction with its native and exotic geographical distribution, was used to predict the potential distribution of the agent in South Africa, in relation to climate. To determine Z. bicolorata’s physiological capability, several physiological parameters were examined for mechanistic modelling purposes. These parameters included the beetle’s lethal thermal limits, critical thermal limits, lethal humidities (Chapter 2) and developmental rate at constant temperatures (Chapter 3). In Chapter 4, these physiological parameters were entered into the dynamic modelling program CLIMEX (CLIMEX programme ver. 2, CSIRO Entomology ©) and a map of the areas that are acceptable for the establishment of Z. bicolorata was produced. The CLIMEX model predicted that most of South Africa is favourable for the establishment of the beetle, except in the west of the country and in the north of Lesotho, extending into South Africa. All areas in which parthenium currently occurs were predicted to be very favourable for Z. bicolorata establishment and proliferation. Optimal release sites aimed at initial establishment were earmarked at three areas in the northeastern part of South Africa (Jozini, Ndumu Game Reserve and along the road from Swaziland to Mozambique). It is concluded that Z. bicolorata is climatically suited to South Africa, increasing the likelihood that populations will establish and proliferate when released. / Thesis (M.Sc.)-University of KwaZulu-Natal, Pietermaritzburg, 2008.

Parmi les modes de communication les plus exploités chez les insectes, la communication chimique figure en bonne place. D’ailleurs, la recherche moderne consacrée aux signaux chimiques émis et perçus par les individus d’une même espèce n’a de cesse de se développer depuis plus de 50 ans. A travers ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés à ces phéromones associées au comportement sexuel de Gastrophysa viridula (Coleoptera :Chrysomelidae). Nous avons menés, dans ce cadre, plusieurs bioessais comportementaux liés pour la plupart à des analyses chimiques par chromatographie gazeuse couplée à une spectrométrie de masse (GC-MS).<p>La fonction la plus évidente de la phéromone sexuelle de G. viridula est l’induction du comportement sexuel mâle. Cet « aphrodisiaque », probablement constitué de plusieurs composés cuticulaires (des alcanes méthylés lourds), est émis par la femelle et déclenche par contact la sortie de l’édéage des mâles. Etonnamment, ces composés se retrouvent aussi chez les mâles de G. viridula dont le comportement sexuel est alors induit au contact de composés cuticulaires mâles. Ceci constituerait la cause proximale des comportements homosexuels observés chez les mâles de G. viridula. Nous avons ensuite étudié le rôle des composés cuticulaires dans l’isolement sexuel entre G. viridula et G. cyanea. Le comportement sexuel des mâles des deux espèces est en effet induit préférentiellement par les femelles conspécifiques. Pour G. viridula, cette préférence est visiblement attribuable aux composés cuticulaires. Enfin, les signaux chimiques sont parfois indicateurs du degré de compétition spermatique rencontré par un mâle et permettent à celui-ci d’ajuster la quantité de spermatozoïdes transmis à une femelle. Avant d’étudier l’implication de tels signaux chez G. viridula, nous avons souhaité mettre en évidence un ajustement de la quantité de spermatozoïdes transmis par des mâles soumis à divers degrés de compétition spermatique. Nos résultats ne nous permettent malheureusement pas de signaler un tel effet.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Ce travail s’intègre dans le cadre général de l’étude de l’écologie chimique des insectes dont il aborde deux aspects distincts.<p><p>Dans la première partie de cette thèse, nous avons étudié l’origine biogénétique des glycosides triterpéniques présents dans la sécrétion défensive de Platyphora kollari.<p>A cet effet, nous avons développé des schémas de synthèse originaux pour préparer la [2,2,3-2H3]&61537;-amyrine [48] et l’acide [2,2,3-2H3]oléanolique [56].<p> <p>Ces précurseurs marqués au deutérium ont ensuite été incorporés chez Platyphora kollari. Après incorporation, l’analyse des sécrétions par HPLC-ESIMS ont montré que cette espèce transforme efficacement l’acide oléanolique [34] en le glycoside triterpénique [27]. Par ailleurs, l’&61537;-amyrine [36] est beaucoup moins bien incorporée dans ce glycoside que la & / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished