Abstract :Bluetongue (BT) is a vector-borne infectious disease primarily transmitted to even- toed ungulates by the bite of several Culicoides species. The global distribution of BT can be attributed to the ubiquity of its vectors and its rapid spread, likely to the enhancement of human activities (intensification of animal production, trans- port, changing habitat). During the last decades, BT established in Southern Europe and more recently emerged in Northern Europe, causing the death of millions of domestic ruminants. On the same time, a Belgian research project has been set up to develop remote-sensing tools to study the EPidemiology and Space-TIme dynamicS of infectious diseases (EPISTIS). In that general framework, this thesis aimed to study the space-time distribution of the main Culicoides vectors occurring in Italy and Belgium, at two different scales. Firstly, we aimed to clarify the role of several eco-climatic factors on the regional-scale distribution of C. imicola in time, based on weekly samplings achieved throughout Italy from 2001 to 2006 and to develop an easy-to-use and reproducible tool, which could be widely validated on the basis of former vector sampling and freely accessible remote-sensing data. Secondly, we aimed to investigate how Culicoides species were distributed in the fine-scale habitat encountered throughout the agro-ecological landscapes of Belgium, while recent studies have suggested that the landscapes configuration could explain the spatial distribution of BT. In the first part, we showed that an autoregressive model where the observed monthly growth rate is predicted by monthly temperature, allowed predicting >70% of the seasonal variability in C. imicola trap catches. The model predicted the seasonality, the altitudinal gradient, and the low populations’ activity taking place during the winter. Incorporating eco-climatic indices such as the Normalized Difference Vegetation Index into the model did not enhance its predictive power. In the second part, we quantified how Culicoides populations are spatially structured in the neighbourhood of farms, and demonstrated the unexpectedly high level of population found in forest. We also showed how four classes of land use could influence the relative abundances of Culicoides species in the agro-ecological landscapes of Belgium. Although in summer, BT vectors were abundant in each of the four classes investigated, their relative abundances varied strongly as a function of sex, species and environmental conditions, and we quantified these variations. Finally, we also presented a new method to quantify the interference between Onderstepoort light traps, and used it to measure their range of attraction for several of the most common BT vectors species in Northern Europe. The model developed on C. imicola in Italy provided enthusiastic perspectives regarding the regional-scale analyses of its distribution in time, although further improvements are nevertheless required in order to assess the broad scale ecology of BT vectors throughout Europe. Mapping the abundances of C. imicola in Sardinia high- lighted an important lack of reliability attributable to the many land use classes that are currently not sampled in the vector surveillance achieved across Europe. Together with the novelties presented in the second part and the recent findings establishing that BT could circulate among wild hosts in both epidemiological systems (i.e. in Southern and Northern Europe), we call for increasing epidemiological and entomo- logical studies at the interface between farms and the surrounding natural habitats. Last, depicting in time the landscape-scale findings for Northern Europe highlighted how dramatic could be the role played by intensive farming practices to maintain BT within the agro-ecological landscapes studied and to facilitate its circulation between them. Quantifying the amplitude of the risk of disease transmission linked to these practices would require a further complex modeling approach accounting simultaneously for the diel activity of hosts, mainly resulting from the farming activities, the diel activities of different vector species and the landscapes configuration found in contrasted agro-ecological systems.<p>Résumé :La fièvre catarrhale ovine (FCO), encore appelée maladie de la langue bleue, est une maladie infectieuse des ruminants transmise par la piqûre d’un vecteur de type moucheron appartenant au genre Culicoides (Diptera :Ceratopogonidae). L’ubiquité de ses vecteurs peut expliquer son succès d’installation à l’échelle globale. Par ailleurs, sa rapide expansion a été grandement facilitée par l’importante activité anthropique (élevage, transport, modification de l’habitat) et peut-être même par les changements climatiques globaux. La FCO a été récemment qualifiée de maladie infectieuse émergente en Europe du fait de (i) son récent établissement dans la région, bien au delà de son aire de répartition traditionnelle, (ii) de sa forte capacité de dispersion affectant chaque jour un nombre plus important d’hôtes et enfin (iii) de sa forte virulence. Après avoir détaillé les caractéristiques majeures des deux principaux foyers de FCO rencontrés en Europe depuis 1998, la présente thèse s’est plus particulièrement intéressée à l’étude de la distribution spatio-temporelle de ses principaux vecteurs dans le sud (partie 1) puis dans le nord (partie 2) de l’Europe, à différentes échelles. Dans la première partie, un modèle discret, spatialement et temporellement explicite, a été développé afin de mesurer l’influence de différents facteurs éco-climatiques sur la distribution de Culicoides imicola, principal vecteur de la FCO dans le Bassin Méditerranéen. Les profils mensuels de distribution rencontrés en Sardaigne durant 6 années consécutives ont ainsi pu être reconstitués, principalement sur base de la température. Une cartographie de l’abondance de C. imicola sur le territoire a permis de mettre à jour le manque d’information sur sa distribution en dehors des exploitations agricoles. Dans la deuxième partie du travail, nous nous sommes penchés sur la distribution spatiale des Culicoides tels qu’on peut les rencontrer au sein de différents paysages agro-écologiques de Belgique. Nous avons ainsi pu décrire la structure adoptée par les populations de Culicoides au voisinage des fermes ainsi que quantifier l’importante population présente dans les forêts avoisinantes. Nous avons par ailleurs montré l’influence de différentes catégories d’utilisation du sol sur l’abondance et la composition en espèces. Enfin, nous avons présenté une méthode permettant de quantifier l’interférence entre des pièges lumineux utilisés dans un même paysage pour échantillonner les populations, et l’avons utilisé afin de mesurer leur rayon d’attractivité sur les espèces vectrices les plus communément rencontrées dans le nord de l’Europe. En guise de conclusion générale et conjointement aux récentes découvertes de cas de FCO au sein de la faune sauvage européenne, nous appelons à réaliser un plus grand nombre d’études éco-épidémiologiques à l’interface entre exploitations agricoles et zones (semi-) naturelles avoisinantes. En outres, les résultats présentés dans la seconde partie ont été mis en relation avec le mode de fonctionnement journalier de nos exploitations agricoles. Nous avons ainsi pu déduire le rôle dramatique joué par les pratiques agricoles intensives dans le maintien du virus de la FCO au sein de nos paysages agro-écologiques, ainsi que dans sa circulation d’un paysage à l’autre. Un cadre de modélisation complexe permettant une analyse simultanée de l’activité nycthémérale des hôtes de la FCO et de ses vecteurs Culicoides en fonction de la configuration des paysages agro-écologiques est néanmoins requis afin de quantifier l’amplitude du risque de transmission de la FCO lié aux pratiques agricoles intensives. / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

African horse sickness virus causes a non-contagious, infectious disease of equids. It is epizootic to sub-Saharan Africa and parts of the Middle East. The epizootics caused by the virus have caused widespread devastation amongst equids worldwide. Fortunately no epizootic has lasted more than 5 years outside of sub- Saharan Africa. It is vectored by species of Culicoides midges (Diptera: Ceratopogonidae) and most importantly by the two Avarita species of C. imicola Keiffer and C. bolitinos Meiswinkel. The literature pertaining to the study and research of the virus, the disease and the vectors is reviewed. Models allowing prediction of future possible outbreaks as well as details of control strategies and findings of researchers are presented and discussed. The virus needs a long term reservoir host in which to overwinter and various theories are discussed. Control measures in South Africa are suggested so that outbreaks of the disease can be reduced. / Thesis (M.Sc.)-University of KwaZulu-Natal, Pietermarizburg, 2008.

Culicoides (Diptera: Ceratopogonidae) are small (<3mm) blood feeding flies. These flies are biological vectors of viruses, protozoa and filarial nematodes affecting birds, humans, and other animals. Among the viruses transmitted those causing bluetongue (BT), African horse sickness (AHS) and epizootic haemorrhagic disease (EHD) are of major veterinary significance. Culicoides (Avaritia) imicola Kieffer, a proven vector of both AHS and BT viruses, is the most abundant and wide spread livestock-associated Culicoides species in South Africa. Field isolations of virus and oral susceptibility studies, however, indicated that a second Avaritia species, C. bolitinos Meiswinkel may be a potential vector of both BT virus (BTV) and AHS virus (AHSV). Differences in oral susceptibility, which are under genetic control, of populations from different geographical areas to viruses may be an indication of genetic differences between these populations, which may be the result of limited contact between these populations. A good knowledge of the distribution, spread and genetic structure of the insect vector is essential in understanding AHS or BT disease epidemiology. In the present study, an effort was made to gather field specimens of both C. imicola and C. bolitinos from different areas within their natural distribution in South Africa. The aim was to partially sequence two mitochondrial genes from these specimens and to analyse the sequence data making use of phylogenetic trees to clarify the genetic relationships between individuals or groups collected from geographically distinct sites. The two species were collected from four geographically separated areas in South Africa viz. Gauteng Province, Eastern Cape Province, Western Cape Province as well as the Free State Province. DNA was extracted from a total of 120 individual midges of the two Culicoides species using DNA extraction kits. Extracted DNA was analysed using PCR, sequencing as well as phylogenetic methods. A total of 117 mitochondrial DNA COI and 104 mitochondrial 16S ribosomal RNA Culidoides</i. sequences were analysed. DNA sequence polymorphism and phylogenetic relationships of various groups of C. imicola and C. bolitinos midges were determined. The results of the phylogenetic analysis of Culicoides populations using mitochondrial COI gene fragment showed that, at least one subpopulation of C. imicola and two distinct genotypes of C. bolitinos species do exist in South Africa, and further analysis is necessary. This study showed that COI has the potential to separate Culicoides midges based on their geography / Dissertation (MSc)--University of Pretoria, 2010. / Veterinary Tropical Diseases / unrestricted

Du fait de changements environnementaux multifactoriels (pression anthropique, climat...), la répartition des vecteurs et des maladies qu'ils transmettent se modifie. La fièvre catarrhale ovine (FCO), arbovirose des ruminants s'étant récemment propagée dans le bassin méditerranéen, constitue un modèle pertinent pour étudier les conditions d'installation d'un vecteur exotique dans un nouvel environnement. Nous proposons ici d'utiliser la télédétection et l'analyse paysagère pour caractériser l'environnement favorable à la FCO et à son principal vecteur, Culicoides imicola, à une échelle locale, en Corse. Pour cela, l'environnement en lien avec les traits de vie du vecteur a été caractérisé au voisinage d'élevages sains ou infectés (approche maladie) et de sites de piégeages où le vecteur est présent ou absent (approche vecteur), en testant trois tailles de voisinage, à partir d'un modèle numérique de terrain, du réseau hydrographique et d'une image à haute résolution spatiale issue du satellite SPOT. La classification de l'image a permis de produire une carte d'occupation du sol à partir de laquelle des indicateurs paysagers reflétant la structure spatiale et la composition de la végétation ont été extraits. Les modèles liant environnement et présence/absence de la maladie ou du vecteur ont été validés en interne et en externe. Les résultats ont confirmé que les milieux favorables au vecteur et à la maladie pouvaient être caractérisés par des facteurs environnementaux autres que climatiques et ont mis en évidence l'importance des indicateurs paysagers aux trois échelles de voisinage. Ils ont montré que les milieux favorables présentaient une diversité et une fragmentation importante. La latitude, pouvant refléter la proximité à la Sardaigne, est également identifiée comme étant une variable liée au risque de présence du vecteur et de la maladie. La plupart des modèles ont présenté une capacité de discrimination élevée rendant possible leur utilisation à des fins de prédictions en Corse et sur d'autres territoires. Ils pourraient notamment servir à cibler les actions de surveillance sur le littoral continental français. Parmi les perspectives de travail, peuvent être envisagées l'application d'une démarche similaire sur les autres espèces de Culicoides impliqués dans la transmission de la FCO, l'intégration de paramètres climatiques, la recherche de nouveaux paramètres issus de données de télédétection et la conception de modèles dynamiques de capacité vectorielle.