Le réchauffement climatique est désormais largement reconnu dans la communauté scientifique. Ces changements sont principalement causés par l'augmentation des gaz à effet de serre, parmi lesquels le dioxyde de carbone (CO2) est considéré comme un gaz majeur. Des études récentes ont montré que les changements abiotiques impacteront l'ensemble de l'écosystème, et plus particulièrement les interactions multitrophiques, qui sont fortement dépendantes de leur environnement.Dans cette étude, nous supposons qu'une augmentation de la concentration de CO2 atmosphérique et de la température moyenne aura un impact sur les interactions entre une plante, un puceron ravageur, la fourmi mutualiste de ce puceron et son ennemi naturel, le syrphe.Les composés organiques volatils étant impliqués dans ces interactions, nous avons d'abord étudié l'impact des deux facteurs abiotiques sur leur émission par deux plantes, Vicia faba et Triticum aestivum et évalué la capacité de la plante à attirer leurs ravageurs, respectivement Aphis fabae et Sitobion avenae. Une élévation de température, couplée ou non au CO2, a impacté les profils volatils de ces deux espèces ainsi que la concentration de composés particuliers de la famille des terpènes et des alcools. Ces modifications n'ont pas eu d'incidence sur le comportement de recherche de nourriture des pucerons, qui ont localisé et choisi indifféremment les plantes cultivées dans des conditions ambiantes ou élevées. Lors de l'infestation, ces profils volatils ont évolué de la même manière dans les différentes conditions climatiques.En secon lieu, nous avons évalué l'impact de la température sur l'interaction mutualiste entre le puceron A. fabae et la fourmi Lasius niger. La température moyenne de 23 °C estimée pour la fin du 21ème siècle renforce cette interaction, par une augmentation des flux de fourmis et leur collecte de miellat. Ces effets positifs sont plus atténués, et l'équilibre de cette interaction semble fragilisé lorsqu'on considère l'un des modèles climatiques les plus pessimistes considérant une augmentation de 6 °C (26 °C).Le miellat de puceron a un rôle prépondérant dans les interactions multitrophiques. La combinaison de la température et de la concentration en CO2 augmente la production de miellat ainsi que sa concentration en saccharose et mélézitose, attractifs pour les fourmis. D'autre part, une concentration élevée de CO2 a eu un impact sur le profil volatil du miellat, mais ces modifications n'ont pas eu d'incidence sur le comportement de ponte du syrphe Episyrphus balteatus, pourtant connu pour utiliser les odeurs de miellat, ainsi que la phéromone d'alarme des pucerons, pour localiser le plus approprié des sites d’oviposition.Pris dans leur ensemble, ces résultats ont démontré que l'augmentation prévue de la température et de la concentration de CO2 aura une influence significative sur les interactions multitrophiques, bien que sa compréhension reste complexe et difficile. / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Dans le lagon de Moorea, en Polynésie Française, nous avons identifié un écosystème constitué de deux producteurs primaires (les cyanobactéries filamenteuses Lyngbya majuscula et Anabaena cf. torulosa), trois mollusques herbivores (Stylocheilus striatus, S. longicauda, et Bulla orientalis), un nudibranche carnivore (Gymnodoris ceylonica) et un crabe carnivore (Thalamita coerulipes). L. majuscula et A. cf torulosa prolifèrent sur de vastes zones jusqu’à épiphyter les coraux ; elles sont des producteurs importants de métabolites secondaires, principalement des lipopeptides cycliques, qui peuvent être toxiques ou répulsifs. Cependant, ces composés n’empêchent pas le lièvre de mer S. striatus de consommer les cyanobactéries. S. striatus, décrit comme un prédateur spécialiste de L. majuscula, est connu pour séquestrer et/ou biotransformer les métabolites secondaires de L. majuscula. Cependant nous avons également observé S. striatus, sur A. cf torulosa où il semble moins exposé à la prédation du nudibranch G. ceylonica que quand il est sur L. majuscula. Dans cet écosystème modèle, nous avons combiné le profilage des métabolomes des deux cyanobactéries et des expériences en écologie dans le but d’étudier le rôle des médiateurs chimiques dans la structuration de cet écosystème ; nous avons complété la caractérisation des profils métaboliques des deux cyanobactéries, étudié les transmissions verticale et horizontale des métabolites secondaires produits par les cyanobactéries le long de la chaine trophique, et étudié le rôle de ces composés dans les relations prédateurs-proies. De A. cf torulosa, nous avons isolé cinq analogues acyliques et deux analogues cyliques des laxaphycines que nous avons caractérisés par RMN (1D et 2D RMN : COSY, TOCSY, HSQC, HMBC, NOESY), spectrométrie de masse (spectrométrie de masse à haute résolution et fragmentation en MSn), ainsi que par dégradation chimique avec la méthode de Marfey. La présence de laxaphycines acycliques n’a jamais été décrite auparavant. Nous avons montré que les peptides de L. majuscula sont séquestrés sans biotransformation par les herbivores, alors que les herbivores présents sur A. cf torulosa biotransforment deux laxaphycines en quatre composés nouveaux que nous avons caractérisés. Il ne semble pas que la séquestration et la biotransformation soient opérées dans le but d’améliorer les défenses chimiques des herbivores mais plutôt comme un mécanisme de tolérance. Nous avons également montré que les mollusques herbivores utilisent les composés produits par les cyanobactéries comme signaux chimiques pour détecter à distance les cyanobactéries et pour le choix de leur nourriture. Ces expériences de choix semblent indiquer que S. striatus et B. orientalis sont des herbivores généralistes bien que l’influence des molécules des cyanobactéries suggère un comportement adaptatif permettant au mollusque de retrouver l’hôte sur lequel il a été prélevé. / In the lagoon of Moorea in French Polynesia, we have identified a relatively simple tropical marine ecosystem consisting of two primary producers (two filamentous cyanobacteria, Lyngbya majuscula and Anabaena cf. torulosa), three herbivorous molluscs (Stylocheilus striatus, S. longicauda and Bulla orientalis), a carnivorous nudibranch (Gymnodoris ceylonica) and a carnivorous crab (Thalamita coerulipes). L. majuscula and A. cf torulosa, that bloom ephemerally across wide sandy areas and even on corals, are prolific producers of secondary metabolites, mainly cyclic lipopeptides, which may either be toxic or act as feeding deterrents to potential consumers. However, these compounds do not prevent the sea hare S. striatus, feeding on cyanobacteria. S. striatus, considered as L. majuscula specialist, is known to sequester and transform some secondary metabolites produced by L. majuscula,. However we found also S. striatus feeding on A. cf torulosa and in this case it was less susceptible to predation by the nudibranch G. ceylonicasa than when it fed on L. majuscula. In the study of this model ecosystem, we combine cyanobacterial metabolome profiling and ecological bioassays in order to study the cascading effects of chemical mediators in multi-trophic relationships; we completed the metabolic profile characterization of the two cyanobacteria, we studied vertical and horizontal transmissions of the cyanobacterial secondary metabolites along the trophic web, and studied the role of these compounds in predator-prey relationships. Focusing our attention on A. cf torulosa we isolated seven new lipopeptides, derived from the known laxaphycins, and characterized them using extensive NMR experiments (1D and 2D NMR: COSY, TOCSY, HSQC, HMBC, NOESY), mass spectrometry (HR-MS and fragmentation by MSn) and Marfey’s advanced method. It is the first time that acyclic analogs of laxaphycins have been described. Although the peptides from L. majuscula are found intact in herbivores, some lipopeptides from A. cf torulosa are biotransformed by sea hares into four new compounds we characterized. The sequestration and biotransformation by the herbivores may be considered as a tolerance mechanism rather than a defense mechanism. We demonstrate also that the herbivores use cyanobacterial compounds as chemical cues for cyanobacteria tracking and feeding choice. Our experiments suggest that S. striatus and B. orientalis are generalist consumers, although the influence of cyanobacterial chemical cues on their foraging preferences may suggest an adaptive behavior enabling the mollusc to track their host of origin.

Comprendre les facteurs favorables à l’établissement et au maintien de proliférations d’algues toxiques et nuisibles est essentiel afin de mieux les prévoir. L’allélopathie, c’est-à-dire la libération de composés qui inhibent les compétiteurs, favorise l’espèce allélopathique et contribue ainsi à modifier la communauté planctonique. Les dinoflagellés toxiques du genre Alexandrium produisent des composés allélopathiques, cependant les interactions allélopathiques sont encore mal comprises. L'objectif de cette thèse était de contribuer à la compréhension des mécanismes d’allélopathie en étudiant l'interaction allélopathique entre A. minutum et la diatomée Chaetoceros muelleri. Les résultats de ces travaux ont mis en évidence que les composés allélopathiques d'A.minutum perturbaient le fonctionnement des membranes des diatomées en quelques minutes. La cascade d'événements physiologiques suivant l'interaction allélopathique comprend des effets tels que la perméabilisation de membranes, l'inhibition de la photosynthèse, la production d'espèces réactives de l'oxygène et la modification de la composition des membranes. Ce projet a mis en évidence le fait que l’allélopathie d’A. minutum est sous contrôle environnemental, son activité s’est accrue d’un facteur 4 en présence de concentrations toxiques de Cu. Enfin, le développement d’un bioessai a facilité la purification des composés allélopathiques par fractionnement guidé. Nous avons isolé un groupe de candidats hydrophobes dont l’activité doit être testée après isolement. Cette thèse propose de nouveaux outils et ouvre de nouvelles perspectives pour étudier les conséquences de ces interactions dans les écosystèmes marins. / Understanding the factors that favor the establishment and the persistance of harmful algal blooms is essential for predicting them. Allelochemical potency, i.e. the release of compounds that inhibit competitors, is hypothesized to favor the organisms that produce them and shape plankton community. The toxic dinoflagellates from the genus Alexandrium produce allelochemicals, however, associated interactions are poorly understood. The objective of this thesis is to contribute to our understanding by studying the mechanisms behind the allelochemical interactions between the A. minutum and the diatom Chaetoceros muelleri. The results of this work have highlighted that A. minutum allelochemicals disrupted membrane functioning of the diatoms within minutes. The cascade of physiological events following the allelochemical interaction that was described here, included permeabilisation of membranes, inhibition of photosynthesis, production of reactive oxygen species and modifications of the biochemical composition of membranes. This project has also highlighted that the allelochemical potency of A. minutum can be significantly modulated by environmental parameters, as allelochemical potency increased 4 times when exposed to toxic concentrations of Cu. Finally, a bioassay developed during this PhD eased the partial isolation of the allelochemicals through fractionation. We isolated a hydrophobic candidates whose activity have to be investigated following their isolation. This PhD provides a better understanding of the cellular mechanisms underlying allelochemical interactions and offers new tools and raises new perspectives to study the consequences of these interactions on marine ecosystems.

Le palmier à huile africain Elaeis guineensis Jacqu. (Arecales : Arecaceae) est une plante tropicale d’intérêt économique et la première source mondiale d’huile végétale. La production d’huile dépend de la pollinisation par des charançons du genre Elaeidobius (Coleoptera : Curculionidae). Ces insectes sont impliqués dans une relation mutualiste spécialisée avec leur plante-hôte : ils se développent au dépend des inflorescences mâles qu’ils détectent par le biais des odeurs émises durant l’anthèse, tandis que les inflorescences femelles sont pollinisées en mimant les odeurs mâles. Une maladie mortelle sévissant en Amérique du sud et qui touche l’E. guineensis a contribué au développement de variétés commerciales d’hybrides interspécifiques, résultat du croisement entre E. guineensis et le palmier à huile sud-américain Elaeis oleifera (Knuth) Cortés. Mais ces hybrides s’avèrent naturellement mal pollinisées et nécessitent l’intervention d’une pollinisation assistée couteuse et contraignante. Cette thèse part de l’hypothèse que la communication chimique qui permet la rencontre entre les deux espèces de palmiers et leurs pollinisateurs respectifs est déficiente chez les hybrides.L’objectif principal de cette thèse a été d’étudier le fonctionnement du système de pollinisation des deux espèces de palmiers afin de comprendre pourquoi les hybrides sont mal pollinisés. L’étude a été conduite dans une plantation commerciale en Equateur, dans laquelle coexistent les deux espèces E. guineensis et E. oleifera avec leur insecte pollinisateur respectif, le charançon africain Elaeidobius kamerunicus Faust. et le charançon sud-américain Grasidius hybridus O’Brien & Beserra (Coleoptera : Curculionidae) et des palmiers hybrides interspécifiques. En utilisant des techniques de piégeages et l’échantillonnages des odeurs florales, nos résultats ont montré le système de pollinisation des deux espèces de palmier est basé sur l’émission d’un signal chimique spécifique et une duperie olfactive, renforcée par un phénomène de thermogénèse. Les deux insectes sont attirés en faible proportion sur les hybrides, qui possèdent une composition chimique intermédiaire à celle des espèces parentales. Des tests physiologiques et comportementaux ont permis d’identifier les composés organiques volatils clés responsables de l’attraction des insectes pollinisateurs.Ce travail devrait contribuer à apporter des connaissances théoriques sur le système de pollinisation du palmier à huile, et permettre d’élaborer des méthodes pratiques de gestion des pollinisateurs afin de réduire les coûts en pollinisation assistée. / The African oil palm Elaeis guineensis Jacqu. (Arecales: Arecaceae) is a tropical plant of economic interest and the world's leading source of vegetable oil. Oil production depends on pollination by weevils of the genus Elaeidobius (Coleoptera: Curculionidae). These insects are involved in a specialized mutualist relationship with the host plant: they develop at the expense of the male inflorescences they detect through the odors emitted during the anthesis, while the female inflorescences are pollinated by mimicking the male odors. E. guineensis is affected by a lethal disease in South America that leads to the development of commercial varieties of interspecific hybrids, resulting from artificial crossing between E. guineensis and the South American oil palm Elaeis oleifera (Knuth) Cortés. However, the natural pollination of these hybrids is inadequate and require the intervention of a costly assisted pollination. This thesis hypothesizes that the chemical communication underlying the successful encountering between each oil palm species and their respective pollinators is deficient in hybrid palms.The main objective of this work was to study the functioning of the pollination system for both oil palm species to understand why natural pollination in hybrids is inefficient. The study was conducted in a commercial plantation in Ecuador, including the two species E. guineensis and E. oleifera present with their respective pollinating insects, the African weevil Elaeidobius kamerunicus Faust. and the South American weevil Grasidius hybridus O'Brien & Beserra (Coleoptera: Curculionidae), as well as interspecific hybrid palms. Using techniques of trapping and sampling of floral odors, our results showed the pollination system of both species of palm is based on the emission of a specific chemical signal and an olfactory deception, reinforced by a phenomenon of thermogenesis. The two insects are attracted in a small proportion to hybrid palms, which have an intermediate chemical composition compare to parent species. Physiological and behavioral tests permit the identification of the key volatile organic compounds responsible for pollinator attraction.This work should contribute to theoretical knowledge about the oil palm pollination system and the development of practical methods for pollinator management to reduce costs in assisted pollination.

Les interactions allélopathiques sont définies comme la libération par un organisme de composés chimiques inhibant les compétiteurs. Dans les milieux aquatiques, elles sont reconnues comme un facteur de la dynamique des communautés de phytoplancton. Malgré les conditions favorables créées par l'organisation des microorganismes en biofilms, l'allélopathie a été beaucoup moins étudiée dans les communautés de microorganismes phototrophes benthiques. L'objectif de cette thèse était d'étudier des interactions allélopathiques, au travers d'un cas particulier, entre les microorganismes dans les biofilms phototrophes d'eau douce. Ainsi le travail s'est focalisé sur les effets allélopathiques d'une algue verte filamenteuse, Uronema confervicolum Lagerheim, sur des diatomées benthiques. L'hypothèse principale est que, dans certaines conditions, U. confervicolum libère suffisamment de composés allélopathiques pour inhiber significativement le développement des diatomées épiphytes. Cette hypothèse soulève trois questions (i) quels sont les composés allélopathiques, (ii) leur production dépend-elle des conditions environnementales et (iii) quel est l'effet des composés allélopathiques produits sur les diatomées ? Cette interaction a été étudiée au travers de multiples approches. L'activité d'extraits de biomasse algale et de filtrat de culture a été testée sur la croissance, la photosynthèse, l'adhésion et la motilité des diatomées. Les techniques de fractionnement guidé par bioessais et de profilage métabolomique ont été utilisées pour identifier les composés allélopathiques produits. Les effets des facteurs environnementaux (limitations en nutriment, apports de lumière et de gaz) et de la phase de croissance sur la production et la libération de différents composés allélopathiques ont également été étudiés. Une étude approfondie de l'effet sur les diatomées des composés allélopathiques anti-adhésion a été réalisée en combinant le profilage métabolomique, la transcriptomique et la microscopie électronique à balayage. Les extraits d'U. confervicolum ont montré un effet négatif sur la croissance, la photosynthèse, l'adhésion et la motilité des diatomées. Deux acides gras polyinsaturés (acides linoléique et a-linolénique) ont été identifiés comme des composés allélopathiques inhibant la croissance et la photosynthèse des diatomées. L'inhibition de l'adhésion des diatomées est, par contre, causée par d'autres composés allélopathiques non identifiés. L'augmentation de l'intensité lumineuse a accru la production de composés allélopathiques, à l'instar des composés défensifs des plantes. Cependant, aucune des théories classiques sur les défenses chimiques des plantes n'a permis d'expliquer l'ensemble des résultats obtenus sur les questions de régulation. En plus de l'inhibition de l'adhésion, le filtrat d'U. confervicolum inhibe la formation de la matrice constituée de substances polymériques extracellulaires, impacte le métabolisme énergétique et induit une modification globale du transcriptome et du métabolome des diatomées. Une partie des gènes et métabolites les plus fortement impliqués dans la réponse des diatomées à l'inhibition de l'adhésion ont été identifiés. Ce travail a permis de mieux évaluer l'activité allélopathique de l'algue verte filamenteuse U. confervicolum et son impact potentiel sur la structure et le fonctionnement des biofilms phototrophes. D'autres approches seront nécessaires, à l'avenir, pour mieux comprendre le rôle global de l'allélopathie dans des biofilms phototrophes complexes. / Allelopathic interactions are defined as the release, by an organism, of chemicals that inhibit competitors. In aquatic environments, they are recognised as a driver of phytoplankton community dynamics. Despite the favourable conditions created by the organisation of microorganisms in biofilms, allelopathy has been much less studied in benthic phototrophic microorganism communities. The objective of this thesis was to increase our comprehension of allelopathic interactions amongst phototrophic microorganisms in biofilms by analysing several aspects of a specific allelopathic interaction. The model chosen was the allelopathic effect of Uronema confervicolum Lagerheim, a filamentous green alga isolated from river biofilms, on diatoms from the same environment. The main hypothesis was that, at least in specific environmental conditions, U. confervicolum produce and release sufficiently large amounts of allelopathic compounds to inhibit significantly the development of epiphytic diatoms. Three questions arised from this hypothesis: (i) what are the allelopathic compounds implied, (ii) do their production and release depend on environmental factors and (iii) what is the effect of these compounds on epiphytic diatoms? This interaction has been studied using multiple approaches. Activity of algal biomass extracts and culture filtrates have been tested on diatom growth, photosynthesis, adhesion and motility. Bioassay-guided fractionation and metabolomic profiling have been used to identify the allelopathic compounds produced. The effect of environmental factors (nutrient limitation, light and gas supply) and growth phase on the production and release of the different allelopathic compounds have also been studied. In-depth study of the effect of anti-adhesion allelochemicals on diatom by combining metabolomic profiling, transcriptomics and scanning electron microscopy have been carried out. The extracts of U. confervicolum exhibited negative effects on diatoms growth, photosynthesis, adhesion and motility in bioassays. Two polyunsaturated fatty acids (linoleic and a-linolenic acids) have been identified as allelopathic compounds affecting growth and photosynthesis but not adhesion ability of diatoms. The inhibition of diatom adhesion was caused by other allelopathic compounds, unidentified so far. Increasing light intensity enhanced the production of U. confervicolum allelopathic compounds as predicted by plant defence theories, but the regulation of allelopathic activity was not completely explainable by any classic plant defence theory. Finally, beside an inhibition of diatom adhesion U. confervicolum filtrate was also found to inhibit the formation of diatom extracellular polymeric substances matrix, affect energy metabolism and induce global modification of diatom transcriptome and metabolome. Some of the genes and metabolites implied in the response of diatoms to adhesion inhibition have been identified. These results indicate the strong potential of the filamentous green alga U. confervicolum to impact biofilm community by its allelopathic activity. Results on the allelopathic activity of this alga and the effect on diatoms in laboratory experiments provide the basis for further experiments to access the role of allelopathy in complex biofilms. These findings will encourage researchers working on biofilms to consider allelopathy when phototrophic biofilm ecology is studied.

Les interactions avec les pollinisateurs font partie de la niche écologique des orchidées et ont joué un rôle dans leur diversification taxonomique et florale. Au cours de cette thèse, j’ai d’abord analysé l’architecture du réseau orchidées-pollinisateurs en région Euro-Méditerranéenne et montré que la similarité de niches de pollinisation entre orchidées était fonction de leur distribution spatio-temporelle, suggérant un certain opportunisme dans les interactions orchidées-pollinisateurs. Je me suis ensuite intéressée au rôle des pollinisateurs dans l'évolution des traits floraux dans deux groupes d’orchidées. J’ai d’abord montré une différentiation dans les traits floraux des trois taxa du groupe Anacamptis coriophora, probablement causée et maintenue par un processus de sélection divergente. En cartographiant les interactions avec les pollinisateurs et les odeurs florales sur la phylogénie de la section Pseudophrys, j’ai ensuite montré que l'évolution de l'odeur florale était conditionnée par une sélection exercée par les pollinisateurs et par des contraintes phylogénétiques. Enfin, j’ai mis au point une démarche de taxonomie intégrative basée sur des données moléculaires, morphométriques et chimiques dans le genre Ophrys. Avec cette démarche, j’ai confirmé le rang taxonomique des trois espèces du groupe O. insectifera et proposé de fusionner deux paires d’espèces parmi les Pseudophrys. Une meilleure compréhension des facteurs qui façonnent la niche de pollinisation et du rôle des pollinisateurs dans l'évolution des traits floraux et la spéciation chez les orchidées Euro-Méditerranéennes devrait nous permettre d’améliorer la conservation de ces espèces emblématiques. / Interactions with pollinators are part of orchids’ ecological niches and have played a role in their taxonomic and floral diversification. During this thesis, I have analysed the architecture of the orchid-pollinator network in the Euro-Mediterranean region and shown that similarity in pollination niches between orchids primarily depends on their spatio-temporal distribution, suggesting that orchid-pollinator interactions are more opportunistic than previously thought. Then, I have been interested in the role of pollinators in floral trait evolution in two orchid groups. I have shown a differentiation in floral traits of the three taxa of the Anacamptis coriophora group, probably caused and maintained by a process of divergent selection. Then, by mapping interactions with pollinators and floral odours on the phylogeny of the section Pseudophrys, I have shown that floral odour evolution is conditioned by pollinator-mediated selection and by phylogenetic constraints. Finally, I have developed an integrative taxonomic approach based on molecular, morphometric and chemical data in the genus Ophrys. With this approach, I have confirmed the taxonomic rank of the three species of the O. insectifera group and proposed to merge two species pairs among Pseudophrys. A better understanding of the factors that have shaped pollination niches and of the role of pollinators in floral trait evolution and speciation in Euro-Mediterranean orchids should allow us to improve the conservation of these emblematic species.

Les mutualismes, interactions interspécifiques où chaque partenaire retire un bénéfice net de leur association, sont centraux dans l’origine et l’organisation de la biodiversité. Bien que globalement bénéfiques pour chacun des partenaires, ces interactions n’enlèvent rien à l’égoïsme inhérent de chaque espèce pour sa survie et sa reproduction, générant des conflits d’intérêts entre les espèces. Ainsi, comprendre les processus écologiques et évolutifs qui maintiennent le caractère mutualiste d’interactions entre plusieurs espèces est primordial dans la compréhension du maintien de la biodiversité. Néanmoins, le corpus scientifique s’est jusqu'à présent surtout concentré sur des paires d’espèces en interaction. Or, ces avancées scientifiques restent partielles car la plupart de ces interactions s’englobent dans un contexte communautaire. C’est dans ce cadre conceptuel que se place mon travail de thèse. Alors que la diversité structurelle des mutualismes de protection entre plantes et fourmis en ont fait un modèle d’étude clé dans la compréhension des mutualismes, j’ai concentré mes recherches sur l’intégration d’un troisième partenaire fongique pour comprendre ses conséquences sur les résultantes écologiques et évolutives de ces mutualismes tripartites. Je me suis tout d’abord intéressé à définir la relation qui lie de façon mutualiste le champignon aux deux autres partenaires et à établir les conflits d’intérêts émanant de ces différentes interactions pour comprendre quels facteurs permettaient de les réguler. Ainsi, la relation qui lie le champignon aux fourmis peut être qualifiée d’agriculture. Les fourmis protègent, nourrissent et disséminent le champignon et celui-ci, via ses propriétés structurales, permet l’élaboration de galeries servant de piège pour capturer des proies. Ce phénomène crée cependant un conflit d’allocation de la force ouvrière des fourmis et nuit directement aux bénéfices de la plante par une diminution de l’intensité des patrouilles sur ses feuilles, diminuant consécutivement sa protection et sa fitness. Néanmoins, le rôle du champignon dans les transferts de nutriments entre les fourmis et la plante, ainsi que certaines réponses évolutives de la plante permettent de réguler ces conflits, stabilisant les bénéfices nets de chaque partenaire dans ce mutualisme tripartite. Puis, je me suis concentré à comprendre comment certains facteurs évolutifs pouvaient moduler cette résultante écologique. La prise en compte du caractère multipartite d’un mutualisme change radicalement la vision de l’évolution des mutualismes jusqu’alors étudiée entre paires d’espèces. Alors que le corpus scientifique s’accorde à dire que la spécialisation entre espèce par coévolution renforce la stabilité et les bénéfices perçus par chaque partenaire, le contexte multipartite semble altérer ces prédictions. Au contraire la spécialisation multipartite peut être dans certains cas un moteur d’instabilité et de baisse des bénéfices. Enfin cette thèse permet de faire le lien entre deux concepts qui s’opposent : la coévolution diffuse et la coévolution par paire. Je montre ainsi que la coévolution peut intervenir sur plus de deux espèces à la fois, mais qu’elle peut quand même entrainer une spécialisation multispécifique. Finalement, au contraire des prédictions de la coévolution diffuse, cette thèse montre que plusieurs pressions de sélection contrastées émanant de différentes espèces envers un seul trait d’une troisième espèce peuvent promouvoir la spécialisation multi-spécifique. / Mutualisms, defined as interspecific interactions where each partner receives net benefices from their interactions, are central to the organization of earth biodiversity. Although globally beneficial for each partner, such interactions do not modify the inherent selfishness of species for their survival and reproduction, generating conflicts of interests between species. Thus understanding the ecological and the evolutionary processes maintaining positive outcomes in mutualisms is fundamental to understand how mutualisms shape earth biodiversity. However, scientific research on mutualisms has most of the time focused on interaction between pairs of species. Such knowledge is thus partial as mutualisms are embraced in a community context. My doctoral thesis takes place in this conceptual framework. I focused my research on the integration of a third fungal partner in protective interactions between ants and plants to evaluate its consequences on the ecological and evolutionary outcomes of such mutualisms, taken as multispecies interactions. I first focused my researches in defining the mutualistic interaction linking the fungal partner with its two other associates and in revealing any conflict of interests and their regulation that may emerge from such tripartite interactions. The interactions between the ants and the fungi can be qualified as a case of non-food fungiculture. The ants protect, provide food and disseminate the fungus, and the latter, thanks to its structural properties, allows the elaboration of galleries used that are then used as trap to capture preys. This phenomenon creates a conflict of interest in the allocation of the worker force, altering host plant benefits through a decrease of worker patrolling activity and consequently leaves protection and thus fitness. However, the role of the fungus in the nutrient transfers between ants and plants added to evolutionary responses from the plant allows regulating this conflict, stabilizing the net benefits towards the plant. Then I have concentrated my researches in understanding how evolutionary factors would modulate the ecological outcomes of such interactions. Taking into account the multispecific character of mutualisms changes radically the vision on the evolution of mutualisms when pair of species are considered. While it is widely accepted that specialization of mutualist species through coevolution reinforce the stability of the interaction and the net benefit of each partner, the multispecific context seems to deviate these predictions. Conversely, I show that specialization between three mutualistic partners can drive instability and decrease of benefits. Finally, the results of this thesis join the gap between two previously opposed concepts: diffuse coevolution and pairwise coevolution. I show that coevolution can happen between more than two species simultaneously and that it can drive mutlispecific specialization. Opposed to the diffuse coevolution, I show that contrasting selective pressures on a same trait from different partner can promote specialization of species.

Les interactions « lichen-lichénophage » sont médiées par la présence de métabolites au sein des lichens qui peuvent influer sur les préférences alimentaires des lichénophages. Dans le contexte environnemental du Subantarctique, à faible biodiversité animale et « végétale », une étonnante richesse lichénique a contribué au succès de l’unique Gastéropode terrestre endémique, Notodiscus hookeri. Pour mieux comprendre les mécanismes en jeu, nous avons analysé les préférences alimentaires de cet escargot lichénophage et tenté de cibler les traits-clés des lichens qui modulent l’interaction trophique. À partir d’observations et de prélèvements réalisés sur l’île de la Possession (Archipel Crozet, Terres Australes et Antarctiques Françaises), deux étapes décisives de l’interaction ont été étudiées : (i) le comportement alimentaire de l’escargot en situation de choix nutritionnel, (ii) sa réponse gustative face à des métabolites en situation de non choix. Le broutage préférentiel de certaines parties de lichen a été confronté à l’analyse de la combinaison entre la teneur des métabolites secondaires et celle des métabolites primaires. La localisation des métabolites au sein du thalle de trois espèces lichéniques fréquentes sur l’île et consommées par l’escargot (Argopsis friesiana, Pseudocyphellaria crocata et Usnea taylorii) a été effectuée par l’intermédiaire de techniques chromatographiques et spectrométriques (LC-DAD-MS, GC-MS, microdissection couplée à la LC-DAD-MS, DART-MS) ainsi que par des techniques d’imagerie couplées à la spectrométrie de masse ((MA)LDI-MS). N. hookeri se révèle être une espèce généraliste et opportuniste qui se nourrit de la majorité des lichens auxquels il est confronté. Cependant, il opère des choix en se nourrissant des parties ayant une valeur nutritive élevée et ce, en dépit de la présence de métabolites secondaires potentiellement répulsifs. Plusieurs mécanismes permettant à l’escargot de contrer la toxicité de certains métabolites ont également été décrits dans ce travail. Les choix alimentaires de N. hookeri s’avèrent par conséquent répondre à un compromis entre le bénéfice d’absorption de métabolites appétents à forte valeur nutritive et le coût physiologique (détoxication, clivage, excrétion) engendré par l’ingestion de métabolites répulsifs. En conclusion, trois paramètres-clés au moins seraient à prendre en compte lors des futures études d’interactions entre lichens et lichénophages : il s’agit de la nature et de la teneur des métabolites secondaires, de la teneur en azote ainsi que de la quantité de sucres et de polyols. Les techniques d’imagerie ont fourni une voie nouvelle et prometteuse pour cibler les dégâts opérés par un phytophage. En effet, cette approche permet de mieux apprécier la distribution hétérogène au sein du thalle entre les métabolites. Pour cet escargot terrestre, les ratios de composés « appétents/inappétents » semblent jouer un rôle majeur dans la sélection de nourriture. / Lichen-lichenivore interactions are mediated by the presence of metabolites in lichens, which may impact lichenivore food preferences. In the environmental context of the Subantarctic, with a low animal and “plant” biodiversity, the surprising lichen flora contributed to the success of a the only endemic subantarctic land Gastropod, Notodiscus hookeri. To better understand the snail-lichen interactions, we analyzed the food preferences of this lichenivore snail and tried to pinpoint key lichen traits modulating the trophic interaction. From observations and samplings realized on Possession Island (Crozet Archipelago, Terres Australes et Antarctiques Françaises), two decisive stages of the interaction were studied: (i) the snail feeding behavior in situation of nutritional choice, (ii) its gustatory response when facing isolated metabolites in no-choice situations. Preferential grazing of some lichen parts was linked to both secondary and primary metabolites concentrations. Intrathalline localization of metabolites was performed in three lichen species consumed by the snail and widespread on Possession Island (Argopsis friesiana, Pseudocyphellaria crocata and Usnea taylorii), using chromatographic and spectrometric techniques (LC-DAD-MS, GC-MS, microdissection coupled to LC-DAD-MS, DART-MS) and imaging mass spectrometry ((MA)LDI-MS). N. hookeri appears to be a generalist and opportunistic gastropod, feeding on most lichen species encountered. However, it is able to discriminate between lichen parts, preferentially grazing on parts with the highest nutrient value, in spite of the presence of potential deterrent secondary metabolites. We described several mechanisms helping snails to overcome the toxicity of some lichen metabolites. Snail feeding choices result in trade-off between benefits of absorbing appetent metabolites of high nutritive value and the cost of physiological processes (detoxification, cleavage and excretion) caused by the ingestion of deterrent metabolites. To conclude, three main key parameters might be relevant in future to study the interactions between lichens and lichenivores. They correspond to the nature, the histolocalisation and the content of secondary metabolites balanced by the amount of nitrogen along with sugars and polyols. Imaging techniques have provided a new and promising way to visualize the heterogeneous distribution within the thallus between these metabolites. The ratios of appetent/non appetent compounds are likely to play a major role in food selection by this land snail.

Quatre genres de Sargassaceae présentant de forte biomasse en Bretagne et/ou dans le Pacifique Sud ont été choisi comme modèles de cette étude. Les objectifs étant i) de mieux comprendre l'écologie chimique des Sargassaceae en milieu tempéré et en milieu tropical, ii) de rechercher des chimiomarqueurs spécifiques à certaines espèces et iii) de rechercher de molécules potentiellement bioactives. Ainsi, un travail pluridisciplinaire a été entrepris avec l'étude de l'écologie chimique des Sargassaceae, en Bretagne d'une part, via l'étude des variations spatio-temporelles de certains composés de défenses synthétisés par Sargassum muticum, Bifurcaria bifurcata et Cystoseira baccata associé à un suivi écologique de ces espèces et dans le Pacifique Sud d'autre part, via l'étude de ces mêmes composés de défenses au sein de Turbinaria sp. et Sargassum sp provenant de différents sites. Parallèlement, deux études de chimiotaxonomie ont été menées. D'une part sur le genre Turbinaria afin d'identifier un ou des chimiomarqueur(s) permettant de discriminer T. ornata et de T. conoides. Et d'autre part sur B. bifurcata afin de mieux comprendre la répartition géographique des types chimiques existants au sein de cette espèce. Puis, pour répondre au troisième objectif de cette thèse, trois activités biologiques ont été recherchées en priorité au sein des espèces étudiées: la cytotoxicité, l'activité anti-inflammatoire et la neurotoxicité. Les résultats de cette étude ont permis i) de mettre en évidence l'impact des conditions environnementales sur les variables biologiques et écologiques étudiées chez ces espèces en milieu tempéré comme en milieu tropical ; ii) d'identifier l'acide turbinarique comme étant un chimiomarqueur de l'espèce T. conoides et de mettre en évidence l'existence d'écotypes chez B. bifurcata ; iii) de rapporter l'activité anti-phospholipase A2 d'acides gras issus d'algues du Pacifique Sud et l'activité antiradicalaire et antioxydante de l'éléganolone isolée chez B. bifurcata.

Rhizophagus grandis is one of the rare examples of totally specific predators: it only preys upon the bark beetle Dendroctonus micans in its native range (Europe and Asia). In the course of coevolution in such predator-prey systems, prey are selected for avoidance and resistance mechanisms against predators. Previous laboratory trials suggested that R. grandis could lay more eggs in presence of exotic prey species with an ecology similar to that of D. micans, but which could not evolve resistances against this predator, such as the North American parasitic bark beetles D. punctatus and D. valens. The specificity of the association R. grandis-D. micans is thought to depend on chemical signals (kairomones) used by the predator to find a gallery of its prey and to adjust its oviposition to the number of prey larvae available inside. However, the exact nature of the chemical signals regulating R. grandis’ oviposition is still unknown. While these signals seem specific in nature, stimulation of the predator’s oviposition by exotic prey species suggests that specificity may be constrained by geography. Unlike most bark beetles, which kill living trees or feed on dying trees, D. micans completes its development on healthy trees as a true parasite. This niche is highly defended by tree toxicants (terpenes among others) to which both D. micans and R. grandis are resistant. Insects possess their own detoxification processes, but they may also rely on symbiotic microorganisms (bacteria and fungi) to contend with the specific constraints of their niche. In comparison to other bark beetles, microbial communities of parasitic bark beetles are yet poorly known, as in the case of D. micans and D. punctatus. Apart from detoxification, insect symbionts may provide nutritional supplementation, protection against pathogens, or components of the chemical communication, which affect the hosts as well as partners of the tritrophic relationship tree-bark beetle-natural enemies. The system R. grandis-D. micans is a unique opportunity to study several aspects of this coevolution which are poorly understood to date. The objectives of this thesis were:- (1) the comparison of the oviposition performances of R. grandis on the specific prey D. micans, and on the exotic prey D. punctatus and D. valens, in order to emphasize possible prey resistance mechanisms; - (2) the identification of the chemical signals regulating R. grandis’ oviposition, and the evaluation of their role in the specificity of the association with D. micans, in presence of the exotic prey D. punctatus and D. valens; - (3) the characterization of the bacterial and fungal communities associated with non-aggressive populations of the bark beetles D. micans, D. punctatus and D. valens, and investigating how these microbial symbionts may affect bark beetle hosts in respect of their ecology as well as the tritrophic relationship tree-bark beetle-natural enemies. Our results show that R. grandis laid equivalent numbers of eggs with the native prey D. micans and with the exotic prey D. punctatus and D. valens, which could illustrate that R. grandis’ specificity is constrained by geography but which does not emphasize possible prey resistance mechanisms against the long-standing predator. We identified robust candidates to the stimulation and inhibition of R. grandis’ oviposition which should be confirmed in bioassays. Finally, we report that the bacterial and fungal communities of non-aggressive populations of D. micans, D. punctatus and D. valens are mainly composed of widespread environmental Enterobacteria and yeasts, and we discuss the various ways they may influence bark beetle hosts in respect of their life histories including the attacked trees and their natural enemies. Overall, this thesis illustrates the need to encompass all levels of complexity, from prey symbionts and semiochemicals to predators, to study systems like R. grandis-D. micans. / Rhizophagus grandis est un des rares exemples de prédateurs totalement spécifiques :présent en Europe et en Asie, il se nourrit exclusivement du scolyte Dendroctonus micans. Dans de telles associations, la coévolution prédateur-proie mène à la sélection de mécanismes d’évitement ou de résistance chez la proie, contre le prédateur. De précédentes observations en laboratoire ont suggéré que R. grandis pouvait pondre davantage d’œufs en présence de proies exotiques d’écologie comparable à celle de D. micans, mais qui n’auraient pu développer de résistance à l’encontre de ce prédateur, à l’instar des scolytes parasitiques nord-américains D. punctatus et D. valens. Il semble que la spécificité de l’association R. grandis-D. micans repose sur des signaux chimiques (kairomones) qui permettent au prédateur de repérer les galeries de sa proie et d’y ajuster le nombre d’œufs déposé à la quantité de larves de proies disponible. Néanmoins, on ignore encore la nature exacte des signaux régulant l’oviposition de R. grandis. Le fait que l’oviposition soit stimulée par des proies exotiques indique que la spécificité de cette association pourrait être limitée par des barrières géographiques. Contrairement à la plupart des scolytes qui tue des arbres ou s’attaque à des arbres mourants, D. micans se développe intégralement sur des arbres en bonne santé, en véritable parasite. Cette niche est fortement défendue par les composés toxiques de l’arbre (en particulier les terpènes), auxquels à la fois D. micans et R. grandis sont résistants. Certains insectes possèdent leurs propres processus de détoxification, mais ils peuvent également bénéficier de l’aide de microorganismes symbiotiques (bactéries et champignons). En comparaison avec les autres scolytes, les communautés microbiennes associées aux scolytes parasitiques est très peu documentée, comme dans le cas de D. micans et D. punctatus. En dehors de la détoxification, les symbiotes d’insectes peuvent contribuer à leur nutrition, les protéger contre des pathogènes, ou intervenir dans la communication chimique, ce qui affecte leurs hôtes comme les autres acteurs de la relation tritrophique arbre-scolyte-ennemi naturel. L’association R. grandis-D. micans est une opportunité unique d’étudier des aspects méconnus de la coévolution. Les objectifs de cette thèse étaient de :- (1) comparer le nombre d’œufs pondu par R. grandis sur sa proie spécifique, D. micans, et sur les proies exotiques D. punctatus et D. valens, afin de mettre en évidence de possibles résistances ;- (2) identifier les signaux chimiques qui régulent l’oviposition de R. grandis, et évaluer leur rôle dans la spécificité de l’association avec D. micans, en présence des proies exotiques D. punctatus et D. valens ;- (3) caractériser les communautés bactérienne et fongique associées aux populations parasitiques des scolytes D. micans, D. punctatus et D. valens, et investiguer comment ces microorganismes symbiotiques peuvent influencer leurs hôtes, selon leurs contraintes écologiques, ainsi que leurs ennemis naturels et arbres-hôtes. Nos résultats révèlent une oviposition équivalente de R. grandis en présence de la proie native D. micans et des proies exotiques D. punctatus et D. valens, ce qui illustre que la spécificité de cette association pourrait être limitée par des barrières géographiques mais ne met pas en évidence de possibles résistances à l’encontre du prédateur de longue date. Nous avons identifié des candidats robustes à la stimulation et à l’inhibition de la ponte de R. grandis, et leur rôle devrait être confirmé par des bioessais. Enfin, nous rapportons que la communauté microbienne associée aux populations parasitiques des scolytes D. micans, D. punctatus et D. valens est principalement constituée d’Entérobactéries et de levures répandues, et nous discutons des différentes façons dont ces symbiotes peuvent affecter leurs hôtes et autres acteurs de la relation tritrophique arbre-scolyte-ennemi naturel, selon leurs écologies respectives. Dans son ensemble, cette thèse souligne l’importance de considérer tous les niveaux de complexité biologique, des microorganismes associés aux proies jusqu’aux prédateurs, afin d’étudier des systèmes comme R. grandis-D. micans. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished