Les terres noires (Histosol) du Sud du Québec représentent une ressource agricole non-renouvelable où l’on produit la majorité des laitues (Lactuca sativa L.) au Canada. Les paillis de seigle font partie des pratiques culturales durables proposées pour les protéger. Les impacts de ces paillis sur l’agroécosystème demeurent méconnus. Cette étude visait à mesurer les impacts des paillis de seigle sur la chaîne trophique associée au puceron de la laitue, Nasonovia ribisnigri (Mosley, 1841), un ravageur important. Au cours d’une saison de croissance et avec deux transplants, les impacts des paillis de seigle ont été examinés in situ. Dépistages visuels et pièges-bols jaunes ont mesuré la colonisation des plants par N. ribisnigri, ses ennemis naturels et leurs proies alternatives. En cages d’exclusion, la valeur adaptative et la croissance des populations de pucerons ont été mesurées. Ex situ, les effets résiduels des paillis dans le sol sur le fitness et la croissance des populations de N. ribisnigri ont été mesurés. In situ, les paillis de seigle ont limité la colonisation des laitues par N. ribisnigri et ont recruté d’avantage d’ennemis naturels et de proies alternative sur un des transplants. Le paillis a réduit le fitness des pucerons ainsi que la concentration en acides aminés foliaires et le poids des laitues en début de saison. Ex situ, des effets résiduels du paillis de seigle furent détectés sur la composition du microbiote du sol mais pas sur le fitness des pucerons. Ces résultats démontrent le potentiel des paillis de seigle comme pratique culturale contre N. ribisnigri mais n’éclaircissent pas les mécanismes à l’œuvre et soulignent un risque quant au rendement de la laitue. / Southern Quebec cultivated peatland (Histosols) are a non-renewable resource producing most Canadian lettuce (Lactuca sativa L.). Rye mulches are one of the conservation practices proposed to reach sustainable production, but their impacts on the agroecosystem are still poorly studied. We aimed to assess impacts of rye mulches on the trophic chain around the lettuce aphid Nasonovia ribisnigri (Mosley 1841), an economically significant pest. Through one growing season and two successive transplants, we monitored impacts of rye mulches in situ. Visual scouting and yellow pan traps assessed plant colonization by N. ribisnigri, its natural enemies and alternative preys. Exclusion cage experiments measured aphid fitness and population growth. Ex situ, we attempted to detect if lingering effects of the rye mulch within the soil affected lettuce plants, N. ribisnigri and soil microbiota. In situ experiments showed that rye mulch had the potential to inhibit N. ribisnigri field colonization and recruited natural enemies and alternative preys in one transplant. Mulch reduced aphid fitness as well as lettuce foliar amino acids concentration and weight at the beginning of the season. Ex situ experiments detected lasting effect of rye mulch on microbiota composition but not on aphid nor lettuce fitness after mulch removal. This study highlights the potential of rye mulches as a cultural practice against N. ribisnigri but does not reveal mechanisms at play while underlining agronomic challenges concerning lettuce yields.

La grande diversité d’insectes et la quantité de spécimens recueillis lors de l’échantillonnage constituent les plus grands défis de la systématique des insectes. Le tri des échantillons au niveau des espèces est nécessaire avant qu’ils puissent être utilisés pour des enquêtes sur les modèles de biodiversité. En raison de l’obstacle taxonomique, le manque d’expertise taxonomique, de nombreuses études sur la diversité des insectes classe les spécimens en Unités Morphologiques Opérationnelles (MorphOTUs), aussi appelées morpho-espèces, en désignant les groupes définis subjectivement en fonction de caractéristiques morphologiques évidentes. Cependant, il est long et douteux de définir avec précision les limites des espèces en se fondant sur les MorphOTUs, surtout dans les groupes où il y a de minuscules insectes et une grande similarité au niveau des espèces, comme chez les Hyménoptères. Le codage à barres de l’ADN, une approche taxonomique discriminatoire qui utilise des séquences d’ADN, a accéléré la classification taxonomique et peut être une approche alternative aux MorphOTUs. Cependant, il est crucial d’utiliser une stratégie fiable et économique de codage à barres ADN pour traiter un grand nombre d’échantillons. En outre, le codage à barres d’ADN devrait fonctionner avec les espèces problématiques dans l’entomologie moléculaire comme on l'observe parfois avec les hyménoptères. Afin de mettre en œuvre une évaluation rapide de la biodiversité des Hyménoptères, optimiser les de étapes de barcodage d`ADN (extraction d’ADN, amplification par PCR et séquençage) était le premier objectif de ce projet de recherche. On a testé et optimisé une extraction d’ADN arrivant à une méthode coûtante 0,20 dollars par spécimen. On a validé la performance adéquate des mini-codes à barres d’ADN, réduits en taille à 313bp, pour établir une classification d’Unités Taxonomiques Opérationnelles Moléculaires (MOTUs) comparable à celle du codage à barres d’ADN couramment utilisé, de longueur de 658bp. On a adopté ce protocole optimisé pour le codage à barres de 517 spécimens d’Hyménoptères échantillonnés par des pièges aspirateurs situés dans la forêt laurentienne de l’Est du Canada. Avec le séquençage multiplexé à haut débit Illumina, impliquant des amplicons étiquetés, on a obtenu des mini-codes à barres pour 88% des spécimens. Le coût et le temps nécessaires pour générer des données MOTU, grâce à notre approche de codage à barres d’ADN, étaient environ la moitié de celui de la classification morphologique en MorphOTUs. Le deuxième objectif de ma recherche était de comparer l’efficacité du tri morphologique des MorphOTUs avec l’identification moléculaire et la délimitation par MOTUs. On a démontré iii une forte congruence entre l’identification morphologique et moléculaire au niveau taxonomique de la famille dansla base de données Barcode of Life (BOLD) et GenBank (93 %), alors que seulement 18 % des mini-codes à barres ont été attribués à des identifications plus précises (genre ou espèce). La délimitation moléculaire s’est faite avec quatre méthodes de regroupement différentes (basée sur la distance : Découverte automatique de l’écart de codes à barres (ABGD) et Assemblage des espèces par partitionnement automatique (ASAP) ; basée sur un dendrogramme : Coalescente mixte généralisée du yule (GMYC) et Processus bayésien de l’arbre de poisson (bPTP)). En générale, les méthodes moléculaires ont plus que doublé la diversité estimée des MorphOTUs des Hyménoptères. Les MOTUs étaient en grande partie incompatibles avec les MorphOTUs (ratio d’appariement <0,35). Les méthodes basées sur la distance ont donné des résultats plus conformes au tri morphologique que les méthodes basées sur les arbres, en particulier dans la superfamille des Chalcidoidea. Compte tenu de la comparaison entre le coût et le temps des méthodes de classification moléculaire et morphologique, nos résultats suggèrent que le codage à barres mini-ADN pour estimer la diversité des espèces d’Hyménoptères est plus économique que le tri par MorphOTU. Cependant, bien que les méthodes MorphOTU et MOTU aient donné de nombres unités taxonomiques différentes, les analyses de la diversité utilisées actuellement tiennent compte de l’abondance et d’autres paramètres. On n’a pas évalué si les MorphOTUs et les protocoles d’entente donneraient des résultats suffisamment équivalents dans la recherche réelle sur les diversités α et β, c’est-à-dire pour évaluer s’ils pouvaient tout de même tous deux être utiles. / The great insect diversity and the quantity of insect specimens collected during sampling constitute the biggest challenges facing insect systematics. Sorting samples to the species level is necessary before they can be used for investigations of biodiversity patterns. Because of the Taxonomic impediment, the lack of taxonomic expertise, many insect diversity studies sort specimens to Morphological Operational Taxonomic Units (MorphOTUs), also known as morphospecies, classifying subjectively defined groups based on obvious morphological features. However, accurately defining species boundaries based on MorphOTUs is time consuming and questionable, especially in groups with tiny insects and great species-level similarity such as Hymenoptera. DNA barcoding, a taxonomic discriminatory approach that employs DNA sequences, has accelerated taxonomic classification and may be an alternative approach to MorphOTUs. However, it is crucial to use a reliable and economic DNA barcoding strategy to deal with a large number of samples. Additionally, DNA barcoding should work with species problematic in molecular entomology as is sometimes observed with Hymenoptera. In order to implement a rapid biodiversity assessment of Hymenoptera, optimizing the DNA barcoding steps (DNA extraction, PCR amplification, and DNA sequencing) was the first objective of this present research. We tested and optimized a DNA extraction arriving at a method costing 0.20CAD per specimen. We validated the adequate performance of 313bp mini barcodes for establishing Molecular Operational Taxonomic Units (MOTUs) classification, comparable to that of the commonly used full-length DNA barcode of 658bp. We adopted this optimized protocol to barcode 517 Hymenoptera specimens sampled with suction traps located in the Laurentian Forest of eastern Canada. With multiplexed Illumina high throughput sequencing of tagged amplicons, we obtained mini-barcodes for 88% of specimens. The cost and time taken to generate MOTU data through our DNA barcoding approach was approximately twice that of morphological identification for MorphOTU designation. The second objective of my research was to compare the efficacy of morphological sorting of MorphOTUs with the molecular identification and delimitation of MOTUs. We found a high taxonomic congruence between morphological and molecular identification at family level in Barcode of Life (BOLD) and GenBank databases (93%), whereas only 18% of mini-barcode data was assigned to more precise identification (genus or species). Molecular delimitation based on four different clustering methods (distance-based: Automatic Barcode Gap Discovery v (ABGD) and Assemble Species by Automatic Partitioning (ASAP); tree-based: Generalized Mixed Yule Coalescent (GMYC) and Bayesian Poisson Tree Processes (bPTP)) resulted in more than doubling the estimated diversity of Hymenoptera as compared to MorphOTUs. The MOTUs were largely incongruent with MorphOTUs (match ratio <0.35). Distance-based methods gave results more congruent with morphological sorting than tree-based methods, especially within the Chalcidoidea superfamily. Taking into account the comparison between the cost and time of molecular and morphological classification methods, our results suggest that mini-DNA barcoding to estimate a proxy for Hymenoptera species diversity is more economical than MorphOTU sorting. However, although MorphOTU and MOTU methods gave different numbers of species, actual diversity analyses take into account abundance and other parameters. We did not evaluate whether MorphOTUs and MOTUs would yield sufficiently equivalent results in actual α- and β diversity research: that is, they may yet both be fit for purpose

Comme presque tous les êtres vivants, les insectes et autres arthropodes terrestres évoluent dans des environnements dynamiques et hétérogènes relativement à de multiples facteurs abiotiques incluant le rayonnement ultraviolet (UV). L’absorption de ces photons peut affecter le fitness des individus à travers différents types d’effets physiologiques et comportementaux. Certaines stratégies de lutte intégrée manipulent l’exposition au rayonnement UV en contexte agricole de façon à prendre avantage de son aspect attractif pour de nombreux ravageurs et de leur susceptibilité aux photodommages qu’il induit. Considérant le manque de connaissances sur les conséquences potentielles de telles approches sur les ennemis naturels, j’ai étudié dans cette thèse l’influence du rayonnement UV au fil du cycle de vie de deux espèces de guêpes parasitoïdes d’œufs, Telenomus podisi Ashmead, 1893 et Trissolcus utahensis Ashmead, 1893 (Hymenoptera : Scelionidae), et d’une de leurs punaises hôtes, Podisus maculiventris (Say, 1832) (Hemiptera : Pentatomidae), une espèce prédatrice qui pond des œufs de différents niveaux de pigmentation photoprotectrice. De façon à examiner divers paramètres d’histoire de vie de ces associations hôtes-parasitoïdes ainsi que certains des comportements liés à la recherche et à l’exploitation d’hôtes chez les parasitoïdes, j’ai réalisé une série d’expériences sous exposition naturelle et artificielle au rayonnement UV à l’aide de matériaux transmettant ou absorbant ces photons. Je démontre qu’une exposition réaliste au rayonnement UV peut entraîner des conséquences négatives sur le fitness des punaises et de leurs parasitoïdes d’œufs, et ce qu’ils y soient exposés durant leur développement ou comme adultes. L’exposition soutenue à un rayonnement UV-A de faible intensité a réduit la survie et la longévité des parasitoïdes adultes, tandis que chez les punaises, elle a induit des effets reportés négatifs sur la survie des nymphes jusqu’au stade adulte. Les conséquences immédiates et ultérieures de l’exposition des œufs de P. maculiventris au rayonnement UV ont été atténuées avec l’augmentation de leur niveau de pigmentation, et ce tant pour l’hôte que son parasitoïde. Au niveau comportemental, j’ai décrit comment les microhabitats exposés au rayonnement UV attirent les femelles parasitoïdes tout en réduisant leur activité locomotrice. Néanmoins, un taux de parasitisme élevé a été observé à diverses intensités d’exposition au rayonnement UV sur des plants de soya en cages de terrain, révélant que l’atténuation de ces signaux ne réduit pas nécessairement la performance de mes parasitoïdes. Dans l’ensemble, ces différentes études expérimentales ont révélé des effets similaires du rayonnement UV chez les trois espèces testées. Elles fournissent d’importantes réponses quant aux interactions complexes entre des insectes bénéfiques et un facteur abiotique associé aux changements climatiques et qui agit simultanément comme source de stress et d’information relativement à l’environnement. / Like most living things, insects and other terrestrial arthropods navigate environments that are dynamic and heterogenous with regards to various abiotic factors including ultraviolet (UV) radiation. Absorbing those photons can affect arthropod fitness via different types of physiological and behavioural effects. Some integrated pest management strategies manipulate UV exposure in agricultural settings to take advantage of its attractiveness to pests and of their susceptibility to UV damage. Considering the lack of knowledge on how such techniques could affect natural enemies, I studied the influence of UV radiation throughout the lifecycles of two egg parasitoid species, Telenomus podisi Ashmead, 1893 and Trissolcus utahensis Ashmead, 1893 (Hymenoptera: Scelionidae), and one of their potential stink bug hosts, Podisus maculiventris (Say, 1832) (Hemiptera: Pentatomidae), a predatory species that lays eggs of different photoprotective qualities. To examine various life history parameters in these host-parasitoid associations as well as some of the parasitoids’ host location and exploitation behaviours, I conducted a series of experiments under natural and artificial UV exposure, using UV-transmitting and UV-absorbing materials. I showed that realistic doses of UV radiation can have negative consequences for the fitness of stink bugs and their egg parasitoids, whether they were exposed during their development or their adult stage. Long-term exposure to mild UV-A intensities reduced parasitoid emergence and longevity, while inducing negative carryover effects on stink bug nymph survival to adulthood. Immediate or delayed consequences of exposing P. maculiventris eggs to UV radiation lessened with increasing egg pigmentation levels, both for the hosts and their parasitoids. As for behavioural responses to UV radiation, UV-exposed microhabitats were attractive to foraging female parasitoids but also reduced their walking activity. Nonetheless, high parasitism rates were observed under different intensities of UV exposure on soybean plants in field cages, revealing that UV attenuation does not necessarily impede these parasitoids’ performance. Together, these different experimental studies revealed similar effects of UV radiation on the three species tested. They provide important insight on the complex interactions between beneficial insects and an abiotic factor that is involved in climate change and that can act both as an environmental hazard and a visual cue.

L’utilisation d’inoculants de champignon mycorhizien arbusculaire (CMA) et de bactéries promotrices de la croissance de la plante (PGPR) comme biofertilisants pour améliorer la croissance de la plante et augmenter les rendements des cultures connait de plus en plus un intérêt remarquable. Ces inoculants peuvent influencer les relations trophiques à travers les changements induits au niveau de la plante. Cependant, en contexte agroécologique, il est difficile de prédire les effets de leur application sur les niveaux trophiques supérieurs, notamment sur les insectes phytophages et leurs ennemis naturels. Ainsi, l’objectif de ce projet de thèse était d’évaluer les effets des inoculants de champignon mycorhizien et bactériens sur les insectes du soja. Spécifiquement il est question : 1) d’évaluer l’influence sur le puceron du soja Aphis glycines (2e niveau trophique), de la symbiose tripartite entre un CMA Rhizophagus irregularis, une bactérie rhizobium Bradyrhizobium japonicum et le soja Glycine max ; 2) de déterminer l’impact des inoculants de R. irregularis et de B. japonicum associés au soja sur les ennemis naturels du puceron de soja, la coccinelle Coleomegilla maculata et le parasitoïde Aphelinus certus (3e niveau trophique) ; 3) d’évaluer les effets de la co-inoculation des inoculants de R. irregularis, B. japonicum et de Bacillus pumilus sur les insectes phytophages et leurs ennemis naturels associés au soja au champ. Les expériences en chambre de croissance (objectifs 1 et 2) ont montré une altération des traits de performance des plantes en présence des inoculants comparées aux plantes témoins. Les différences de colonisation mycorhizienne et de nodulation, observées entre les traitements sont une preuve du fonctionnement de l’inoculation. Avec le double inoculant, j’ai observé une augmentation de la biomasse de la plante, des concentrations en azote et carbone, et une diminution de la concentration en phosphore. Avec le rhizobium seul, j’ai obtenu les mêmes effets, sauf pour la biomasse racinaire qui n’a pas été affectée. Avec le CMA seul, une augmentation de la concentration en phosphore a été observée, mais aucun des autres paramètres de la plante n'a été affecté. Au deuxième niveau trophique sur le puceron du soja, le soja inoculé avec le double inoculant CMA+rhizobium, suivi du rhizobium seul, ont augmenté significativement la densité de la population de pucerons, alors qu’aucun des inoculants n’a eu un effet sur le fitness du puceron. En revanche, aucun des traits de performance du puceron (fécondité et taille des individus) n’a été affecté par la présence de l’inoculant CMA seul. D’autre part, j’ai noté une corrélation positive entre la concentration en azote et le taux de reproduction des pucerons, alors qu’avec la concentration en phosphore, la corrélation avec la colonie des pucerons est négative. Quant au troisième niveau trophique, une réduction significative du taux de parasitisme chez A. certus a été observée en présence du rhizobium seul, mais aucun autre paramètre n’a été affecté comparativement aux autres traitements : contrôle, CMA et double inoculant (CMA+rhizobium). Avec le prédateur C. maculata, aucun paramètre mesuré n’a été affecté par les effets indirects des inoculants. Il ressort de l’évaluation que j’ai faite au champ (objectif 3), une augmentation de l'abondance des insectes piqueurs-suceurs avec le triple inoculant (CMA+rhizobium+Bacillus), mais aucune différence entre les traitements pour les autres groupes d'insectes (broyeurs, et ennemis naturels des pucerons). Aucun groupe fonctionnel n’a été affecté en présence du double inoculant CMA+rhizobium sauf le puceron du soja, A. glycines, qui a vu sa population décroître mais seulement dans les parcelles fertilisées en potassium. J’ai également montré que les abondances des insectes piqueurs-suceurs et des insectes broyeurs, et la diversité alpha des insectes phytophages étaient toutes corrélées négativement avec la colonisation mycorhizienne globale. Ces résultats confirment que la co-inoculation de deux symbiotes peut non seulement améliorer les performances des plantes mais aussi celles des insectes phytophages au-delà de ce que chaque symbiote peut apporter seul. Au moins dans notre système d'étude en chambre de croissance, il semble que les avantages que les symbioses microbe-plante confèrent au deuxième niveau trophique avec une augmentation de la population de pucerons sont peu transférés au troisième niveau sur les ennemis naturels du puceron. Dans un système agricole où les agriculteurs veulent bénéficier des retombées de ces inoculants, notamment dans la gestion des insectes associés aux cultures, les CMA semblent favorables s’ils sont utilisés seuls et du fait de leur potentiel à réduire les insectes ravageurs. / The use of arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) and plant growth promoting bacteria (PGPR) inoculants, as biofertilizers to boost plant growth and increase crop yields, is gaining interest. These inoculants can also influence trophic relationships through changes on plant. However, in an agroecological context, it is difficult to predict the effects of their application on higher trophic levels, namely phytophagous insects, and their natural enemies. The objective of this thesis research is to evaluate the effects of mycorrhizal fungi and bacterial inoculants on soybean-associated insects. Specifically, it is to: 1) evaluate the influence on the soybean aphid, Aphis glycines (2nd trophic level), of the tripartite symbiosis between an AMF, Rhizophagus irregularis, a rhizobium bacterium, Bradyrhizobium japonicum, and the soybean, Glycine max; 2) determinate the impact of R. irregularis and B. japonicum inoculants associated with soybean on the natural enemies of soybean aphid, the ladybug Coleomegilla maculata and the parasitoid wasp Aphelinus certus (3rd trophic level); 3) evaluate the effects of co-inoculation of R. irregularis, B. japonicum and Bacillus pumilus inoculants on soybean-associated phytophagous insects and their natural enemies in an agricultural field conditions. The walk-in growth room experiments (objectives 1 and 2) showed an alteration of the performance traits of the plants in the presence of the inoculants compared to control plants. The differences in mycorrhizal colonization and nodulation, observed between treatments, are evidence that the inoculation works. With the double inoculant, I observed an increase in plant biomass, nitrogen and carbon concentrations, and a decrease in phosphorus concentration. With rhizobium inoculation alone, without AMF, I obtained the same effects, except the root biomass that was not affected. With AMF alone, an increase in phosphorus concentration was observed, but none of the other plant parameters were affected. At second trophic level, inoculation of soybeans with the dual inoculant AMF-rhizobium, followed by rhizobium alone, significantly increased aphid population density, while none of inoculant influenced the fitness of the aphid. However, AMF alone did not affect any parameter traits (reproduction and fitness) of the aphid. I noted a positive correlation between nitrogen concentration and aphid reproductive rate, whereas the correlation between phosphorus concentration and aphid colony growth was negative. At the third trophic level, a significant reduction in the rate of parasitism of A. certus was observed in the presence of rhizobium inoculant alone, but no other parameters were affected with any other treatments, namely the control, the AMF inoculant, or the double inoculant (AMF+rhizobium). With the predator C. maculata, no measured parameters were affected by the indirect effects of any of the inoculant treatments. During my field assessment (objective 3), I observed an increase in the abundance of piercing-sucking insects with the triple inoculant (AMF+rhizobium+Bacillus), but no differences between treatments for other insect groups (chewing insects, or natural enemies of aphids). No functional group was affected by the presence of the double inoculant, CMA+rhizobium except the soybean aphid, A. glycines, which saw its population decrease in potassium-fertilized plots. I also showed that the abundance of piercing-sucking insects, chewing insects, and the alpha diversity of phytophagous insects were all negatively correlated with mycorrhizal colonization. The results of my studies confirm that co-inoculation of two symbionts can not only improve plant performance but also that of phytophagous insects beyond what each symbiont can provide alone. At least in our growth chamber study system, it appears that the benefits that microbe-plant symbioses confer to the second trophic level, with an increase in aphid population, are little transferred to the third level on the natural enemies of the soybean aphid. In agricultural system where farmers seek the benefits of these inoculants, especially in the management of insects associated with crops, AMF seem favorable when they are used alone and because of their potential to reduce insect pests.