Les invasions biologiques produisent des assemblages d'espèces souvent inédits et sources de nouvelles interactions spécifiques. L'impact écologique d'une invasion peut être : (i) indirect si l'espèce envahissante entre en compétition avec une ou des espèces résidentes, et (ii) direct si l'espèce envahissante consomme ou parasite une ou des espèces résidentes. Ces deux types d'impacts sont susceptibles de s'appliquer aux insectes envahissants du genre Megastigmus (Hymenoptera: Torymidae), qui exploitent généralement une niche étroite partagée avec d'autres espèces résidentes, et contribuent à d'importantes mortalités dans les populations d'hôtes du fait de leur spécialisation sur les graines. L'objectif de cette thèse est de tester ces prédictions à travers l'étude de l'impact de l'invasion en France de Megastigmus schimitscheki sur : (i) M. pinsapinis, un compétiteur résident, et (ii) les populations en expansion de son hôte obligatoire, le cèdre de l'Atlas (Cedrus atlantica).Un suivi spatio-temporel des populations françaises de Megastigmus spp. révèle que l'expansion rapide de M. schimitscheki est associée à un déclin important de M. pinsapinis. Un modèle mécaniste et statistique a été développé afin de déterminer la contribution relative de la variabilité temporelle de la disponibilité en graines et des divergences de traits d'histoire de vie dans la dynamique de coexistence-exclusion de M. schimitscheki et M. pinsapinis. Nos résultats montrent que la phénologie plus précoce de M. schimitscheki est le principal facteur déterminant le succès de l'invasion de M. schimitscheki et l'exclusion compétitive de M. pinsapinis dans les zones de sympatrie des deux espèces.Nous avons développé une approche théorique de l'impact indirect de M. schimitscheki sur C. atlantica basée sur les modèles de réaction-diffusion. Nos résultats montrent qu'un effet Allee résultant de la prédation des graines sur un front d'expansion peut accroître la contribution des hôtes situés à l'arrière de ce front au pool génétique de la population. Ce phénomène a pour conséquence de freiner l'érosion de la diversité génétique au cours du processus de colonisation.Les approches expérimentales et théoriques développées au cours de cette thèse montrent que l'invasion de M. schimitscheki a un impact indirect négatif sur la démographie d'une espèce résidente occupant la même niche écologique, alors qu'elle pourrait favoriser directement le maintien de la diversité génétique des populations d'hôtes en pleine dynamique de régénération naturelle. / Biological invasions produce novel species assemblages in communities that likely result in novel interspecific interactions. Ecological impacts of invasions may be: (i) indirect, if the invader enters competition with resident species, and (ii) indirect if the invader is a predator or a parasite of resident species. Both indirect and direct ecological invasion impacts are likely to apply to invasive wasps of the Megastigmus genus (Hymenoptera: Torymidae), which exploit narrow ecological niches that overlap with those of resident insect species, and contribute to high mortality levels in host plant populations due to their high specialization on seeds. This thesis aimed at testing such predictions by studying the impacts of the invasion of M. schimitscheki on: (i) its resident competitor for the seed resource M. pinsapinis, and (ii) the expanding populations of its obligatory host the Atlas cedar (Cedrus atlantica) in southeastern France.An extensive spatio-temporal survey of Megastigmus spp. populations indicated that the rapid expansion of M. schimitscheki was associated with a strong decline of M. pinsapinis. A mechanistic-statistical modelling approach allowed us to show that an earlier phenology of M. schimitscheki had a stronger explanatory power of both invasion success and the competitive exclusion of the resident than temporal variation in resource supply.A theoretical approach of the indirect impact of M. schimitscheki on C. atlantica expansion dynamics was based on reaction-diffusion models. We showed that an Allee effect resulting from seed predation at the expansion front of a host population may increase the genetic contribution of host individuals situated in the bulk of the expansion front. Interestingly, this phenomenon results in a limited erosion of genetic diversity during the expansion phase of the host population.The empirical and theoretical approaches developed showed that the invasion of M. schimitscheki in French cedar forests had a strong and negative indirect impact on the demography of a resident species, but, parallely, such invasion may directly favour the maintenance of genetic diversity in expanding host plant populations.

Les invasions biologiques sont un composant du changement global et ont des impacts dramatiques sur les écosystèmes, les agrosystèmes et la santé humaine. Néanmoins, ces processus biologiques particuliers offrent la possibilité d'étudier l'évolution phénotypique et génétique en un sur des temps écologiques. En effet, les invasions biologiques impliquent de fortes contraintes environnementales et démographiques sur les populations, et de forts effets sous-jacents de la sélection et de la dérive. Pourtant, les espèces envahissantes sont parmi les colonisateurs les plus prolifiques de la nature, et surprennent par leur capacité à répondre à ces contraintes. Le potentiel évolutif et adaptatif des populations envahissantes a été à de nombreuses reprises proposé comme facteur facilitant le succès de ces invasions. Qu'il s'agisse de processus génétiques d'adaptations (i.e. des changements de fréquences d'allèles) ou plastiques (i.e. un ajustement par plasticité phénotypique en réponse à un stimulus environnemental), la capacité de réponse à la sélection des espèces envahissantes les placent au centre des études de la biologie évolutive moderne. Ici, nous utilisons la récente invasion mondiale de la drosophile à ailes tachetées Drosophila suzukii pour étudier en détail les mécanismes de la réponse à la sélection potentiellement impliqués dans le succès de cette invasion. L'analyse des patrons de variations moléculaires neutre, nous ont permit de retracer l'histoire complexe de cette invasion mondiale, et d'évaluer par la suite la divergence phénotypique et l'évolution de la variation génétique quantitative en comparant les populations ancestrales de D. suzukii à leurs populations dérivées. Nous avons pu ainsi estimer les effets de la sélection et de la dérive génétique au cours de cette invasion, et discuter leur importance au regard de l'évolution de la forme de l'aile dans cette espèce. Enfin des protocoles expérimentaux d'analyse de la plasticité phénotypique ainsi que des méthodes de modélisation de niche climatique nous permettent de discuter l'influence de la fluctuation des conditions environnementales sur le succès de cette invasion. / Biological invasions are a component of global change and have dramatic effects on ecosystems, agrosystems and human health. Nonetheless, these peculiar biological processes offer a great opportunity for the study of rapid phenotypic and genetic evolution, at an ecological timescale. Biological invasions often involve environmental and demographic constraints on populations, as well as strong effects of selection and drift. However, these species are among the most successful colonialists in nature, and their ability to respond to these constraints is remarkable. The evolutionary and adaptive potential of invasive populations have been proposed as facilitating factors of the success of invasions. Processes of genetic (i.e. changes in allele frequencies) and plastic (i.e. adjustment to environmental fluctuation through phenotypic plasticity) involved in the success of biological invasions are at the center of modern evolutionary biology. Here, we use the recent spread of the spotted-wing Drosophila suzukii to study the underlying mechanisms of response to selection potentially involved in the success of this global invasion. Analyzing patterns of neutral genetic variation allowed us to decipher the complex history of this worldwide invasion, and subsequently evaluate phenotypic divergence and evolution of quantitative genetic variation among ancestral and derived populations. We thus estimated the effects of selection and drift throughout this invasion and discuss their importance regarding the evolution of wing shape in this species. Finally, experimental protocols on the analysis of phenotypic plasticity as well as Species Distribution Modeling methods allowed us to discuss the influence of environmental fluctuations on the success of this invasion.

Les interactions hôte – parasites sont des systèmes qui affectent probablement la totalité des êtres vivants et constituent un facteur clé dans la compréhension de la dynamique des maladies infectieuses. On a abordé cette problématique en utilisant le système Fasciola hepatica/Lymnaeidae dans sur l'île de Cuba. Cette thèse utilise une approche basée sur différentes disciplines de la biologie comme l’écologie des populations (distribution et abondances de mollusques hôtes intermédiaires), l'écologie parasitaire (données de prévalences naturelles de parasites chez les hôtes), la génétique des populations en utilisant des marqueurs microsatellites (tant pour le parasite que pour les mollusques hôtes), et des études de susceptibilité et compatibilité douve/limnée.En ce qui concerne la diversité génétique du parasite, une très haute diversité et une forte probabilité d’allofécondation ont été observées. En revanche, on n’a pas trouvé de différentiation significatives entre souches. Les taux d’infection chez le bétail sont très élevés.Pour ce qui est de la biologie des populations des limnées hôtes, on a cartographié la distribution des deux espèces présentes à Cuba : Galba cubensis qui est très répandue et Pseudosuccinea columella qui n'est présente que dans la partie centre-occidentale. Nous avons mis en évidence des différences concernant les types d’habitats préférés pour chaque espèce : G. cubensis est plus plastique écologiquement et se retrouve beaucoup plus dans les sites anthropisés.L'étude des compatibilités douve/mollusque a révélé l’existence de populations avec une résistance naturelle à l’infection par F. hepatica chez la limnée P. columella. Ces populations sont génétiquement différenciées des populations sensibles. La plupart des populations sensibles sont monomorphes avec le même haplotype très répandu. Par contre, on a observé une diversité génétique plus importante chez G. cubensis qui suggère un temps évolutif plus ancien à Cuba. L’échantillonnage fait dans une aire de où la fasciolose sévit fortement chez le bétail a révélé un très faible taux d’infection naturel chez les limnées, mais avec de fortes variations d'intensités. Différentes combinaisons douve/limnée sympatriques et allopatriques testées expérimentalement ont montré une compatibilité supérieure de G. cubensis qui suggère une meilleure adaptation aux souches de F. hepatica cubaines.Les résultats obtenus montrent que la compréhension de la dynamique des maladies infectieuses ainsi que leur contrôle doivent s’appuyer sur des connaissances très solides de la biologie, écologie, génétique et évolution des systèmes hôtes – parasites. / Host – parasite interactions are biological systems that probably affect every living being. It also constitute a key factor in the understanding of infectious diseases. This subject has been studied using the Fasciola hepatica/Lymnaeidae system in the insular environment of Cuba. This thesis makes a biological multidisciplinary approach through population ecology (distribution and abundance of intermediary hosts snails), infection rates estimations of parasites in their hosts, population genetics using microsatellites markers (for both parasite and snails hosts), and studies of susceptibility and compatibility fluke/snail.The genetic diversity of the parasite is characterized by high values of diversity as well as probability of cross fertilization. However, we failed to detect significant differences between the strains but a highly infection rate is shared in cattle.Regarding the lymnaeid snails, the distribution of the two occurring species is mapped showing that Galba cubensis is widely distributed while Pseudosuccinea columella only exists in central-western Cuba. Both snail species differ in preferred habitat types and G. cubensis displays a higher ecological plasticity commonly observed in heavily human-transformed sites.Differences in host-parasite compatibilities have been revealed. It has been noted the existence of some populations of P. columella with a natural resistance to F. hepatica infection which display a marked differentiation of their population genetic structure compared to susceptible populations. Most susceptible populations are monomorphic with a very common haplotype in Cuba. Conversely, we observed a higher diversity in G. cubensis indicating a larger evolutionary time in Cuba. The sampling conducted in a fasciolosis endemic area revealed very low prevalences in the snail populations. However, strong variation in parasite mean intensity within individuals supports the high infection rates observed in cattle. Different sympatric and allopatric fluke/snail combinations were experimentally tested in which G. cubensis proved to be more compatible and suggest a better adaptation to the circulating F. hepatica in Cuba.Our results show that the understanding of infectious diseases’ dynamics and their effective control must strictly rely in a full knowledge of the biology, ecology, genetics and evolution of host – parasite systems.

Les relations complexes qui unissent les insectes phytophages et les plantes peuvent être étudiées par des approches interdisciplinaires à diverses échelles. Ces études peuvent avoir un intérêt appliqué, dans l'agriculture notamment. Au cours de cette thèse, nous avons mené une étude interdisciplinaire sur la biologie de la cécidomyie des fleurs du manguier, Procontarinia mangiferae (Felt) (Diptera : Cecidomyiidae), un bio-agresseur monophage et invasif responsable de dégâts économiques majeurs dans plusieurs zones de production du monde. L'objectif était d'améliorer les connaissances sur la biologie de cette espèce à l'île de la Réunion : (1) en évaluant sa diversité génétique et les facteurs écologiques et biologiques qui peuvent expliquer la structuration génétique de ses populations ; (2) en étudiant en milieu naturel ou contrôlé les caractéristiques de sa diapause, qui lui permettent de maintenir des populations d'une saison de floraison à la suivante ; (3) en étudiant par modélisation la dispersion des femelles dans un verger lors de sa colonisation, en prenant en compte les capacités de vol et la distribution spatiale et temporelle des stades sensibles du manguier au sein du verger. Les résultats ont montré que l'espèce P. mangiferae se reproduisait à la fois sur les inflorescences et sur les jeunes feuilles, qu'elle était présente toute l'année et sur tous les sites échantillonnés sur l'île, quelles que soient les conditions culturales ou climatiques. Ses populations sont apparues structurées en deux clusters sympatriques, dont un était plus fréquent dans la zone de culture du manguier. Ensuite, nous avons prouvé l'existence d'une diapause facultative induite toute l’année, avec cependant un taux d'induction de diapause supérieur en été. Cette diapause du troisième stade larvaire se déroule dans le sol et dure entre six semaines et plus d'un an. Les températures fraiches déclenchent les émergences des individus en diapause et permettent de synchroniser l'émergence des adultes avec la période de floraison du manguier. Enfin, nous avons montré que des femelles immigrantes étaient capables de coloniser l'ensemble des arbres d'un verger. Le vol d'arrivée des femelles dans le verger et le vol actif au sein du verger se sont avérés influencés respectivement par l'abondance et par l'attractivité de la ressource. Les connaissances obtenues sur la biologie de P. mangiferae et sur ses relations avec le manguier ouvrent des pistes pour le développement de stratégies de gestion agroécologique de ce bio-agresseur. / Phytophagous insects and plants are linked by complex relationships. Insect-plant interaction researches involve several biological disciplines at different levels of analysis. These insect–plant relationships are of crucial importance from an applied point of view, notably for agriculture. In this work, an interdisciplinary approach has been used to study on the mango blossom gall midge, Procontarinia mangiferae (Felt) (Diptera: Cecidomyiidae), an invasive insect pest specific to mango causing major economic damages worldwide. The objective was to improve our knowledge of the biology of this species in the subtropical Reunion Island (i) by describing its genetic diversity and investigate the ecological and biological determinants of the genetic structure of its populations, (ii) by carrying out field and controlled experiments to understand the diapause strategies involved in maintaining populations from one flowering season to the next one, (iii) by modeling the arrival and dispersion of females within an orchard in relation with their flight capacity and with the spatial and temporal distribution of the mango susceptible resources. The results showed that the single species P. mangiferae, feeding on both inflorescences and young leaves, was present all year round and in all the sampled sites on the island, regardless of the climatic and cultural conditions. Populations in Reunion Island appeared structured into two clusters in sympatry, one cluster being more frequent in the cultivated mango area. Secondly, we demonstrated the occurrence of facultative diapause all year round, with the highest rate of diapause observed in summer. The diapause allowed a developmental arrest at the 3rd larval instar in the soil, lasting between six weeks to more than one year. The decrease of temperature at the beginning of winter triggered off the emergence of diapausing individuals and synchronized adult emergence with the mango flowering period. Thirdly, non-native female gall midges were able to colonize all the trees of an orchard. Their arrival flight and trivial flight were oriented by the abundance and by the attractiveness of the mango resources, respectively. The knowledge obtained on the biological cycle of P. mangiferae and on its relationships with the mango tree should be useful to develop new agroecological pest management strategies.

Les familles de gènes impliqués dans le cancer et autres maladies génétiques se sont beaucoup élargies via deux Duplications Globales de Génome (DGG) qui ont eu lieu à l'origine des vertébrés. La rétention des copies de ces gènes implique une susceptibilité plus grande aux maladies génétiques et constitue une énigme du point de vue de l'évolution. Dans cette thèse, nous avons généralisé des modèles classiques de génétique des populations pour révéler le mécanisme non-adaptatif qui a conduit à cette conservation de gènes potentiellement délétères chez les vertébrés. Nous avons résolu un modèle déterministe haploïde, nous avons étendu ce modèle à des génomes diploïdes et nous avons analysé les effets de taille finie des populations et de la sélection positive par une approche stochastique. Les résultats montrent, en accord avec les données génomiques du cancer chez l'homme, que les copies DGG susceptibles aux mutations délétères dominantes sont conservées indirectement via la sélection de purification dans les espèces post-DGG, qui présentent nécessairement une incompatibilité de ploïdie avec la population pre-DGG. Les résultats obtenus en étendant des méthodes avancées d'inférence bayésienne, quantifiant les effets causaux directs, soutiennent l'hypothèse d'une influence directe de la susceptibilité aux mutations délétères dominantes sur la rétention des copies DGG. Ces résultats révèlent le mécanisme d'évolution non-adaptatif responsable de la rétention de gènes DGG susceptibles aux mutations délétères dominantes et notre extension de méthodes d'inférence bayesienne ouvre la voie à la quantification des relations causales directes dans un large ensemble de problématiques. / Gene families implicated in cancer and other genetic diseases have been greatly expanded through two rounds of whole-genome duplication (WGD) that occurred at the onset of jawed vertebrates. However, such gene duplicates are expected to lead to an enhanced susceptibility to genetic diseases, and thus their retention represents an evolutionary puzzle from a natural selection perspective. In this thesis, we have expanded classical population genetics models to reveal the non-adaptive mechanism through which such potentially deleterious ohnologs (WGD-duplicated genes) were retained in the vertebrate genomes. We have solved a deterministic haploid model, we have considered extensions to diploid genotypes, and we have analyzed population size effects and the impact of positive selection through a stochastic approach. The results demonstrate, consistently with available human cancer genome data, that ohnologs prone to dominant deleterious mutations are indirectly selected through purifying selection in post-WGD species, arisen through the ploidy incompatibility between post-WGD individuals and the rest of the pre-WGD population. Extending advanced Bayesian inference methods to quantify direct and indirect causal effects, we have found further supporting evidences for the direct role of the gene susceptibility to deleterious mutations on ohnolog retention. Our findings rationalize the evolutionary mechanism responsible for the expansion of ohnologs prone to dominant deleterious mutations, highlighting the role of WGD-induced speciation. Our extension of Bayesian inference methods paves the way for the identification of direct causal relationships in a huge variety of problems.

Des approches traditionnelles en combinaison avec des méthodes moléculaires et biochimiques ont été utilisées pour étudier les communautés zooplanctoniques de la saline de Sfax. Une dizaine d'espèces ont été identifiées dans 4 bassins de salinité croissante. Les copépodes étaient la composante la plus représentative du compartiment zooplanctonique dans les bassins A5, A16 et C41. Le bassin M2 est monozoïque avec une présence exclusive d'Artemia salina.Nous avons montré le rôle crucial de la salinité dans la distribution des espèces mais nous avons souligné également l’influence, quoique plus faible, d’autres facteurs comme le ratio N:P qui pourrait être liée au mode de vie des animaux et directement aux phytoplancton. La composition en acides gras des copépodes et des Artemia est liée aux facteurs physico-chimiques et biologiques. Grâce à leur teneur en acides gras hautement insaturés, les copépodes et les Artemia peuvent être utilisés comme source alimentaire pour les poissons d'élevage. La phylogénie des copépodes est controversée puisque la structuration génétique de ce groupe n’est pas nettement identifiable. L’existence d’espèces cryptiques au sein des Paracartia grani est supposée mais reste à confirmer. Les facteurs abiotiques ne sont pas impliqués dans ces processus de divergence génétique. Chez Artemia salina, la forte teneur en sel, est un facteur de ségrégation des populations, l’adaptation des artémies à cette condition aboutit à des populations génétiquement distinctes. Un clivage génétique est repéré, il met en évidence une séparation entre les populations vivant dans de fortes teneurs en sel et celles en pleine mer. / Zooplankton community of solar saltern of Sfax. A dozen of species were identified in four ponds of increasing salinity. Copepods were the most abundant group in A5, A16 and C41. M2 is monozoic with an exclusive presence of Artemia salina. Salinity have a crucial role in species distribution, whereas, other factors such as N:P ratio have smaller influence. Fatty acids composition of copepods and Artemia depends on physico-chemical and biological parameters. Owing to their Highly unsaturated fatty acids (HUFAs) composition, copepods and Artemia of the saltern of Sfax can be used as food source for cultured fishes. Copepods phylogeny is controversial because their genetic structure is not clearly identifiable. The existence of cryptic species within Paracartia grani is assumed but should be confirmed. Abiotic factors are not involved in processes of genetic divergence. For Artemia salina, the high salinity, is a factor of population segregation, the adaptation of Artemia in such condition leads to distinct, genetically, population. A genetic divide was identified, it highlights a separation between population living in high salinity and those in the sea.

La structure génétique et la dynamique des populations des champignons phytopathogènes peuvent être influencées par de nombreux facteurs, ce que nous avons illustré à différentes échelles chez Melampsora larici-populina, l'agent de la rouille du peuplier. A l'échelle de la France, deux principaux groupes génétiques se différencient. Le premier, inféodé aux hôtes sauvages, est le produit de l'évolution des populations en conditions naturelles. Le second, formé suite au contournement de la résistance R7 portée par le cultivar "Beaupré", se caractérise par une forte proportion d"individus virulents 7 et présente des signatures de sélection et d'expansion démographique, témoins de l'invasion de ce groupe sur tous les peupliers (y compris sauvages) de la moitié nord de la France. A une échelle plus restreinte, nous avons examiné une zone de contact située dans les Alpes, où la délimitation entre les groupes « cultivé » et « sauvage » était la plus marquée. En testant l'effet du paysage, nous avons montré que le massif des Ecrins protégeait le groupe « sauvage » situé à l'est, en amont de la vallée de la Durance, de l'invasion des individus au profil « cultivé » venant du nord-ouest. Il n'en est pas de même dans la partie aval de cette vallée, colonisée annuellement par une vague épidémique, issue de ces deux groupes génétiques présents en amont de part et d'autre du Massif des Ecrins. En dernier lieu nous avons examiné les conséquences génétiques des évènements de colonisation, qui se traduisent par une augmentation de la différenciation par rapport à la source de l'épidémie ainsi qu'une érosion de la diversité génétique. Ce travail original a permis de souligner l'importance de combiner les approches d'épidémiologie et de génétique des populations pour caractériser au mieux les processus démographiques et leurs conséquences génétiques / Many factors can impact the genetic structures and population dynamics of fungal plant pathogens. Here we illustrated some of them at different spatial scales for the poplar rust fungus Melampsora larici-populina. At the scale of France, two main genetic groups were found. The first one infects only wild hosts and results from natural evolution of rust populations. The second one was formed after the R7 resistance breakdown, which is carried by the cultivar ?Beaupré?. This group exhibited a high proportion of virulent 7 individuals and presented signs of selection and demographic expansion; these signs indicate the recent invasion of individuals from this group on both wild and cultivated poplars in the northern half of France. At a regional scale, we focused on a contact zone between the ?cultivated? and the ?wild? genetic groups, located in the Alps. Upstream the Durance River valley, the influence of landscape has been highlighted by the effect of the Ecrins range which protects the ?wild? group located on the east side from the invasion of individuals from the ?cultivated? group, which arise from the northwest. Downstream the valley the annual epidemic wave was shown to be composed of admixed individuals from ?wild? and ?cultivated? groups, originating from both sides of the Ecrins range. Lastly we assessed the genetic consequences of the colonization wave. We evidenced a gradual increase of genetic differentiation with the epidemic source and a loss of genetic diversity. This work highlights the need of combining population genetics and epidemiology to characterize demographic processes and their genetic consequences

Le paludisme, maladie parasitaire et vectorielle, sévissant principalement dans les zones intertropicales où vit près de 40% de la population mondiale, reste un problème majeur en santé publique. Les cinq espèces de Plasmodium connues infectées le paludisme chez l'homme sont présentes au Cambodge, qui est reconnu comme l'épicentre de l'émergence de souches de P. falciparum multi-résistantes (chloroquine, sulfadoxine- pyriméthamine, méfloquine, artémisinine), pouvant entraver les progrès accomplis depuis plus d'une décennie. Le travail de thèse intitulé « Approche génomique et bio-informatique de l'émergence et de la diffusion des résistances chez Plasmodium au Cambodge » avait pour objectif de développer de nouveaux outils moléculaires et biologiques pour 1) une meilleure compréhension de l'impact des stratégies mises en place pour lutter contre le paludisme à P. falciparum sur les autres espèces de Plasmodium, 2) la mise en place d'outils biologique et moléculaire, permettant de mieux définir l'épidémiologie des parasites résistants, en particulier la résistance à la quinine et aux dérivés de l'artémisinine, 3) l'étude et la définition des sous-populations parasitaires circulant au Cambodge afin d'estimer les risques associés à la diffusion de la résistance à l'artémisinine. Cette thèse a été réalisée dans l'Unité d'Epidémiologie Moléculaire du Paludisme à l'Institut Pasteur du Cambodge (IPC) sous la codirection du Dr. Didier Ménard (Chef de laboratoire à l'IP) et du Pr. Emmanuel Cornillot (Professeur à l'Université Montpellier I). Le premier objectif visait à étudier l'impact de la pression médicamenteuse sur la dynamique d'évolution des populations parasitaires. Nous avons d'abord évalué le polymorphisme des gènes associés à la résistance à la pyriméthamine (gène dhfr, dihydrofolate reductase) chez Plasmodium malariae et Plasmodium ovale (article 1 et manuscrit en préparation1), et le polymorphisme du gène mdr-1 (multidrug resistance 1) associé à la résistance à la mefloquine chez P. vivax (article 2). De plus, en collaboration avec l'Institut Pasteur de Madagascar, nous avons étudié le lien pouvant exister entre le polymorphisme du gène candidat Plasmodium falciparum Na+/H+ exchanger (Pfnhe-1) et la résistance (clinique et in vitro) de P. falciparum à la quinine (articles 3 et 4).Le deuxième objectif s'est interessé au développement d'outils biologiques et moléculaires permettant d'évaluer la résistance des souches de P. falciparum aux dérivés de l'artémisinine. Les 3 articles présentés (articles 5, 6 et 7) decrivent la méthodologie d'approche originale utilisée associant la génomique, la biologie, la clinique et l'épidémiologie, qui a permis d'aboutir à la découverte d'un marqueur moléculaire (mutations au sein du gène Kelch 13) fiable pour identifier les souches résistantes aux dérivés de l'artémisinine.Le dernier objectif était consacré au développement de la technique PCR-LDR-FMA appliqué à la détection d'un panel de 24 SNPs permettant de caractériser par un « barcode » chaque isolat de P. falciparum. Cette technique couplée avec une analyse bio-informatique et statistique des données nous a permis d'étudier et de définir la structuration des populations parasitaires circulant au Cambodge afin d'estimer les zones à risque de diffusion de la résistance à l'artémisinine (manuscrit en préparation 2).A travers ce travail de thèse, nous nous sommes efforcés de montrer la puissance des techniques de biologie moléculaire disponibles couplées avec des approches génomique et bio-informatique pour améliorer notre compréhension de la dynamique d'évolution des populations parasitaires. Ce travail s'est essentiellement concentré sur les phénomènes liés à l'émergence et de la diffusion des parasites résistants aux antipaludiques, le but final de ce travail étant d'améliorer les stratégies de lutte mises en place pour atteindre l'ambitieux objectif d'élimination du paludisme. / Malaria, a protozoan vector-borne disease, is mainly prevalent in tropical areas, where nearly 40% of the world population is residing and remains one of the most concerns for public health worldwide. In Cambodia, the five Plasmodium species known to cause malaria in humans are present. The main feature of this country is that it is recognized as the epicenter of the emergence of multi-resistant P. falciparum parasites (to chloroquine, sulfadoxine-pyrimethamine, mefloquine, and artemisinin), a very significant menace to public health in the Mekong region that could impact the worldwide strategy to fight malaria. The thesis presented here, entitled “Genomics and Bioinformatics in the emergence and spread of resistant Plasmodium in Cambodia” aimed to develop new molecular and biological tools for:1) improving our understanding of the collateral impact of the strategies implemented to fight against falciparum malaria on the other Plasmodium species; 2) defining the molecular epidemiology of antimalarial resistant parasites, especially resistance to quinine and artemisinin derivatives;3) studying and defining the structure of P. falciparum parasite populations circulating in Cambodia to estimate areas at risk of spread of artemisinin resistance, using genomic approaches and bioinformatics. This thesis was carried out in the Malaria Molecular Epidemiology Unit at Pasteur Institute in Cambodia (IPC) under the co-direction of Dr. Didier Ménard (Head of the Unit, IP) and Pr. Emmanuel Cornillot (Professor, University of Montpellier I). The first objective of this work was to study the impact of drug used to treat falciparum malaria on the dynamics of other Plasmodium species. In a first step, we evaluated the polymorphism in gene associated to pyrimethamine resistance (dhfr gene, dihydrofolate reductase) in Plasmodium malariae and in Plasmodium ovale (article 1 and manuscript in preparation 1) and the polymorphism in mdr-1 gene (multidrug resistance 1 gene) associated to mefloquine resistance in P. vivax (article 2). Secondly, in collaboration with Pasteur Institute in Madagascar, we investigated the association between the polymorphism in Plasmodium falciparum Na + / H + exchanger gene (Pfnhe-1) and quinine resistance defined either by clinical or in vitro phenotypes (articles 3 and 4). The second objective was focused on the development of novel biological and molecular tools to assess the resistance of P. falciparum to artemisinin derivatives. The three papers presented (articles 5, 6 and 7) describe an original approach combining genomics, biological, clinical and epidemiological studies, which lead to the discovery of a molecular marker (mutations Kelch 13 gene) associated to artemisinin resistance.The third and final objective was devoted to the development of the PCR-LDR-FMA technology applied to the detection of a panel of 24 SNPs to characterize a "barcode" of P. falciparum isolates. This technic coupled with bioinformatics and statistical analysis allowed us to study and define the structure of the parasite populations circulating in Cambodia for estimating areas at risk of spread of artemisinin resistance (manuscript in preparation 2). Through this work, we have tried to show the usefulness of available molecular biology methods coupled with genomic and bioinformatics approaches to improve our understanding of the dynamics of the malaria parasite populations. This work has been mainly focused on the emergence and spread of antimalarial resistant parasites, keeping in mind that the ultimate goal of this work was to improve strategies implemented to achieve the ambitious goal of malaria elimination.

Pour de nombreux écologistes, les forêts tropicales sont synonymes de richesse et de diversité spécifique ; aussi l'existence de forêts monodominantes, à savoir de forêt dominée par une seule espèce, reste un formidable énigme. Nous présentons ici la première étude de l'autécologie d'une nouvelle espèce monodominante : Spirotropis longifolia (DC) Baill. (Leguminosae-Papilionoideae) se développant en Guyane française. La monodominance du S. longifolia est très importante, ce dernier pouvant représenter jusqu'à 70% du peuplement. Par ailleurs, le cortège floristique associé à cette espèce diffère largement de celui de la forêt adjacente, très diversifiée. La monodominance du S. longifolia ne peut être expliquée ni par des conditions pédologiques particulières ni par l'absence de compétiteur dans ses peuplements. Nous suggérons en revanche que ses étonnantes capacités à réitérer et à marcotter lui permettent d'installer de maintenir sa monodominance. Nous avons de plus développé un jeu de marqueurs microsatellites et constitué une banque de gènes au cours d'une importante campagne de terrain. Nous proposons une nouvelle classification de la monodominance afin de mieux appréhender les processus écologiques qui lui sont associés, et y replaçons le S. longifolia. Enfin, nous mettons en perspective nos résultats avec la gestion des peuplements naturels. / Large expanses of forest dominated by a single tree species, i.e. monodominant forests, occur through the tropics and remain an long-standing conundrum to most ecologists. In French Guiana, we described a new monodominant tree species: Spirotropis longifolia (DC) Baill. (Leguminosae-Papilionoideae), and studied, for the first time, its autecology. We reported a strong monodominant feature (up to 70 % of stems >10 cm in d.b.h.) and a marked difference between floristic composition of the dominated and adjacent, highly diverse, stands. The monodominance of S. longifolia was supported neither by peculiar soil conditions nor by a lack of competitors but may be owned to its astonishing self-coppicing and layering abilities which induce a sharp spatial structure. We also developed a set of microsatellite markers and conduct a large field survey to built up a gene data base. Facing the variety of ecological processes involved in monodominance, we identified a lack of conceptual framework, set a new classification of monodominance and positioned S. longifolia within. We finally discuss these results in the frame of the forest management.

La recherche des signatures génétiques de l'adaptation locale est d'un grand intérêt pour de nombreuses études de génétique des populations. Les approches pour trier les loci sélectifs à partir de leur contexte génomique, se concentrent sur les valeurs extrêmes de l'indice de fixation, FST, à travers les loci. Cependant, le calcul de l'indice de fixation devient difficile lorsque la population est génétiquement continue, lorsque la prédéfinition des sous-populations est une tâche difficile et en présence d'individus mélangés dans l'échantillon. Dans cette thèse, nous présentons une nouvelle méthode pour identifier les loci sous sélection basée sur une extension de la statistique FST à des échantillons avec des individus mélangés. Considérant notre objectif d'explorer des méthodes statistiques pour identifier l'adaptation locale dans la population mélangée, nous avons inclus des données spatiales pour calculer les coefficients d'ascendance et les fréquences d'allèles. Pour enrichir notre travail, nous avons investigué les effets du déséquilibre de liaison et des méthodes d'élagage de LD dans les analyses de génomes pour la sélection. / Finding genetic signatures of local adaptation is of great interest for many population genetic studies. Common approaches to sorting selective loci from their genomic background focus on the extreme values of the fixation index, FST, across loci. However, the computation of the fixation index becomes challenging when the population is genetically continuous, when predefining subpopulations is a difficult task, and in the presence of admixed individuals in the sample. In this thesis, we present a new method to identify loci under selection based on an extension of the FST statistic to samples with admixed individuals. Considering our goal of exploring statistical methods to identify local adaptation in admixed population, we included spatial data to compute ancestry coefficients and allele frequencies. To enrich our work, we investigated the effects of linkage disequilibrium and LD-pruning methods in genome scans for selection.