Les interactions hôtes-parasites sont classiquement vues comme un équilibre dynamique entre seulement deux partenaires ; cependant, ce paradigme a progressivement changé ces dernières années avec la découverte de nombreux hôtes naturellement co-infectés par de multiples parasites. L'étude des co-infections s'avère particulièrement pertinente lorsque l'hôte est un vecteur de maladies, dans la mesure où les infections multiples peuvent avoir d'importantes conséquences sur la transmission d'un parasite, à la fois à des échelles écologiques et évolutives. Wolbachia pipientis est la bactérie endosymbiotique la plus commune chez les insectes, et de fait, suscite un intérêt particulier pour comprendre le rôle des co-infections sur l'issue des infections parasitaires. Afin de déterminer si l'infection naturelle par Wolbachia affecte la capacité des moustiques à transmettre la malaria, nous avons étudié une triade qui partage une histoire évolutive commune : le parasite de la malaria aviaire P. relictum SGS1, son vecteur naturel Cx. pipiens, et un ensemble de souches wPip de Wolbachia naturellement présentes chez ce moustique. Nous nous sommes tout d'abord intéressé à l'impact de différents types de wPip sur la prévalence et la diversité des parasites responsables de la malaria aviaires dans les populations naturelles de Cx. pipiens de la région de Montpellier. Puis, par l'utilisation de différentes lignées isogéniques de moustiques, infectés ou non par Wolbachia, nous avons étudiés l'impact de la présence du symbiote sur différents traits d'histoire de vie du moustique essentiels pour la transmission de Plasmodium. Nous montrons ainsi que Wolbachia profite à Cx. pipiens, mais également à Plasmodium: elle améliore plusieurs traits d'histoire de vie des moustiques, tels que leur longévité et leur fécondité, leur tolérance à l'infection par P. relictum, et facilite l'infection par ce parasite à la fois qualitativement et quantitativement (i.e. elle augmente à la fois la prévalence et l'intensité de l'infection). Bien que les mécanismes impliqués dans cette interaction tripartite restent encore inconnus, ces résultats suggèrent que Wolbachia peut avoir d'importantes implications sur la transmission de la malaria dans la nature. De plus, ces résultats suggèrent la nécessité de réévaluer l'utilisation de Wolbachia comme moyen de lutte contre les pathogènes et soulignent la nécessité de mieux comprendre les interactions multipartites. / In recent years, there has been a shift in the one host one parasite paradigm with the realization that, in the field, most hosts are co-infected with multiple parasites. Coinfections are particularly relevant when the host is a vector of diseases, because multiple infections can have drastic consequences for parasite transmission at both the ecological and evolutionary time scales. Wolbachia pipientis is the most common parasitic microorganism in insects and as such it is of special interest for understanding the role of coinfections in the outcome of parasite infections. This thesis investigates whether a natural Wolbachia infection can alter the quality of mosquitoes as vectors of malaria. To address this issue, we used a Wolbachia-mosquito-Plasmodium triad with a common evolutionary history. Our experimental system consists in the avian malaria parasite P. relictum SGS1 and its natural vector, the mosquito Cx. pipiens, which naturally harbours several wPip Wolbachia strains. First, we investigated the impact of different wPip groups on the prevalence and diversity on avian malaria in natural populations of Cx. pipiens mosquitoes in the Montpellier region. Second, using different isogenic laboratory mosquito strains harboring or not Wolbachia, we investigated the impact of the presence of Wolbachia on several mosquito and Plasmodium life history traits relevant for malaria transmission. We show that Wolbachia benefits both Cx. pipiens and Plasmodium: it enhances several mosquito life history traits, such as longevity and fecundity, increases their tolerance to P. relictum (i.e. compensates for a Plasmodium-induced mortality) and facilitates P. relictum infection both qualitatively (increases infection prevalence) and quantitatively (increases infection intensity). Although the mechanisms involved in the mosquito-Wolbachia-Plasmodium interaction remain elusive, these results suggest that Wolbachia may have important implications on the transmission of malaria in nature. This is consistent with the high prevalence and diversity of avian malaria parasites found in natural populations of Cx. pipiens. Further, these results suggest the need to reassess the use of Wolbachia as a way to fight pathogens and highlight the need to better understand parasite multipartite interactions.

La prévalence des parasites vectoriels peut être modulée par de nombreuses caractéristiques de l’environnement. De plus, les impacts négatifs de ces parasites sur les communautés animales peuvent être amplifiés par des perturbations environnementales qui sont, souvent, d’origine anthropique. À ce jour, les connaissances disponibles du rôle des perturbations anthropiques dans la distribution spatiale des parasites sont limitées. Dans ce contexte, ce projet tente d’évaluer le rôle de diverses variables environnementales, dont les conditions climatiques, la densité et la diversité des hôtes et les caractéristiques du paysage, dans la dynamique de la malaria aviaire (Plasmodium spp., Haemoproteus spp. et Leucocytozoon spp.) chez une population d’Hirondelle bicolore (Tachycineta bicolor) en déclin, nichant dans un paysage agricole. Une faible prévalence et une diversité parasitaire modérée ont été identifiées chez les adultes et les oisillons confirmant qu’une transmission parasitaire peut se produire durant la période de reproduction et ce, même à des latitudes aussi nordiques. Certaines variables environnementales, dont la proportion de zones anthropiques, de cultures extensives et de zones forestières, ainsi que la fluctuation journalière moyenne de la température, semblent être impliquées dans l’hétérogénéité spatiale de la prévalence de la malaria aviaire, et ce, différemment selon le genre parasitaire analysé. Chez les oisillons, les précipitations et l’identité du nichoir s’avèrent être les seules variables associées à la probabilité d’infection, suggérant l’implication de l’environnement à fine échelle. De plus, la variation interannuelle du statut d’infection pour certains individus semble montrer leur capacité à contrôler l’infection parasitaire. Cette étude suggère que les perturbations anthropiques du paysage peuvent moduler la distribution spatiale de la malaria aviaire chez l’Hirondelle bicolore. De plus, cette étude est une des seules en région tempérée qui a déterminé que des facteurs environnementaux puissent être à l’origine de l’hétérogénéité spatiale de la prévalence de ce parasite sanguin. Ces résultats serviront donc de comparaison pour les futures études de la malaria aviaire réalisées dans des milieux anthropisés et tempérés.

Les moustiques jouent un rôle essentiel dans la dynamique de transmission du paludisme. Plusieurs traits d’histoire de vie de ces insectes hématophages vont, en effet, intervenir dans le calcul du taux reproductif de base du parasite. Parmi eux, la probabilité et l’intensité d’infection des vecteurs, suite à la prise d’un repas de sang infectieux, sont des facteurs primordiaux pour la transmission de Plasmodium. Pourtant, au sein d'une même population, une réelle hétérogénéité d’infection des moustiques a été observée: alors que certain ne sont pas infectés, que d'autres le sont faiblement, une partie des vecteurs vont présenter des taux d'infection extrêmement forts. Identifier les sources de variations responsables de cette hétérogénéité est indispensable pour comprendre la dynamique de transmission de Plasmodium. Certains paramètres d’origine génétique et environnementale, tel que la température et la nutrition, ont déjà clairement été identifiés comme ayant un impact sur le taux d’infection des moustiques. Néanmoins, de nombreux facteurs restent encore à explorer. En utilisant un système expérimental composé du parasite de la malaria aviaire Plasmodium relictum, de son vecteur naturel le moustique Culex pipiens et de l’un de ses hôtes vertébrés Serinus canaria, nous nous sommes intéressés aux effets de certains de ces paramètres, peu pris en compte jusqu’à présent, sur l’infection des moustiques. Nous avons notamment pu mettre en évidence des conséquences importante de l’infection parentale, de l’âge des vecteurs, ainsi que de leur fond génétique. Parallèlement, nous nous sommes intéressés à un facteur souvent laissé de côté, l’effet « hôte vertébré » sur l’infection des moustiques. Dans cette dernière partie, on a pu observer que la dynamique d’infection du parasite au sein de l’hôte influence de manière importante le taux de transmission de Plasmodium. Les sources d’hétérogénéité d’infections des moustiques sont donc multiples et l’ensemble des membres de cette association tripartite hôte/parasite/vecteur vont pouvoir influencer de manière importante la dynamique de transmission du parasite. / Mosquitoes play a key role in the dynamics of malaria transmission. Indeed, several life history traits of these bloodsucking insects are closely associated with the basic reproductive rate of the malaria parasite. One of the most important parameters for the transmission of Plasmodium is the rate and intensity of the mosquito infection. However, within a single population, a great heterogeneity of mosquito infection levels is often observed: some mosquitoes are not infected, others are only weakly infected, and yet others have extremely high infection rates. Identifying the sources of variation responsible for this heterogeneity is essential in order to understand the transmission dynamics of Plasmodium. Certain genetic and environmental (temperature, nutrition) parameters have already been identified as having an impact on mosquito infection rates. Nevertheless, many factors remain to be explored. Using an experimental system composed of the avian malaria parasite Plasmodium relictum, its natural vector Culex pipiens and one of its vertebrate host Serinus canaria, we have investigated the effect of several seldom investigated parameters on the infection of mosquitoes. We observed surprising effects of the effect of parental infection, mosquito age and genetic background. In parallel, we also studied a rarely investigated parameter: the impact of the vertebrate host on the mosquito infection rate. We showed that parasite infection dynamics within the host, at short but also long time scales, significantly influence the transmission of Plasmodium to the vector. The sources of heterogeneity of mosquito infection are therefore multiple and all members of this tripartite partnership (i.e. host / parasite / vector) are able to significantly influence the transmission dynamics of the parasite.

L'étude des interactions hôtes/parasites est actuellement un thème de recherche incontournable des sciences de l'évolution. Une des questions majeures soulevée par ces études est de comprendre pourquoi certains parasites provoquent des maladies mortelles, alors que d'autres restent relativement bénins pour leurs hôtes. Dans ce défi que tentent de relever les biologistes de l'évolution mais également les sciences médicales, nous avons choisi de nous intéresser à la malaria aviaire, et plus précisément à son représentant le plus commun dans les populations naturelles d'oiseaux : Plasmodium relictum. En procédant à des infections expérimentales de canaris domestiques (Serinus canaria), nous avons voulu comprendre quels facteurs liés aux caractéristiques du parasite et de l'oiseau (au niveau de l'individu ou de la population) pouvaient influencer la virulence de Plasmodium relictum. Nous avons ainsi pu mettre en évidence que des facteurs, tels que le passé infectieux de l'hôte, la dose de parasites reçue, la prévalence de ces derniers dans la population d'oiseaux ou bien encore les interactions sociales entre individus, pouvaient moduler les coûts d'une telle infection. La virulence est un trait composite qui dépend, certes, de l'exploitation de l'hôte par les parasites mais également de la réponse immunitaire de ce dernier contre l'infection. Nous avons pu le vérifier dans notre système expérimental en utilisant une approche immuno-écologique. Nous nous sommes enfin intéressée aux conditions favorisant l'évolution de la virulence : ce qui est essentiel pour comprendre l'émergence ou la réémergence de maladies infectieuses et pour développer des stratégies de contrôle de ces maladies.

L'évolution de la résistance aux insecticides chez les moustiques responsables de la transmission de maladies infectieuses compromet notre capacité à contrôler ces populations de vecteurs et pose de graves problèmes de santé publique. Mais les nombreuses modifications physiologiques associées au phénomène de résistance aux insecticides pourraient altérer l'épidémiologie de ces maladies de manière plus indirecte en modifiant la capacité vectorielle des moustiques. Afin d'étudier cette question nous avons mis en place un nouveau système expérimental composé du parasite aviaire Plasmodium relictum SGS1 et de son vecteur naturel le moustique Culex pipiens. Nous avons étudié l'effet de différents allèles de résistance aux insecticides (représentant deux mécanismes principaux i.e. la résistance métabolique ou la modification de la cible) sur une série de traits d'histoire de vie du parasite et du moustique. L'impact de ces différents allèles a été étudié d'une part, dans les conditions contrôlées de leur expression dans un même fond génétique (en utilisant plusieurs souches de moustiques isogéniques), et d'autre part, dans les conditions plus réalistes de leur expression dans un fond génétique hétérogène (utilisation de moustiques échantillonnés sur le terrain). Nous montrons que la résistance aux insecticides a des effets pleïotropes sur l'immunocompétence et les traits d'histoire de vie des moustiques. Son effet sur le développement de Plasmodium semble en revanche limité. Nous discutons d'une part, de la nécessité de poursuivre une approche multifactorielle (impliquant la physiologie, l'immunité et le comportement des moustiques) afin de mieux comprendre l'impact de la résistance aux insecticides sur la transmission de Plasmodium, et d'autre part des perspectives intéressantes qu'offrent ce nouveau système expérimental pour l'étude de l'écologie évolutive des maladies à vecteurs. / The evolution of insecticide resistance in mosquitoes threatens our ability to control many-vector-transmitted diseases, thereby raising serious public health issues. Insecticide resistance entails numerous physiological changes in mosquitoes. This thesis investigates whether these physiological changes alter the quality of mosquitoes as vectors of malaria. To address this issue, we developed a new experimental system consisting in the avian malaria parasite Plasmodium relictum SGS1 and its natural vector, the mosquito Culex pipiens. We investigated the impact of two insecticide resistance mechanisms (target site resistance and metabolic resistance) on several mosquito and parasite life history traits relevant for malaria transmission. The effect of different insecticide resistant genes was investigated using both isogenic laboratory mosquito strains (i.e. against a homogeneous genetic background) and sympatric field caught mosquitoes (i.e. under the more realistic, albeit noisier, conditions of a heterogeneous genetic background). We show that insecticide resistance has a pleiotropic effect on several mosquito traits (immunocompetence, longevity, fecundity), whereas it has only a limited effect on Plasmodium development. We discuss, on the one hand, the need to pursue such a multi-factorial approach (combining the mosquito physiology, immunity and behavior) to better understand the impact of insecticide resistance on malaria transmission and, on the other hand, the promising perspectives offered by this new experimental system for studying the evolutionary-ecology of infectious diseases.

L’étude des interactions hôtes-parasites est devenue un thème de recherche incontournable pour les sciences de l’évolution. Cette coévolution complexe dépend de nombreux compromis évolutifs et peut être grandement influencée par les facteurs environnementaux. Nous nous proposons ici d’étudier les interactions hôtes-parasites à plusieurs échelles, à travers des approches expérimentales et des études en populations naturelles, en étudiant les parasites de la malaria aviaire. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à l’influence des caractéristiques de l’hôte et notamment au système immunitaire. Le système immunitaire est bénéfique pour l’hôte dans sa lutte contre le parasite, mais peut également engendrer des coûts immunopathologiques. Des traits d’histoire de vie, comme l’âge ou le statut social peuvent modifier la parasitémie au sein des hôtes, sans toutefois avoir d’effet sur la prévalence. Dans un second temps, l’effet de certains facteurs environnementaux a été évalué au sein des interactions hôtes-parasites. La température et la contamination en métaux lourds ont un effet sur la prévalence dans les populations, mais n’affectent pas la parasitémie. Au cours de cette thèse, nous avons également montré l’influence directe des parasites sanguins sur la structure génétique des populations hôtes, notamment au niveau des gènes du CMH. / Host-parasite interactions are one of the main topics in evolutionary sciences. This complex coevolution depends on several trade-offs and can be influenced by environmental factors. Here, we propose to study host-parasite interactions with a multi-level approach, using experimental and natural population studies, focusing on avian malaria parasites. First, we studied the effect of host characteristics, and more precisely the immune system. The immune system confers benefits in terms of protection against the parasite, but can also generated immunopathological costs. Life history traits, like age or social status, appear to modify parasitemia but not prevalence. In a second part, we evaluated the effect of environmental factors on host-parasite interactions. We found that temperature and heavy metal contamination had an effect on population prevalence, but not on host parasitemia. We also showed the direct parasite influence on host population genetic structure, and more precisely on MHC genes.

L'étude des interactions hôtes-parasites est devenue un thème de recherche incontournable pour les sciences de l'évolution. Cette coévolution complexe dépend de nombreux compromis évolutifs et peut être grandement influencée par les facteurs environnementaux. Nous nous proposons ici d'étudier les interactions hôtes-parasites à plusieurs échelles, à travers des approches expérimentales et des études en populations naturelles, en étudiant les parasites de la malaria aviaire. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à l'influence des caractéristiques de l'hôte et notamment au système immunitaire. Le système immunitaire est bénéfique pour l'hôte dans sa lutte contre le parasite, mais peut également engendrer des coûts immunopathologiques. Des traits d'histoire de vie, comme l'âge ou le statut social peuvent modifier la parasitémie au sein des hôtes, sans toutefois avoir d'effet sur la prévalence. Dans un second temps, l'effet de certains facteurs environnementaux a été évalué au sein des interactions hôtes-parasites. La température et la contamination en métaux lourds ont un effet sur la prévalence dans les populations, mais n'affectent pas la parasitémie. Au cours de cette thèse, nous avons également montré l'influence directe des parasites sanguins sur la structure génétique des populations hôtes, notamment au niveau des gènes du CMH.

L'étude des interactions hôtes/parasites est actuellement un thème de recherche incontournable des sciences de l'évolution. Une des questions majeures soulevée par ces études est de comprendre pourquoi certains parasites provoquent des maladies mortelles, alors que d'autres restent relativement bénins pour leurs hôtes. Dans ce défi que tentent de relever les biologistes de l’évolution mais également les sciences médicales, nous avons choisi de nous intéresser à la malaria aviaire, et plus précisément à son représentant le plus commun dans les populations naturelles d’oiseaux : Plasmodium relictum. En procédant à des infections expérimentales de canaris domestiques (Serinus canaria), nous avons voulu comprendre quels facteurs liés aux caractéristiques du parasite et de l’oiseau (au niveau de l’individu ou de la population) pouvaient influencer la virulence de Plasmodium relictum. Nous avons ainsi pu mettre en évidence que des facteurs, tels que le passé infectieux de l’hôte, la dose de parasites reçue, la prévalence de ces derniers dans la population d’oiseaux ou bien encore les interactions sociales entre individus, pouvaient moduler les coûts d’une telle infection. La virulence est un trait composite qui dépend, certes, de l’exploitation de l’hôte par les parasites mais également de la réponse immunitaire de ce dernier contre l’infection. Nous avons pu le vérifier dans notre système expérimental en utilisant une approche immuno-écologique. Nous nous sommes enfin intéressée aux conditions favorisant l’évolution de la virulence : ce qui est essentiel pour comprendre l’émergence ou la réémergence de maladies infectieuses et pour développer des stratégies de contrôle de ces maladies. / Host-parasite interaction became one of the main topics of evolutionary sciences researches. One of the major issues raised by these studies is to understand why some parasites cause fatal diseases while others remain relatively mild to their hosts. In this challenge attempting to take up the evolutionary biologist and the medical sciences, we focused on avian malaria, and more specifically on its most common parasite: Plasmodium relictum. In performing experimental infections in domestic canaries (Serinus canaria), we wanted to understand what factors related to parasite and birds characteristics, could influence Plasmodium relictum virulence. We highlighted that factors such as infectious past, parasites dose, prevalence in bird’s population and social interactions between individuals could modulate costs of such infection. Virulence is a composite trait that depends on the host’s exploitation by parasites but also the host’s immune response against the infection. We were able to show that in our experimental system using an approach of immunological ecology. Finally we focused on the conditions favouring the virulence evolution: an essential point to understand emergence or re-emergence of infectious diseases and to develop strategies to control these diseases.