The health of pollinators, especially bees, is of the utmost importance to success of many agricultural ecosystems. Microorganisms can cause diseases in bees; such microbes are pathogenic. The ability of a pathogen to cause harm to its host (such as a bee) is termed its virulence. Studying the evolution of different levels of virulence can lead researchers to a better understanding of pathogens, and potentially predict how much harm a pathogen can cause in the future. We studied the evolution of virulence levels for a fungal disease of bees. This group of fungi is composed of 28 species, and some cause a disease in bees called chalkbrood while others do not. Using what we know about virulence evolution we wanted to see if the pathogens could infect all bees, if the pathogens varied in virulence when infecting at the same time as another pathogen, and if solitary bees had any behavioral adaptations that might increase or decrease chalkbrood infection. By using DNA sequences, the relationship between the genetic structures of each of the fungal species was studied, and we found that pathogens of solitary bees grouped together while pathogens of social bees (honey bees) were not part of this group. We then found that a solitary bee pathogen did not infect honey bees very well, and vice versa. The nuances of the relationship between two solitary bee pathogens were examined more closely to determine how the two pathogens interact in this bee. In this case, under varying conditions of infection, one pathogen always maintained a similar level of virulence and spore production, while the other pathogen varied in these measures. In addition, when doses of these fungi were fed to bee larvae at different times, more bees survived than when the doses were given at the same time, suggesting that bee immune responses are very important. Finally, we found no evidence of any specific behaviors of solitary bees exposed to infective spores that would suggest these bees have behaviors that are evolved to alter chalkbrood levels in populations.

Les infections multiples sont courantes dans la nature et sont considérées comme très importantes dans l'évolution des caractéristiques biologiques des parasites. Théoriquement, les infections multiples devraient entraîner une évolution de la virulence à la fois comme stratégie adaptative et comme stratégie plastique. Dans cette thèse, j'utilise Hyaloperonospora arabidopsidis, un parasite naturel d'Arabidopsis thaliana, qui s'est avéré pratique pour des études en écologie évolutive, pour étudier: i) les infections multiples consécutives à la co-inoculation et à l'inoculation séquentielle; succès de l'infection et succès de transmission d’une souche individuelle (génotypage par PCR) et des phénotypes d'infection, y compris virulence entre inoculation unique et mixte, iii) effet du délai d'inoculation et d'ordre des souches inoculées sur les phénotypes d'infection et le succès de l'infection individuelle. Ici, j'ai trouvé une fréquence plus élevée de co-infection à la suite de l'inoculation séquentielle que à la suite de la co-inoculation des mêmes combinaisons de souches. L'inoculation mixte de certaines combinaisons de souches a entraîné une modification des phénotypes d'infection, souvent avec un succès d'infection plus faible chez certaines souches à la suite des inoculations en mélanges qu’en inoculation simple. Ce résultat implique une interférence entre les souches dans l'inoculum mixte. La virulence globale de l'infection après l'inoculation mixte n'était pas toujours supérieure à celle de l'infection à souche simple. De plus, les souches uniques utilisées dans ces expériences ne différaient pas toujours les unes des autres en termes de virulence. Le seul test d'un mélange de génotypes à trois souches a provoqué une virulence globale plus élevée que les trois infections à souche unique respectives. Une plus grande virulence globale dans ce cas pourrait être due à la plasticité des souches parasitaires inoculées, à la réponse à la présence d'autres souches dans l'inoculum mixte ou à l'effet de multiples souches supprimant le système de défense de l'hôte. Lorsque les souches ont été inoculées de manière séquentielle et non ensemble, le succès de l'infection de souches individuelles différait entre les différents ordres d'inoculation, ce qui pourrait être dû à des effets indirects via le système de défense de l'hôte. En résumé, l'inoculation séquentielle a semblé réduire l'interférence entre les souches parasitaires, avec un effet de décalage temporel et d'ordre de la souche inoculée sur le succès de l'infection de souches individuelles. Une interférence dans un inoculum mixte peut générer différents succès d'infection et phénotypes d'infection à partir des inoculations individuelles respectives. J'ai trouvé un cas évident de virulence globale plus élevée dans les infections causées par des inoculations mixtes. Par conséquent, une virulence globale plus élevée peut se produire malgré le fait que nous ne trouvions pas de meilleures performances de génotypes plus virulents dans des infections à la suite d'inoculations mixtes. Ainsi, ces résultats ne permettent pas de prédire l’évolution de la virulence supérieure parmi ces combinaisons de souches testées. Cependant, la plasticité des phénotypes des souches inoculées dans l'inoculum mixte a généré une virulence globale de l'infection plus élevée. Ces résultats peuvent aider à comprendre comment les génotypes de parasites répondent aux infections mixtes. / Multiple infections are common in nature, and are considered very important in the evolution of parasite life-history traits. Theoretically, multiple infections should lead to evolution of higher levels of virulence both as an adaptive and as a plastic strategy. In this thesis I use Hyaloperonospora arabidopsidis, a natural parasite of Arabidopsis thaliana, which has proven a useful tool for unlocking some evolutionary ecology questions, to investigate: i) multiple infections following co-inoculation and sequential inoculation, ii) number of infected plants, infection success and transmission success of individual strain (genotyping via PCR), and infection phenotypes including virulence between after single- and mixed inoculation, iii) effect of time lag of inoculation and order of inoculated strain on infection phenotypes and individual strain infection success. Here I found that sequential inoculation contributed higher frequency of co-infection than co-inoculation of the same strain combinations. Mixed inoculum of some strain combinations led to modification of overall infection phenotypes, often with poorer infection success of individual strains compared with that of the more infectious strains. This result implies interference between strains in mixed inoculum. Overall virulence of infection after mixed inoculation was not always higher than that of single strain infection. Furthermore the single strains used in these experiments did not always differ from each other in virulence. The one test of a three-strain mixture of genotypes caused higher overall virulence than the three respective single strain infections. Higher overall virulence in this case might be caused by plasticity of inoculated parasite strains reponse to the presence of other strains in mixed inoculum or an effect of multiple strains suppressing the host defence system. When strains were inoculated sequentially instead of together, infection success of individual strains differed between different orders of inoculation, which could be due to indirect effects via the host defence system. In summary, sequential inoculation seemed to reduce interference between parasite strains, with effect of time lag and order of inoculated strain on infection success of individual strains. Interference in mixed inoculum can generate different infection successs and infection phenotypes from the respective single inoculations. I found one clear case of higher overall virulence in infections caused by mixed inoculations. Thus higher overall virulence can occur despite our not finding higher performance of more virulent genotypes from infections following mixed inoculations. Thus these finding do not predict the evolution of higher virulence among these strain combinations tested. However, plasticity of phenotypes of inoculated strains in mixed inoculum did generate higher overall virulence of infection. These findings can help to understand how the parasite genotypes respond to in mixed infections.

La diversité génétique est un élément majeur pour l'évolution des espèces dans un environnement changeant. Chez les isopodes Armadillidium vulgare et Porcellionides pruinosus, l'infection par Wolbachia engendre une féminisation des mâles pouvant entraîner des sex-ratios fortement biaisés en faveur des femelles. Cela réduit la taille efficace des populations infectées qui peut provoquer une réduction de la diversité génétique. Cependant, chez A. vulgare, il existe un maintien de cette diversité qui pourrait être dû à des prévalences trop faibles de Wolbachia pour impacter les populations ou à d’autres facteurs comme par exemple lors de la reproduction un choix préférentiels des mâles pour les femelles génétiques. Un suivi des prévalences de Wolbachia dans des populations naturelles d’A. vulgare a été réalisé sur plusieurs années à partir d’une nouvelle méthode basée sur le génotypage. Les résultats montrent (i) des infections multiples de Wolbachia et (ii) des prévalences faibles pour wVulM, wVulC et wVulP. La présence d'un second facteur féminisant appelé f est suspectée dans de nombreuses populations. A l’échelle individuelle, Wolbachia semble avoir un impact sur le nombre de multi-paternités puisque les femelles génétiques s’accouplent avec plus de mâles que les néo-femelles. Les faibles prévalences de Wolbachia et les accouplements multiples permettent de maintenir une diversité génétique importante au sein des populations d’A. vulgare. Chez P. pruinosus, les prévalences de Wolbachia sont élevées et on observe de forts taux de consanguinité. Cependant, ces taux pourraient également résulter de fluctuations d’effectifs dans ces populations liées à un habitat spécialisé et peu stable. / Genetic diversity is a crucial component for the evolution of species in changing environments. In the isopods Armadillidium vulgare and Porcellionides pruinosus, infection with Wolbachia bacteria causes a feminization of males that could lead to strongly female-biased sex-ratios. This reduces the effective size of infected populations and may result in a decreased genetic diversity. Nevertheless, genetic diversity is known to be maintained in A. vulgare. This might be due to Wolbachia prevalences being too low to impact host populations, or to other factors, as for example males preferentially choosing genetic females for reproduction. Wolbachia prevalence has been monitored over several years in natural populations of A. vulgare using a new genotyping method. The results demonstrate (i) multiple Wolbachia infections and (ii) low prevalences of wVulM, wVulC and wVulP. The presence of a second feminizing factor, called f, is suspected in numerous populations. At the individual scale, Wolbachia seems to have an effect on the number of multiple paternities, since genetic females mate with more males than neo-females. Low Wolbachia prevalence and multiple mating may allow the maintenance of a high genetic diversity in A. vulgare populations. In P. pruinosus, Wolbachia prevalences are high and we observe high consanguinity rates. However, these rates might also result from fluctuations in population size due to a specialized and unstable habitat.

Les associations symbiotiques entre microorganismes et eucaryotes sont omniprésentes dans le monde vivant. Ces microorganismes peuvent jouer un rôle crucial dans l’évolution et l’écologie de leurs porteurs en modifiant leur phénotype. Ces symbiotes étant le plus souvent héritables, les phénotypes étendus résultant de ces associations symbiotiques peuvent se transmettre aux générations suivantes. Certains microorganismes vont permettre l’accès à une ressource alimentaire, d’autres conférer une protection contre un ennemi. Une telle protection symbiotique est rencontrée chez le puceron du pois (Acyrthosiphon pisum) en interaction avec la bactérie Hamiltonella defensa. Cette symbiose confère au puceron une résistance face à l’attaque de son principal ennemi : le parasitoïde Aphidius ervi. Les populations de ce ravageur des Légumineuses sont structurées en biotypes (populations spécialisées sur des plantes hôtes). La distribution du symbiote protecteur au sein des populations de pucerons est singulière. De nombreux individus vivant sur la luzerne, la bugrane ou les genêts abritent ce symbiote alors qu’il est peu fréquent dans les populations d’autres biotypes d’A. pisum comme le pois ou le trèfle. Nous avons cherché à comprendre pourquoi H. defensa n’était pas retrouvé chez tous les biotypes du puceron du pois. Afin de prédire la dynamique de la symbiose protectrice et le potentiel de résistance dans les populations aphidiennes naturelles, nous nous sommes intéressés à plusieurs processus écologiques et évolutifs. L’incidence de la pression des parasitoïdes sur la composition des populations symbiotiques a été mesurée chez trois biotypes (luzerne, pois et trèfle) à travers une approche terrain. La distribution du symbiote H. defensa dans les populations est directement dépendante de la variabilité du phénotype associé exprimé dans les différentes populations, j’ai identifié les phénotypes associés au symbiote pour des pucerons issus de différents biotypes ainsi que l’influence du contexte local sur ces phénotypes. L’absence d’H. defensa chez certains individus peut s’expliquer par la redondance d’une fonction protectrice en place chez ces biotypes comme un alternative symbiotique autre que H. defensa ou encore une immunité forte. Enfin, nous avons testé si le cumule des protections symbiotiques conférées par deux bactéries du cortège du puceron du pois pouvaient se cumuler créant ainsi des super-organismes. Mon travail met en évidence l’implication de nombreux facteurs dans la prédiction des fréquences symbiotiques d’une bactérie facultative dans les populations d’hôte. / Symbiotic associations between microorganisms and eukaryotes are ubiquitous in the living world. These microorganisms can play a crucial role in the evolution and ecology of their hosts by altering their phenotypes. Since these symbionts are usually heritable, extended phenotypes resulting from these symbiotic associations may be transmitted to subsequent generations. Some microorganisms will allow access to a food source; others will provide protection against natural enemies. Such symbiotic protection is found in the pea aphid (Acyrthosiphon pisum) in its interaction with the bacteria Hamiltonella defensa. This symbiosis provides the aphid with a resistance against the attack of its main parasitoid enemy: Aphidius ervi. The populations of the pea aphid, a legume pest insect, are structured in different biotypes (specialized populations on host plants). The distribution of this protective symbiont within pea aphid populations is singular: many individuals living on Medicago sativa (alfalfa), Ononis spinosa or Genista sagittalis and G. tinctoria host plant with H. defensa while it is rarely found in other populations of A. pisum biotypes such as Pisum sativum (pea) or Trifolium sp. (clover). We sought to understand why H. defensa was not found in every pea aphid biotype. In order to predict the dynamics of the protective symbiosis and the resistance potential in natural aphid populations, we focused on several ecological and evolutionary processes. We measured the consequence of parasitoid stress in the composition of symbiotic populations in three different biotypes (alfalfa, clover and pea) using a field approach. The distribution of H. defensa symbiont in populations dependent directly on the variability of the associated phenotype expressed in different populations. We identified the phenotypes associated with this symbiont in aphids from different biotypes, and the influence of the local context on these phenotypes. The lack of H. defensa in some individuals can be explained by the redundancy of a protective function already in place in these biotypes, such as an alternative symbiotic species or a strong immunity. Finally, we tested whether the symbiotic protections provided by two different bacteria in the pea aphid could be cumulated, thus creating super-organisms. My work highlights the many factors involved in predicting the frequencies of facultative symbiotic bacteria in host populations.

Le streptocoque du groupe B (GBS) est un agent causant des septicémies et des méningites chez les nouveaux nés et chez les adultes. Une réaction sérologique dirigée contre la capsule polysaccharidique (CPS) permet de différencier les 10 sérotypes de GBS, dont le sérotype III qui est le plus fréquemment isolé en cas de méningite. Actuellement l’efficacité de l’unique traitement disponible, l’antibioprophylaxie intrapartum, est controversée. Dans l’optique d’élargir les options de prévention, cette étude vise à mieux comprendre les interactions entre GBS III et le développement de la réponse adaptative, sujet qui est peu documenté. Cette étude a évalué, par cytométrie en flux (FACS), les sous-populations des lymphocytes B (LB) spléniques impliquées suite à l’infection systémique de GBS III dans un modèle in vivo. De plus, la réponse humorale contre GBS III et contre la CPS III purifiée ainsi que la formation des centres germinatifs (GCs) spléniques dans un contexte de multiples infections par GBS ont été évalués. Les résultats suggèrent que la première infection stimule la production d’anticorps contre GBS III mais peu contre sa CPS. De plus, GBS III activerait la différenciation des LB et induirait la formation des GCs liée au déclenchement d’une réponse mémoire permettant un meilleur contrôle lors des infections subséquentes. Malgré sa faible immunogénicité, la CPS ne semblerait pas interférer avec le développement de l’immunité adaptative humorale contre la bactérie. La production d’anticorps contre GBS III qui implique la commutation de classe serait principalement produite contre des épitopes différents de ceux composant la CPS III. / Group B Streptococcus (GBS) is an agent of septicemia and meningitis in newborns but also in adults. A serological reaction directed against the polysaccharide capsule (CPS) allows to differentiate 10 GBS serotypes, including serotype III which is the most frequently isolated in cases of meningitis. Currently the effectiveness of the only available treatment, intrapartum antibiotic prophylaxis, is controversial. To improve prevention strategies, this study aims to better understand the interactions between GBS and the development of the adaptive response, a subject that is poorly documented. This study evaluated, by flow cytometry (FACS), the splenic subpopulations of B lymphocytes (LB) involved following systemic GBS infection in an in vivo model. This study also evaluated the serum anti-GBS antibody response and against its purified capsule as well as the formation of splenic germinal centers (GCs) in the context of multiple GBS infections. Results suggest that the first infection stimulates the production of antibodies against GBS III but little against its capsule. Furthermore, results suggest that GBS activates B cell differentiation by inducing the production of GCs, which are linked to triggering a memory response allowing better control in subsequent infections. Despite its low immunogenicity, the CPS does not appear to interfere with the development of adaptive humoral immunity against the bacteria. Therefore, the production of antibodies against GBS III, involving class switching, would recognize different epitopes from those found on its capsule.