Nosema ceranae est un parasite émergeant d’Apis mellifera décrit dans certaines régions comme la cause majeure de la mortalité des abeilles. Dans d’autres cas, il est soupçonné d’affaiblir les colonies par l’interaction avec d’autres facteurs de pression de l’environnement. Dans le cadre du phénomène global de la mortalité des abeilles, nous avons orienté nos recherches vers l’étude des effets N. ceranae, en faisant l’hypothèse que ce parasite est capable d’induire des changements comportementaux chez A. mellifera dus à des altérations physiologiques, ce qui pourrait éventuellement perturber l’organisation sociale et aboutir à la mort de la colonie. Etant donné cette hypothèse, trois domaines d’étude ont été inclus dans notre recherche, (i) les effets de N. ceranae sur l’organisation sociale de la colonie, (ii) les mécanismes moléculaires à la base des effets chez les abeilles parasitées, et (iii) les différences en virulence d’isolats de N. ceranae ce qui pourrait expliquer la variation des effets du parasite chez l’abeille. Nous avons obtenu trois résultats majeurs. D’abord, nous avons constaté des modifications dans la structure sociale des abeilles après l’infection. Ces changements sembleraient contribuer à la survie de la colonie constituant probablement un mécanisme d’immunité sociale. Ce mécanisme géré par un signal phéromonal, permettrait de diminuer la transmission du parasite au sein de la colonie et prolonger la survie des abeilles saines. Ensuite, nous avons mis en évidence des effets sur la physiologie de l’intestin de l’abeille qui pourraient causer sa mort : l’induction du stress oxydatif et l’inhibition du renouvellement cellulaire de l’épithélium. Finalement, nos résultats suggèrent que certaines caractéristiques de l’hôte et conditions environnementales augmenteraient la probabilité de N. ceranae d’induire la mort. En conclusion, N. ceranae a le potentiel de causer la mort des abeilles, cependant, la colonie pourrait contrer l’infection, par exemple, par de mécanismes d’immunité sociale, or, la réponse générale à l’infection dépendrait des caractéristiques de l’hôte en combinaison avec les conditions de l’environnement. Le phénomène d’effondrement de colonies à l’échelle mondiale a mis en évidence la fragilité du système colonie d’abeilles – environnement. L’étude de chaque facteur participant au système, en autres, parasites, pesticides, changements dans l’environnement, pratiques apicoles, est essentielle pour une meilleure compréhension de toutes les interactions qui maintiennent l’équilibre écologique des colonies / Nosema ceranae is an emergent parasite of the honey bee Apis mellifera. In some regions it has been found to be the main reason for bee mortality, while in others it is suspected of weakening honey bee colonies by interacting with other environmental stressors. In the context of worldwide colony losses, we focus our research on the study of N. ceranae, with the hypothesis that this parasite is able to induce behavioral changes in bees through physiological modifications, which could alter social organization and cause colony death. Given this hypothesis, the program of study falls into three areas; (i) N. ceranae effects on colony social organization, (ii) molecular mechanisms of N. ceranae infection underlying observed effects, and (iii) differences in virulence of N. ceranae strains which could explain the diversity of parasite effects. We obtained three main results. First, we observed modifications in honey bee social structure after infection. This mechanism under pheromone control, would reduce parasite transmission within the colony and increase the lifespan of healthy bees. These changes may contribute to colony survival as part of a mechanism of social immunity. Second, we found two mechanisms whereby the pathogen affects the physiology of bee midgut epithelium that could lead to host mortality: oxidative stress and the inhibition of cellular renewal. Finally, our results suggest that certain host and environmental conditions increase the probability that N. ceranae will cause bee mortality. In conclusion, N. ceranae has the potential to cause bee death, however at colony level bees might counteract infection through, for example, social immunity mechanisms; although, overall honey bee response to infection would depend on characteristics of the host in combination with environmental conditions. Worldwide colony losses phenomenon have highlighted the fragility of the “honey bee colony – environment” system. The study of each factor involve in this system, including parasites, pesticides, environmental changes and beekeeping practices, is essential to better understand all of the interactions that maintain the ecological balance of honey bee colonies

4 Summary Altogether, the six most common bee viruses which infect the honey bee (Apis mellifera) were monitored in the territory of the Czech Republic between 2006 and 2009. Parallel infections of viruses (DWV, ABPV and BQCV) in bee adults and parallel co- infection of viruses with fungal diseases caused by Nosema apis and Nosema ceranae were confirmed by PCR tests. A new sensitive method of detection of the originator of the American foulbrood (Paenibacillus larvae) from bee debris was developed for the practical use of detection of AFB disease in bee populations. Various approaches for the extraction of spores from bee debris and lyses of spores were compared. The sensitivity of PCR tests for the presence of Paenibacillus larvae in debris was compared with the classic cultivation method. The PCR method for the detection American foulbrood was further studied and developed to be more efficient. A new method, based on a matrix-like sample re-arrangement and a use of pooled samples, has been developed for testing 1000 samples in 35 PCR reactions. Another goal was to develop a robust and fast screening method for American foulbrood based on the cultivation test using paper sheets RIDA®COUNT with a specific cultivation medium, specific selection conditions for Paenibacillus larvae and chromogen visualization...

Le parasite microsporidien Nosema ceranae est un pathogène émergent de l'abeille européenne (Apis mellifera). Il provoque une maladie appelée nosémose qui peut induire de fortes mortalités dans les colonies. La présence de N. ceranae dans les ruches n'est pas toutefois pas systématiquement associée à des symptômes ou à une dépopulation, ce qui suggère une variabilité de sa virulence. Une hypothèse proposée pour expliquer cette variation repose sur l'existence potentielle de variants parasitaires de niveaux de virulence différents. Ce travail a eu pour objectif d'évaluer le polymorphisme de N. ceranae par une approche multilocus, dans le but de savoir s'il est possible de différencier des isolats parasitaires. La diversité nucléotidique de dix marqueurs génétiques a été évaluée dans des abeilles géographiquement éloignées. L'analyse du polymorphisme de ces gènes a révélé un fort contenu allélique au sein même d'un individu hôte mais une absence de divergence entre les populations parasitaires issues d'hôtes distincts. Ces données montrent que cette approche multilocus ne permet de pas de différencier des isolats de N. ceranae, mais que des populations parasitaires similaires infectent des abeilles géographiquement distantes. Ces données sont en accord avec l'hypothèse d'une colonisation récente d'A. mellifera par N. ceranae mais posent de nombreuses questions quand à l'origine de la diversité parasitaire au sein d'un seul individu. Le second volet de cette thèse a eu pour objectif de rechercher dans le génome de N. ceranae des gènes codant de potentiels facteurs de virulence puis de produire des protéines recombinantes et des anticorps dirigés contre ces facteurs. Ces anticorps devaient permettre de localiser ces protéines d'intérêt au niveau subcellulaire dans des tissus infectés.

Apis mellifera est un insecte pollinisateur jouant un rôle économique et écologique majeur. Depuis plus d'une vingtaine d'années, d'importantes pertes de colonies d'abeilles ont été recensées à l'échelle mondiale. L'origine de ce phénomène impliquerait de nombreux facteurs de stress qui pourraient en outre interagir entre eux. Ce travail de thèse a eu pour but d'évaluer l'impact sur la santé de l'abeille de l'association entre un facteur biotique, le parasite microsporidien Nosema ceranae, et un facteur abiotique, des insecticides neurotoxiques à faibles doses. Des études en laboratoire ont montré que l'association N. ceranae-insecticide entraine une surmortalité significative, et plus précisément un effet synergique sur la mortalité des abeilles. Cet effet synergique semble indépendant de l'ordre d'exposition des abeilles aux deux facteurs de stress. De plus, lorsqu'ils ont été appliqués dès l'émergence des abeilles, ces facteurs ont eu un impact plus fort sur la mortalité. La réponse de l'abeille à N. ceranae et aux insecticides a ensuite été analysée à l'échelle transcriptomique. L'analyse du transcriptome de l'intestin a été réalisée en combinant une approche globale de séquençage à haut débit (RNA-Seq) et un suivi de l'expression d'une sélection de gènes par qRT-PCR. L'exposition à N. ceranae et aux insecticides a entraîné des modifications de l'expression de gènes impliqués dans les défenses de l'abeille (immunité, détoxication) et dans les métabolismes du tréhalose et de la chitine. De nombreuses perspectives à ce travail sont envisageables dans le but de mieux appréhender la réponse de l'abeille à différents facteurs de stress, notamment en combinant des expérimentations en laboratoire avec des études de terrain.

Nosema bombycis est un parasite obligatoire intracellulaire et eukaryoitique microsporidia apparenté aux champignons. Cette microsporidie est l'agent responsable de la pébrine, maladie du ver à soie Bombyx mori qui inflige de sévères pertes économiques à la sériciculture mondiale. Nous avons étudié l'interactions N. bombycis-B. mori in vivo : l'infestation par N. bombycis démarre au niveau de l'épithélium intestinal antérieur, puis s'étend aux muscles et trachées adjacents. Les tissus plus distants sont ensuite infectés. Cependant, les réponses immune mélanisation et phagocytose, l'hémolymphe et les hémocytes sont les vecteurs de la dissémination de N. bombycis dans son hôte. Nous avons développé une approche protéomique pour identifier des protéines de tube polaire (PTP). Trois PTPs ont été caracterisés par immunocytochimie MET et MS/MS. Des motifs de séquence peptidique ont pu en être déduits par les programmes Peaks Online et DeNovoX, puis évalués par algorithmes Mascot et Sequest

Nosema ceranae est un parasite émergeant d'Apis mellifera décrit dans certaines régions comme la cause majeure de la mortalité des abeilles. Dans d'autres cas, il est soupçonné d'affaiblir les colonies par l'interaction avec d'autres facteurs de pression de l'environnement. Dans le cadre du phénomène global de la mortalité des abeilles, nous avons orienté nos recherches vers l'étude des effets N. ceranae, en faisant l'hypothèse que ce parasite est capable d'induire des changements comportementaux chez A. mellifera dus à des altérations physiologiques, ce qui pourrait éventuellement perturber l'organisation sociale et aboutir à la mort de la colonie. Etant donné cette hypothèse, trois domaines d'étude ont été inclus dans notre recherche, (i) les effets de N. ceranae sur l'organisation sociale de la colonie, (ii) les mécanismes moléculaires à la base des effets chez les abeilles parasitées, et (iii) les différences en virulence d'isolats de N. ceranae ce qui pourrait expliquer la variation des effets du parasite chez l'abeille. Nous avons obtenu trois résultats majeurs. D'abord, nous avons constaté des modifications dans la structure sociale des abeilles après l'infection. Ces changements sembleraient contribuer à la survie de la colonie constituant probablement un mécanisme d'immunité sociale. Ce mécanisme géré par un signal phéromonal, permettrait de diminuer la transmission du parasite au sein de la colonie et prolonger la survie des abeilles saines. Ensuite, nous avons mis en évidence des effets sur la physiologie de l'intestin de l'abeille qui pourraient causer sa mort : l'induction du stress oxydatif et l'inhibition du renouvellement cellulaire de l'épithélium. Finalement, nos résultats suggèrent que certaines caractéristiques de l'hôte et conditions environnementales augmenteraient la probabilité de N. ceranae d'induire la mort. En conclusion, N. ceranae a le potentiel de causer la mort des abeilles, cependant, la colonie pourrait contrer l'infection, par exemple, par de mécanismes d'immunité sociale, or, la réponse générale à l'infection dépendrait des caractéristiques de l'hôte en combinaison avec les conditions de l'environnement. Le phénomène d'effondrement de colonies à l'échelle mondiale a mis en évidence la fragilité du système colonie d'abeilles - environnement. L'étude de chaque facteur participant au système, en autres, parasites, pesticides, changements dans l'environnement, pratiques apicoles, est essentielle pour une meilleure compréhension de toutes les interactions qui maintiennent l'équilibre écologique des colonies

Many bumblebee species are suffering from the effects of habitat fragmentation and population isolation. In some cases, populations have lost genetic diversity due to genetic drift and it is possible they are now at heightened risk of extinction. Inbreeding may be particularly costly to bumblebees because, as Hymenoptera, their complementary sex determination system can lead to the production of sterile or inviable diploid males. However, little is known about the effect that diploid male production has on bumblebee colony fitness. Here, the consequences of brother-sister mating in the bumblebee Bombus terrestris are investigated, and the production of diploid males was found to exert considerable costs at the colony level by reducing productivity and survival. Diploid males may therefore act as indicators of the genetic health of populations, and their detection could be used as an informative tool in hymenopteran conservation. Due to the costs associated with inbreeding, selection may have favoured the evolution of kin recognition systems in bumblebees. Data are presented that suggest that B. terrestris can discriminate between kin and non-kin as gynes were less willing to mate with siblings compared to non-relatives. Theory predicts that inbreeding may impose further costs on bumblebees through increased levels of parasitism, but empirical data are scarce. The relationship between population genetic diversity and parasite prevalence is assessed using Hebridean island populations of Bombus muscorum and Bombus jonellus. In the more outbred B. jonellus, there was no relationship between parasite prevalence and population heterozygosity. But prevalence of the gut parasite Crithidia bombi and the tracheal mite Locustacarus buchneri were found to be higher in populations of B. muscorum that had lower genetic diversity. In addition to assessing infection status, the activity of the immune system was assessed in each individual bee. However, there was no relationship between population heterozygosity and these immune parameters. This suggests that, in some Hymenopteran species, as populations lose genetic diversity the impact of parasitism will increase, potentially pushing threatened populations closer to extinction. Therefore, preventing population fragmentation by the creation of suitable habitats and by ensuring connectivity between habitat patches are important aspects of hymenopteran conservation. Finally, this thesis investigates the potential threat of pathogen spread from commercially reared bumblebees used for crop pollination to wild bumblebees. Although no direct evidence for parasite spillover is found, the prevalence of C. bombi was significantly higher in B. terrestris by the end of the season on farms that used commercial bumblebees compared to farms that did not. This high prevalence does suggest that pathogen spillover is a potential threat and it would be preferable to reduce the usage of commercial bumblebees where possible. For example, sowing wild flower mixes could boost natural pollinator populations, which in turn would benefit soft fruit pollination. Overall, this thesis contributes to our knowledge of the consequences of inbreeding in bumblebees and the relationship between genetic diversity and parasite prevalence. It provides a greater understanding of the factors that might be pushing threatened pollinators towards extinction and as a whole provides important information that may inform conservation practitioners, whose aim is to protect the future of our hymenopteran pollinators.

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European honey bee (Apis mellifera) is major pollinator for agriculture and vital for food production. Large number of viruses infecting A. mellifera have been discovered over the years, but it isn't yet known if they are pathogenic for their host. However, presence of non-viral pathogens like Varroa destructor can greatly increase their virulence and have fatal consequences for the colony. The aim of this study was to test and verify robustness of the method for virome detection on healthy honey bees from the Czech Republic. Last but not least we aimed to detect non-viral parasites and correlate their presence with detected viruses. We have successfully identified large number of viral sequences from different viral families. Viral composition was found to be influenced mainly by colony from where the honey bees were collected. That was mainly given by a large amount of bacteriophages in the samples. However, analysis of individual viruses, known to infect honey bee, indicated that viral prevalence and viral loads of specific viruses is quite different among individual honey bees from the same colony. Interestingly we were able to find highly diverse Lake Sinai viruses. We were able to observe correlations either between individual viruses or viral other non-viral pathogens. Further analysis is...

L’abeille mellifère (Apis mellifera) est une espèce clé dans son aire d’origine tant pour les services écosystémiques rendus que pour les productions apicoles. Toutefois, ses populations sont soumises à différents facteurs de stress biotiques responsables de mortalités importantes. Dans les îles du Sud- Ouest de l’Océan Indien (SOOI) la sous-espèce d’abeille endémique est A. m. unicolor. Toutefois, aucune étude n’avait été réalisée sur sa pathosphère et ce n’est que depuis 2010 où l’ectoparasite Varroa destructor a envahi certaines de ces îles, menaçant cette sous-espèce, que de premières études ont été conduites. Dans ce travail de thèse, nous avons réalisé un état des lieux général de la santé des cheptels d’abeilles grâce à des enquêtes épidémiologiques descriptives dans la majorité des îles : La Réunion, Maurice, Rodrigues, Madagascar et les Seychelles. Nous avons pu montrer des faciès épidémiologiques assez similaires entre les îles, marqués par une dominance de Nosema ceranae particulièrement dans les petites îles (80-100%) et la présence de 3 virus : BQCV (4-89%), CBPV (2-51% excepté à Rodrigues) et DWV (4-40% excepté à La Réunion). D’autres agents pathogènes n’ont été retrouvés que sur certains territoires comme Aethina tumida, Braula pretoriensis, Acarapis sp. ou Melissococcus plutonius. L’analyse de la diversité génétique réalisée sur les 3 virus a montré une proximité des souches virales au sein du SOOI. Les enquêtes réalisées dans un contexte sans varroa ont montré une bonne santé des colonies avec une absence de signes cliniques. Les mortalités constatées n’ont concernées que les territoires envahis par varroa : Madagascar, Maurice, La Réunion. Varroa semble donc être le principal responsable des mortalités aiguës de colonies dans la zone bien avant les autres agents pathogènes ou les causes environnementales. Son impact sur les populations d’abeilles et in fine sur les écosystèmes indigènes sera à évaluer dans les années futures. / The honeybee (Apis mellifera) is a key species in its native range for both ecosystem services offerred and for bee products. However, its populations are subject to various biotic stressors responsible for significant mortalities. In the South-West Indian Ocean region the endemic bee subspecies is A. m.unicolor. However, no studies had been carried out on its pathosphere and it is only since 2010 where the ectoparasite Varroa destructor invaded some of these islands, threatening this subspecies, that first studies were conducted. In this thesis work, we carried out a general inventory of the health of honeybee herds through descriptive epidemiological surveys in the majority of islands: Réunion, Mauritius, Rodrigues, Madagascar and Seychelles. We were able to show quite similar epidemiological facies between islands, characterized by a dominance of Nosema ceranae especially in small islands (80-100%) and the presence of 3 viruses: BQCV (4-89%), CBPV (2- 51% except in Rodrigues) and DWV (4-40% except in Reunion). Other pathogens have only been found in certain territories such as Aethinatumida, Braula pretoriensis, Acarapis sp. or Melissococcus plutonius. The analysis of the genetic diversity carried out on the 3 viruses showed a proximity of viral strains within the SOOI. Surveys conducted in a context without varroa showed good colony health with no clinical signs. The observed mortalities concerned only the territories invaded by varroa: Madagascar, Mauritius, Reunion. Varroa therefore appears to be the main cause of acute colony mortality in the area long before other pathogens or environmental causes. Its impact on bee populations and ultimately on native ecosystems will be evaluated in future years.