Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2007. / Titre de l'écran-titre (visionné le 9 mai 2008). Bibliogr.

La génétique du paysage est de plus en plus utilisée afin d’élucider le rôle des caractéristiques du paysage dans la structuration des populations des organismes terrestres. Toutefois, le potentiel de cette approche a été jusqu’ici peu utilisé dans l’exploration des écosystèmes aquatiques tels que les grands fleuves. Ici, nous avons utilisé la génétique du paysage afin de : i) documenter la structure de populations de la perchaude (Perca flavescens) à l’aide de marqueurs microsatellites, ii) déterminer dans quelle mesure la structure était expliquée par l’hétérogénéité du paysage, et iii) interpréter l’importance des interactions entre la génétique et le paysage pour la gestion et la conservation. L’analyse de la variation génétique a révélé un niveau relativement modeste de structuration génétique (FST = 0.039), avec trois zones de flux génique restreint délimitant quatre populations distinctes. Les barrières physiques jouaient un rôle plus important sur le flux génique et la structure génétique que la distance géographique. Nous avons mis en évidence des corrélations entre la différentiation génétique et la présence de masses d’eau distinctes dans le secteur du Lac Saint-Louis (r = 0.7177, P = 0.0340) et avec la fragmentation de l’habitat de reproduction dans le secteur du Lac Saint-Pierre (r = 0.8578, P = 0.0095). Nos résultats supportent le traitement de quatre unités biologiques distinctes, ce qui vient contraster avec les bases de gestion actuelles pour la perchaude. Finalement, cette étude a démontré que la génétique du paysage est une approche puissante pour identifier des barrières environnementales au flux génique causant des discontinuités génétiques dans des paysages aquatiques apparemment très connectés. / Landscape genetics is being increasingly applied to elucidate the role of environmental features on the population structure of terrestrial organisms. However, the potential of this framework has been little explored in aquatic ecosystems such as large rivers. Here, we used a landscape genetics approach in order to: i) document the population structure of the yellow perch (Perca flavescens) by means of genetic variation at microsatellite markers, ii) assess to what extent the structure was explained by landscape heterogeneity, and iii) interpret the relevance of interactions between genetics and landscape for management and conservation. Analysis of the genetic variation revealed a relatively modest overall level of genetic structuring (FST = 0.039), with three zones of restricted gene flow defining four distinct populations. Physical barriers played a more important role on gene flow and genetic structure than waterway geographic distance. We found correlations between genetic differentiation and presence of distinct water masses in the sector of Lake Saint-Louis (r = 0.7177, P = 0.0340) and with fragmentation of spawning habitats in the sector of Lake Saint-Pierre (r = 0.8578, P = 0.0095). Our results support the treatment of four distinct biological units, which is in contrast with the current basis for yellow perch management. Finally, this study showed that landscape genetics is a powerful means to identify environmental barriers to gene flow causing genetic discontinuities in apparently highly connected aquatic landscapes.

La pollution d'origine anthropique peut diriger la microévolution d'adaptations chez les populations d'organismes vivants. Cette étude vise la découverte et la caractérisation de polymorphismes fonctionnels candidats chez des perchaudes (Perça flavescens) chroniquement exposées à la contamination métallique. Au cours d'une première étape, notre méthodologie fait appel à un balayage transcriptomique contrastant les séquences de novo de groupes d'individus provenant de lacs sains (n = 16) et contaminés (n = 16). À partir de ce balayage, 48 marqueurs SNP potentiellement sous sélection par les métaux ont été génotypes et des mesures de bioaccumulation métallique ont été prises chez des perchaudes provenant de 10 populations (n = 1052 individus). L'analyse de ces données a permis de distinguer trois SNPs soumis à la sélection directionnelle et dont les fréquences alléliques sont associées aux niveaux populationnels moyens de contamination selon au moins deux méthodes de régression différentes. De vastes régions génétiques (environ 17kb d'ADN génomique et le mitogénome entier) flanquant ces candidats ont été visées par une expérience de séquençage 454. L'analyse de ces séquences a révélé des substitutions d'acides aminés non-synonymes qui pourraient être adaptatives dans le contexte particulier de la contamination au cadmium. En se basant sur les fonctions des gènes identifiés, nous argumentons que la divergence adaptative entre les perchaudes saines et contaminées suggère que les populations contaminées sont sélectionnées pour la completion rapide de leur cycle vital (voie métabolique de p53, gène de la cycline Gl) et pour la mitigation d'effets délétères au niveau de la mémoire spatio-temporelle (voie métabolique de la potentialisation post-synaptique à long terme; gène de la sous-unité 2 de la NADH déshydrogénase). En accord avec l'attendu évolutif chez les populations stressées et énergiquement limitées, les perchaudes adaptées auraient peu d'aptitude à réparer les dommages causés par les métaux et alloueraient plutôt leur énergie à la croissance. Pour la même raison, l'évolution favoriserait dans ce système des adaptations à faible coût pour la mitigation des impacts néfastes plutôt qu'une stratégie coûteuse de détoxication. Les résultats indiquent que 85 ans de sélection directionnelle imposée par la contamination des métaux a dirigé l'évolution rapide, potentiellement adaptative en sélectionnant des alleles sur des gènes conférant un potentiel adaptatif accru dans les environnements contaminés.

Les hypothèses actuelles en science halieutique prédisent un fort recrutement des populations de poissons lorsque les conditions environnementales favorisent la croissance rapide durant les jeunes stades de vie. Les coupes forestières dans les bassins versants provoquent une augmentation de la concentration en éléments nutritifs de l'eau dans les lacs oligotrophes boréaux. Ces changements environnementaux sont susceptibles de modifier les conditions d'alimentation et de croissance des larves et des juvéniles et ultimement, ils risquent d'influencer la survie et le recrutement des populations de poissons. L'objectif de cette étude était de déterminer l'impact des coupes forestières sur l'écologie des jeunes stades de vie chez la perchaude (Perca flavescens) dans les lacs du bouclier boréal laurentien. Pour atteindre cet objectif, des perchaudes de l'année ont été capturées durant trois années consécutives (2003, 2004 et 2005), dans trois lacs dont le bassin versant a subi des coupes forestières après la première année d'échantillonnage et dans trois lacs non perturbés. Les caractéristiques de croissance individuelle ont été mesurées chez ces perchaudes à l'aide de l'analyse de la microstructure de l'otolithe. Les coupes forestières ont provoqué une augmentation des taux de croissance durant les stades larvaire et juvénile en 2005, qui était accompagnée d'une augmentation de la biomasse algale. Nous avons vérifié l'influence trophique des modifications environnementales en pratiquant l'analyse des contenus stomacaux des perchaudes en 2005. Ces analyses ont montré que les perchaudes à croissance rapide avaient une diète différente, basée sur les proies du genre Daphnia. Nous avons aussi mesuré une plus grande abondance de Daphnia spp. et des concentrations de carbone organique dissous plus élevées dans les lacs perturbés en 2005. Les résultats suggèrent que les jeunes perchaudes ont bénéficié d'une plus grande abondance de proies qui, couplée à une meilleure détection, a mené à une croissance rapide. L'influence des conditions environnementales favorables sur la croissance rapide des perchaudes des lacs perturbés a été confirmée en écartant la possibilité que la croissance rapide ait été créée par une survie sélective à la croissance ou par un potentiel pour la croissance rapide déjà présent à l'éclosion. Les analyses de survie sélective à la croissance ont montré que la croissance rapide n'était pas toujours sélectionnée; elles ont plutôt montré que la direction de la sélection était variable d'une population à l'autre. Enfin, les implications des conditions environnementales et de la sélection pour la croissance rapide ou lente ont été discutées dans une perspective de prédiction du recrutement des populations de perchaudes. Nos résultats suggèrent que les conditions environnementales favorisant la croissance sont en grande partie responsables de la force du recrutement, mais que la direction et l'intensité de la survie sélective à la croissance peuvent en ajuster le niveau du recrutement. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Perchaude, Jeunes stades de vie, Croissance, Succès d'alimentation, Survie sélective à la croissance, Recrutement, Coupes forestières, Carbone organique dissous, Forces écologiques ascendantes, Microstructure de l'otolithe.

Mémoire (M.P.Aquat.) -- Université du Québec à Chicoutimi, 1992. / Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

La perchaude est un poisson qui pond ses œufs sur les végétaux submergés dans le littoral du lac Saint-Pierre lors de la crue printanière. Cependant, les pratiques agricoles actuelles sur le littoral laissent souvent un sol nu à l'automne, ce qui cause la diminution des habitats de ponte des poissons. Ainsi, l'objectif de cette étude est d'évaluer des cultures de couverture (CC) de pleine saison qui pourraient servir de substrats potentiels pour la ponte des poissons au printemps et qui seraient compétitives envers les adventices. Un dispositif en tiroir systématique avec quatre blocs a été implanté à quatre années-sites. En parcelles principales, six traitements de CC ont été étudiés : le ray-grass vivace (Lolium perenne L.), le seigle d'automne (Secale cereale L.), un mélange de seigle d'automne et de trèfle rouge (Trifolium pratense L.), un mélange de seigle d'automne et de vesce velue (Vicia villosa Roth), un mélange d'avoine (Avena sativa L.), vesce velue et lin (Linum usitatissimum L.), et le témoin sans CC. Le facteur testé en sous-parcelle était le désherbage ou non des parcelles. Le mélange d'avoine, vesce velue et lin a produit le plus de biomasse aérienne (2,5 à 4,9 Mg ha⁻¹) tout en réduisant l'incidence des adventices de 33 à 82 % en comparaison avec le témoin non désherbé. Il est également le seul traitement pour lequel une partie de la biomasse aérienne est restée érigée après la crue à chaque année-site. Ainsi, ce type de CC pourrait constituer un substrat potentiel pour la ponte des perchaudes au printemps mais ce serait à confirmer par des mesures fauniques faites au printemps durant l'inondation. Avec un coût d'implantation peu élevé, le mélange avoine, vesce velue et lin est avantageux à la fois pour les agriculteurs et pour l'environnement. / The yellow perch is a fish that lays its eggs on submerged vegetation along the shoreline of Lake Saint Pierre during the spring flooding. However, current agricultural practices on the floodplain are often leaving bare soil in the fall, which causes a decrease in spawning habitats. Thus, the objective of this study was to identify summer cover crops adapted to the Lake Saint Pierre floodplains that suppress weeds, while having selected desirable characteristics (plant biomass, height, soil cover) to potentially be a habitat for fish spawning during a flood event. A split-block design with four blocks was set at four site-years. In main plots, six cover crop (CC) treatments were studied: perennial ryegrass (Lolium perenne L.), fall rye (Secale cereale L.), a mixture of fall rye and red clover (Trifolium pratense L.), a mixture of fall rye and hairy vetch (Vicia villosa Roth), oat (Avena sativa L.), a mixture of hairy vetch, and flax (Linum usitatissimum L.), and a control without a CC. Each main plot was divided into two subplots: hand-weeded and non-weeded. The mixture of oat, hairy vetch, and flax produced the greatest aboveground biomass (2.5 to 4.9 Mg ha⁻¹) and reduced the weed incidence by 33 to 82% compared to the non-weeded control (depending on the sites). It is also the only treatment for which some aboveground biomass remained erect after flooding in each site year. Therefore, this mixture of CC could constitute a potential substrate for yellow perch spawning in the spring although wildlife measurements should be made in this same season during a flood event to confirm this hypothesis. With a low establishment cost, the mixture of oat, hairy vetch, and flax mixture was favorable for both farmers and environment.

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La qualité de l'eau du lac Saint-Pierre (LSP), le plus grand lac fluvial du fleuve Saint-Laurent, est notamment compromise par le déversement d’une mixture composée de métaux et de pesticides provenant des rejets des industries, des effluents municipaux et de l’exploitation des terres agricoles dans son bassin versant. Cette contamination est d'autant plus importante dans les zones du lac caractérisées par une végétation dense favorisant la rétention et la sédimentation de la matière en suspension. Or, ces herbiers aquatiques, qui occupent de vastes étendues du LSP, servent de frayère pour plusieurs poissons, dont la perchaude (Perca flavescens). Cette espèce est donc particulièrement affectée par la dégradation des habitats aquatiques du LSP. À la suite d’un déclin important de ses populations depuis la fin des années 1990 en raison de son important intérêt commercial et sportif, un moratoire de cinq ans sur la pêche de la perchaude a été imposé en 2012 et reconduit jusqu’en 2022, puisque l’incapacité de rétablissement des populations de perchaudes semble persister. La présente étude vise à évaluer l'hypothèse que cette incapacité de rétablissement, qui se reflète par un recrutement déficient, soit en partie attribuable à l'impact de la contamination chimique sur la reproduction, soit par des effets toxiques potentiels sur les femelles ovigères, sur les œufs ou sur les jeunes larves pendant les premiers mois. Dans un premier temps, nous avons évalué l’hypothèse que le glyphosate, herbicide à large spectre et ingrédient actif de la formulation Roundup®, ait un impact indirect sur les jeunes perchaudes en décimant les communautés de biofilms périphytiques, source d’alimentation des invertébrés dont se nourrissent les jeunes larves. Cette suite d’effets contribuerait à l’accroissement de la mortalité hivernale des jeunes de l’année, due à une insuffisance de ressources énergétiques. Or, nos résultats démontrent que peu importe l’âge, et par le fait même l’épaisseur des biofilms, le glyphosate, en concentrations environnementales réalistes, ne semble pas impacter négativement la composition des communautés ou le métabolisme de la chlorophylle des biofilms. Seul l’âge (2 mois, 1 an, 20 ans) de ces derniers semblait en effet influencer la composition taxonomique des communautés. Nous avons cependant observé une augmentation de l’abondance relative d’Anabaena, un taxon de cyanobactérie toxique qui possède une forme résistante rare de l’enzyme EPSPS, cible principale du mode d’action du glyphosate. Cette étude contribue à l’avancement des connaissances sur les effets de l’herbicide le plus utilisé à l’échelle mondiale, actuellement au cœur de préoccupations d’intérêt international. Nous avons également évalué le potentiel de toxicité associé au transfert maternel du mercure et du sélénium chez la perchaude à l’aide de techniques de fractionnement subcellulaire. Le mercure est un contaminant d’intérêt en raison de son omniprésence dans l’environnement ainsi que de ses effets néfastes sur la reproduction des poissons à de très faibles concentrations. Il a également été démontré que des ratios molaires Se:Hg supérieurs à 1 atténuaient les effet néfastes du mercure. Nos résultats démontrent une évidence de transfert maternel de la femelle à ses œufs, mais également aux mitochondries gonadiques, principales composantes sensibles de la cellule. Le transfert maternel représentant la source d’exposition aux contaminants la plus importante pour les embryons, nos observations pourraient contribuer à expliquer le recrutement déficient des jeunes perchaudes au LSP. Nous avons également mesuré des ratios molaires Se:Hg systématiquement supérieurs à 1 dans les différentes fractions subcellulaires hépatiques et gonadiques, résultats novateurs qui laissent sous-entendre un effet protecteur du Se. Puisque nous avons confirmé l’occurrence d’un transfert maternel du mercure, l’étape logique subséquente était d’évaluer la bioaccumulation de ce contaminant au sein des différents stades ontogéniques du cycle de vie de la perchaude. Les stades embryo-larvaires et juvéniles précoces sont en effet des phases particulièrement sensibles aux contaminants organiques et inorganiques. Nos résultats démontrent que les concentrations de MeHg décroissent suivant un patron ontogénique, avec les plus hautes concentrations mesurées chez les juvéniles et les plus basses dans les masses d’œufs. Nous avons également démontré que presque 100% du mercure était présent sous forme de MeHg, forme toxique et bioamplifiable, chez les larves et les juvéniles. Les ratios molaires Se:Hg étaient quant à eux systématiquement supérieurs à 1, résultats comblant d’importantes lacunes au niveau des effets antagonistes entre le mercure et le sélénium chez les poissons. Les résultats découlant des présents travaux de recherche ont un impact important sur la science de l’écotoxicologie en raison de leur caractère novateur. Tout d’abord, nous avons contribué à l’avancement des connaissances sur l’impact de concentrations environnementales de glyphosate sur des biofilms d’âge très contrasté. Ensuite, nous avons, pour la première fois, utilisé des outils de fractionnement subcellulaire afin d’évaluer le potentiel de toxicité lié au transfert maternel du mercure. Enfin, nous rapportons les premières données liées à la bioaccumulation simultanée du mercure et du sélénium aux stades de vie clés du développement de la perchaude. La présente thèse s’avère ainsi nécessaire afin de contribuer au progrès du savoir sur le devenir de certains contaminants d’intérêt au sein des écosystèmes aquatiques. / Lake Saint Pierre (LSP) is the largest fluvial lake in the Saint Lawrence River. Water quality in LSP is heavily affected by inputs of nutrients and chemical pollution from tributaries which drain agricultural watersheds, from municipal effluents and from industrial discharges. This contamination is amplified in areas of LSP with dense vegetation because aquatic plants promote the retention and sedimentation of dissolved and particulate matter. Several fish species, including Yellow Perch (Perca flavescens), use these aquatic vegetation beds as their spawning grounds and are therefore particularly affected by the contamination of aquatic habitats in LSP. This study therefore tests the hypothesis that chemical contamination in Yellow Perch (YP) during their early life stages can help explain this species’ lack of resilience despite the implementation of a fishing moratorium in 2012. This moratorium was extended until 2022 since populations are still undergoing a recruitment failure and a decline in juvenile abundance populations. The phosphonate herbicide glyphosate, which is the active ingredient in Roundup®, is currently the most widely used herbicide in the world. Glyphosate-based herbicides are sprayed on food and feed crops during cultivation and are thus subject to leaching to streams and rivers. In aquatic ecosystems, periphytic biofilms, or periphyton, are important primary producers and are often the first trophic level to be in contact with runoff waters. Thus, a trophic cascade could occur if these biofilms are negatively impacted by glyphosate, potentially leading to larval fish mortality due to resource limitation. Results showed that submersion period (2 months, 1 year, 20 years) was the only significant contributor to community structure. However, the glyphosate-resistant Cyanobacteria Anabaena was found to be favoured by the use of glyphosate. This freshwater Cyanobacteria commonly forms toxic blooms, raising concern regarding the use of glyphosate. For all colonization stages, and therefore different thicknesses, chlorophyll a did not show an unequivocal decline over time. This study therefore provides an interesting snapshot of the biological processes related to periphytic biofilms’ exposure to environmental concentrations of glyphosate. As this herbicide is currently of international concern, it is imperative to contribute to the advancement of knowledge about its effects. Mercury (Hg) is a trace element of particular concern since it is ubiquitous in the environment and because its methylated form (MeHg) readily bioaccumulates and biomagnifies in food webs. This latter process leads to elevated Hg concentrations in fish and thus induces toxicity. Maternal transfer of bioaccumulated contaminants to offspring is a suggested mechanism of impaired reproductive success in fish. We therefore assessed the toxicity potential of Hg during maternal transfer in YP from LSP using a sub-cellular partitioning approach. Results showed a strong relationship between Hg bioaccumulation in the liver and Hg concentrations in gonadal mitochondria, which corroborates the potential toxicity of maternal transfer. As selenium is a well-studied Hg antagonist, we also measured the Se:Hg molar ratios in all subcellular fractions. We found that these ratios were systematically above 1, which is the suggested threshold for Hg toxicity alleviation through sequestration by Se. Since early developmental stages in aquatic biota are particularly sensitive to Hg, and after confirming the evidence of maternal transfer, we subsequently addressed Hg bioaccumulation in all parts of YP life cycle. This study is the first of its kind to follow Hg and Se during YP ontogenetic development, from the gravid female to the juvenile. Results show that MeHg follow an ontogenetic pattern, with concentrations decreasing from the juveniles to egg masses. We also found that nearly 100% of THg was measured as the toxic form MeHg in larvae and juveniles. Lastly, Se:Hg molar ratios were systematically above 1, suggesting a potentially protective effect of Se on Hg bioaccumulation. This study will thus provide much needed information on the changes in bioaccumulation patterns during the most sensitive life cycle stages of this declining fish population. Results issued from the present research have significant impact when it comes to the advancement of knowledge in Ecotoxicology due to their novel characteristics. First, we have contributed to the advancement of knowledge on the effects of environmental concentrations of glyphosate on highly age-contrasted biofilms. Also, it is the first time that subcellular partitioning techniques are used in order to assess the toxicity potential of mercury during maternal transfer. Finally, we provide the very first results on the simultaneous bioaccumulation of mercury and selenium in key life stages of YP development. Therefore, this thesis is of particular interest when aiming to assess the fate of certain contaminants of interest within aquatic ecosystems.