Un des domaines clés de l’étude du comportement animal s’intéresse aux différents moyens par lesquels les individus obtiennent et utilisent l’information de leur environnement. Ces études permettent de comprendre les stimuli responsables de la modulation des réponses comportementales des organismes et d’appréhender comment des individus interagissent. L’importance écologique des organismes unicellulaires n’étant plus à prouver, une compréhension de leurs capacités à percevoir l’environnement, aussi bien biotique que abiotique, semble primordiale. Ainsi, nous avons étudié l’aptitude d’un organisme unicellulaire (Physarum polycephalum) à percevoir et utiliser l’information dans différents contextes. Cette thèse s’articule autour de cinq articles dans lesquels nous présentons nos résultats obtenus en utilisant les outils d’étude du comportement animal pour analyser et quantifier les comportements de cet organisme unicellulaire. Nous démontrons que Physarum polycephalum possède des traits comportementaux semblables aux organismes plus complexe : comme la communication, la coopération, la variabilité phénotypique et l’apprentissage. Nos résultats suggèrent l’importance de l’étude du comportement des organismes unicellulaires dans la compréhension de différents mécanismes biologiques. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Cette thèse cherche à discriminer au niveau génomique entre le développement d'embryons vers un mode de reproduction sexué et le développement vers un mode asexué chez le puceron du pois, Acyrthosiphon pisum. Cette discrimination passe par la création du réseau de régulation post-transcriptionnelle des microARN et des ARNm qui possèdent des cinétiques d'expression différentes entre ces deux embryogenèses ainsi que par l'analyse des modules d'interactions de ce réseau par l'utilisation de l'analyse de concepts formels. Pour ce faire, une stratégie en plusieurs étapes a été mise en place : la création d'un réseau d'interactions entre les microARN et les ARNm du puceron du pois ; l'extraction et la réduction du réseau aux microARN et ARNm qui possèdent des cinétiques différentes entre les deux embryogenèses à partir des données d'expression tirées du séquençage haut-débit ; l'analyse du réseau d'interactions réduit aux éléments d’intérêt par l'analyse de concepts formels. L'analyse du réseau a permis l'identification de différentes fonctions potentiellement importantes comme l'ovogenèse, la régulation transcriptionnelle ou encore le système neuroendocrinien. En plus de l'analyse du réseau, l'analyse de concepts formels a été utilisée pour définir une méthode de réparation de graphe biparti basée sur une topologie en "concepts" ainsi qu'une méthode de visualisation de graphes bipartis par ses concepts. / This thesis aims to discriminate between embryos development towards either sexual or asexual reproduction types in pea aphids, Acyrthosiphon pisum, at the genomic level. This discrimination involves the creation of a post-transcriptional regulation network between microRNAs and mRNAs whose kinetic expressions change depending on the embryogenesis. It also involves a study of this network's interaction modules using formal concept analysis. To do so, a three-step strategy was set up. First the creation of an interaction network between the pea aphid's microRNAs and mRNAs. The network is then reduced by keeping only microRNAs and mRNAs which possess differential kinetics between the two embryogeneses, these are obtained using high-throughput sequencing data. Finally the remaining network is analysed using formal concept analysis. Analysing the network allowed for the identification of several functions of potential interest such as oogenesis, transcriptional regulation or even neuroendocrine system. In addition to network analysis, formal concept analysis was used to create a new method to repair a bipartite graph based on its topology and a method to visualise a bipartite graph using its formal concepts.

Le réchauffement climatique et la fragmentation des habitats sont les deux principales menaces pour les espèces rares et menacées telle qu’Arnica montana dont nous avons comparé les populations fragmentées de colline (500 m) de la région Ardennes-Eifel avec les populations montagnardes des Vosges (1200 m) où l’espèce est encore commune. Les communautés végétales des sites collinéens (Violion caninae) étaient différentes de celles des montagnes (Nardion strictae). Cependant, A. montana évolue dans la même niche aux deux altitudes. On a observé une modification de la reproduction d’A. montana d’un type sexué dans les collines vers un type clonal en altitude. Une étude des variations génétiques moléculaires (AFLP) a montré que ces populations avaient conservé une diversité génétique relativement grande. Nous avons établi qu’il y avait des différenciations génétiques entre les altitudes, avec une isolation par distance plus forte pour les populations fragmentées de colline, alors que les populations montagnardes constituent une métapopulation. Lors d’une expérience en jardins contrôlés à 200 et 1200 m d’altitude, il a été démontré qu’A. montana possédait une grande plasticité phénotypique et une variabilité génétique considérable qui pourraient s’avérer cruciales pour A. montana face aux changements climatiques. Une transplantation réciproque entre des populations de colline et de montagne a montré un fort effet site. La compétition pour la lumière et l’herbivorie pourraient être les causes principales de la sélection. La grande plasticité de l’espèce a montré que les plantules sont capables de survivre à une augmentation de températures annuelles d’au moins 2°C / Global warming and habitat fragmentation are two major threats to rare and endangered species as Arnica montana which we compared the fragmented colline populations (500 m) of the Ardennes-Eifel region with the montane populations of the Vosges crest (1200 m) where the species is still common. We recorded the vegetation and population structure of A. montana in the colline sites (Violion caninae) and the mountains sites (Nardion strictae). However, A. montana had the same niche at the two altitudes. The study of population structure revealed a shift from sexual to clonal reproduction with increasing altitude. A study of molecular genetic variation (AFLP) indicated that populations of A. montana have preserved a relatively high amount of genetic diversity. Populations were genetically differentiated between altitudes, with a stronger isolation by distance for the fragmented colline populations, while the montane populations may be considered as a meta-population. In a common garden experiment involving gardens at two altitudes (200 m and 1200 m), we showed that A. montana had a high phenotypic plasticity and a considerable genetic variability, which could be crucial for A. montana populations to respond to predicted climate changes. A reciprocal transplant experiment between colline and montane populations showed a strong effect of the transplantation sites. Competition for light and herbivory of seedlings may be the main causes of selection. The high plasticity of A. montana might permit the seedlings to survive an increase of at least 2°C in annual temperature

L’importante diversité génétique des VIH-1 a conduit à la classification actuelle en 4 groupes - M, N, O et P - dont seul le premier est pandémique. Les VIH-1 non-M sont endémiques au Cameroun, mais circulent aussi en France, du fait de liens étroits entre les deux pays. Il a été largement démontré que la diversité génétique, en particulier des VIH-1/O, avait un impact sur les tests de dépistage sérologique et de quantification virale. En revanche, peu de données sont disponibles quant aux conséquences de cette diversité génétique sur la prise en charge thérapeutique des patients infectés. Il a été décrit in vitro que la présence naturelle de la mutation Y181C conduisait à une résistance naturelle aux inhibiteurs non nucléosidiques de la transcriptase inverse, et que le polymorphisme important de la protéase avait un impact au moins génotypique, sur l’utilisation de certaines molécules, limitant ainsi les options thérapeutiques ; d’autre part, la réponse immuno-virologique des patients aux antirétroviraux (ARV) est méconnue, du fait d’études anciennes et/ou réalisées sur un nombre limité de patients. Les objectifs de ce travail était donc i) d’étudier la sensibilité naturelle des VIH-1/non-M aux classes d’ARV les plus récentes ; ii) d’analyser la réponse immuno-virologique aux ARV d’un grand nombre de patients infectés par un VIH-1/O et chez l’unique patiente infectée par un VIH1/P actuellement suivie. En lien avec l’usage actuellement répandu des inhibiteurs d’intégrase (INI), nous avons montré sur un large panel de 39 isolats cliniques VIH-1 non-M, l’absence d’impact majeur du polymorphisme naturel de l’intégrase sur la sensibilité phénotypique au raltegravir et au dolutegravir mais une importante disparité des réponses phénotypiques avec l’elvitegravir, possiblement corrélée à l’association de 4 mutations sur l’intégrase (V72I, I200L, N222K et R224Q). Nous avons également établi que le polymorphisme génétique des variants non-M, avec la présence naturelle des mutations M426L, M434I et S375H/M de la gp120, variables selon les groupes, serait préjudiciable à l’efficacité du fostemsavir, représentant de la nouvelle classe des inhibiteurs d’attachement. Aussi, l’analyse de la réponse immuno-virologique aux ARV de 101 patients infectés par un VIH-1/O et vivant en France a permis de montrer que la réponse était globalement satisfaisante. En nous intéressant plus particulièrement aux patients recevant une trithérapie incluant un INI lors d’un échec ou d’un switch, nous avons observé un taux de succès virologique de 80 à 90%, résultats en cohérence avec nos données phénotypiques et en faveur des recommandations à utiliser largement de cette classe ; lors des échecs virologiques, l’émergence des mutations de résistance suivait, a minima, des voies de sélection similaires à celles décrites pour les VIH-1/M. Enfin, le suivi de la patiente RBF168 infectée par un VIH-1/P a été l’occasion de décrire pour la première fois, l’évolution naturelle de cette infection rare, l’excellente réponse immuno-virologique, mais aussi le polymorphisme génétique de cette souche singulière. Nous avons enfin étudié certaines des propriétés virologiques de la souche RBF168 en lien avec ses capacités d’adaptation à l’Homme.L’ensemble de nos travaux a contribué à obtenir des données sur l’impact du polymorphisme génétique des VIH-1 non-M aux nouvelles classes thérapeutiques et sur la réponse immuno-virologique des patients. Ces nouvelles connaissances permettront d’adapter en conséquence et d’améliorer, la prise en charge thérapeutique des patients infectés par ces variants divergents, aussi bien en France qu’en zone d’endémie. / The high genetic diversity of the HIV-1 leads to a classification in 4 distinct groups: M, N, O and lastly P, but only the first being pandemic. The non-group M HIV-1 (non-M HIV-1) are endemic in Cameroon, but are also found in France due to the close link between the two countries. The high genetic diversity, particularly for HIV-1/O, has an impact on the serological screening assay and the viral quantification. But, little is known about the consequences on the therapeutic management. In vitro, it has been shown that the Y181C mutation lead to the natural resistance of non-nucleoside reverse transcriptase inhibitors and the high level of polymorphism in the protease region had a genotypic impact on several drugs, restricting the therapeutic options. The immune-virological response to antiretroviral drugs (ARV) is also unknown, because of old studies and/or in a limited number of patients. Our aims were the study of the natural susceptibility of the non-M HIV-1 to the most recent class of ARV and the analysis of the immuno-virological response, in a large cohort of HIV-1/O-infected patients and the unique patient infected with an HIV-1/P still followed up. From the current usage of the new class of integrase strand transfer inhibitors (INSTI), we have demonstrated for the first time on a panel of 39 non-M HIV-1 clinical isolates, that i) the natural genetic integrase polymorphism has no major impact on the phenotypic susceptibility to raltegravir, dolutegravir ii) a wide disparity of phenotypic response to elvitegravir exists and could be correlated to the association of 4 mutations in the integrase (V72I, I200L, N222K and R224Q). We also showed that the non-M HIV-1 natural polymorphism, with the presence of the M426L, M434I and S375H/M on the gp120, according to the group, would be detrimental to the efficacy of fostemsavir, the representative of the emerging class of attachment inhibitors. Then, we analysed the immunological and virological response to ARV, of 101 patients HIV-1/O infected and living in France, in the ORIVAO ANRS EP50 study. This unique data on the largest cohort of patients, allowed us to demonstrate a good. Focusing on the patients receiving a combination including an INSTI (at a failure or in a switch), a high virological success rate was observed (around 80 to 90%), confirming our phenotypic results and arguing for a wide usage of this class. At a failure, the emergence of resistance mutations was, at least, not different from the one observed in HIV-1/M.Lastly, the unique monitoring of the RBF168 patient infected by an HIV-1/P strain, provided the opportunity to describe, for the first time, the natural evolution, the excellent immuno-virological response, the natural genetic polymorphism and this unique strain and to study some of its virological properties, linked with its adaptation to the Human host.All together, these data contribute to describe the impact of the natural genetic polymorphism of non-M HIV-1 on the new class of drugs, better characterize the immune-virological response and finally allow to adapt the therapeutic management of the infected patients in France as well as in the endemic area.

Le climat affecte entre autre la phénologie, l’aire de distribution, le comportement et la physiologie des espèces. Le changement climatique a donc des répercussions sur chacun de ces facteurs. L’augmentation globale des températures prévue d’ici 2100 pourrait profondément modifier la biodiversité de l’échelle des espèces jusqu’à celle des écosystèmes. Les ectothermes, et en particulier les reptiles ovipares à détermination du sexe sensible à la température, font partie des organismes susceptibles d’être les plus vulnérables au réchauffement du climat puisque quasiment tous leurs traits d’histoire de vie dépendent de la température. L’origine et le maintien de ce mécanisme de détermination du sexe, pouvant conduire à un sex ratio fortement biaisé à l’échelle d’une population, reste une énigme pour les écologues. Parmi les nombreuses questions soulevées par la présence de ce mécanisme de détermination du sexe, la signification adaptative, s’il y en a une, de ce mécanisme est cruciale.Ce mécanisme de détermination du sexe rend-il les espèces plus vulnérables dans le contexte actuel du changement du climat ? Plusieurs hypothèses évolutives ont été proposées et des modèles de dynamique des populations sont disponibles pour répondre à ces questions. Cependant, prédire le sex ratio primaire en conditions naturelles, c’est-à-dire le sex ratio des nouveaux nés, reste un défi majeur à l’heure actuel. Ce manuscrit vise à apporter de nouveaux outils méthodologiques afin de correctement prédire le sex ratio d’une ponte en fonction de la température ressentie par les embryons au cours de l’incubation. Les tortues marines,quasiment toutes menacées, sont des espèces migratrices présentant toute ce mécanisme de détermination du sexe.Chez ces espèces, la phénologie des pontes est aussi sensible à la température du milieu. Ce type de plasticité phénotypique est probablement la stratégie la plus efficace pour pallier à un changement rapide du climat. Ce manuscrit apporte quelques éléments de réponse quant au potentiel adaptatif des tortues marines face au réchauffement climatique avec l’exemple de plusieurs populations de tortues Caouanne (Caretta caretta). / Climate affects, among other things, species’phenology, distribution range, behavior and physiology.Climate change thus impacts each of these factors. Global warming expected by 2100 might profoundly modify biodiversity from species to ecosystems. Ectotherms, and in particular oviparous reptiles with temperature dependent sex determination, are thought to be among the most vulnerable in the face of global warming because virtually all their life history traits depend on temperature.The origin and the persistence of temperature-dependent sex determination, which could lead to heavily biased population sex ratios, is still an enigma for ecologists. Among numerous issues related to this sex determining mechanism, understanding its adaptive significance, if there is one, is crucial. At another level, does this sex determining mechanism make species more vulnerable in the context of contemporary climate change ? Several evolutionary hypotheses have been proposed and population dynamic models are available to address these issues. However, predicting primary sex ratio, i.e., the sex ratio of hatchlings, in natural conditions currently remainsa challenge. This manuscript aims to bring new methodological tools to properly predict sex ratio of aclutch depending on temperature experienced by embryosthroughout incubation. Marine turtles, almost all being threatened, are migratory species that all exhibit this sex determining mechanism. For those species, nesting phenology is also sensitive to environmental temperature.This type of phenotypic plasticity is probably the most efficient strategy to keep up with rapid climate change.This manuscript provides some elements for understanding the adaptive potential of sea turtles in the face of global warming with the example of several).

La plasticité phénotypique est la capacité d’un génotype donné à produire différents phénotypes en réponse à différents environnements tels que la température, la nutrition ou encore la présence de prédateurs. Ce phénomène permet aux individus de s’adapter à des environnements fluctuants. Il peut également faciliter l’évolution en élargissant la gamme de phénotypes produits par un génotype. Comme modèle de plasticité phénotypique, nous étudions la pigmentation abdominale chez les femelles Drosophila melanogaster. En effet, ce caractère est sensible à la température : les femelles drosophiles sont plus pigmentées lorsqu’elles se développent à basse température, particulièrement dans les segments abdominaux postérieurs. Les études précédentes du laboratoire ont montré que le gène tan (t), codant une enzyme de pigmentation, est beaucoup plus fortement exprimé à 18°C qu'à 29°C. Par ailleurs, ce gène joue un rôle essentiel dans la plasticité phénotypique de la pigmentation abdominale des femelles Drosophila melanogaster. Au cours de ma thèse, je me suis intéressée à la caractérisation du réseau de gènes impliqué dans la régulation de l’expression de t dans l’épiderme abdominal des femelles Drosophila melanogaster. J'ai également cherché à identifier, dans ce réseau, les acteurs pouvant médier l'effet de la température sur l'expression de t. A l'aide d'une approche gène candidat, j'ai montré que les facteurs de transcription Bric-à-Brac (Bab) et Abdominal-B (Abd-B) intervenaient dans la plasticité phénotypique de la pigmentation abdominale en régulant notamment t. De plus, j'ai réalisé un crible génétique ciblant 573 gènes codant des facteurs de transcription et des régulateurs de la chromatine afin d'identifier de nouveaux régulateurs de t. A l'issue de ce crible, j'ai obtenu une liste de 27 gènes impliqués dans cette régulation. J'ai ensuite commencé la caractérisation fonctionnelle de deux de ces candidats : forkhead box subgroup O (foxo) codant un facteur de transcription impliqué dans la voie de réponse à l'insuline et little imaginal discs (lid) codant une histone déméthylase. / Phenotypic plasticity is the ability of a given genotype to produce different phenotypes in response to different environmental factors such as temperature, nutrition or presence of predators. This phenomenon allows the adaptation of individuals to their fluctuating environments. It can also facilitate evolution, as it broadens the range of phenotypes produced by a given genotype. As a model of phenotypic plasticity, we study the abdominal pigmentation in Drosophila melanogaster females. Indeed, this trait is temperature-sensitive: drosophila females are darker when they develop at lower temperatures particularly in the posterior segments. In the laboratory, it has been previously shown, that tan (t), a gene encoding a pigmentation enzyme, is more expressed at 18°C than at 29°C. Moreover, this gene plays an essential role in the phenotypic plasticity of abdominal pigmentation in Drosophila melanogaster females. During my thesis, I aimed to characterize the gene regulatory network involved in t regulation in the abdominal epidermis of Drosophila melanogaster females. I also tried to identify, in this network, the actors mediating the effect of temperature on t expression. Using a candidate gene approach, I showed that the transcription factors Bric-à-brac (Bab) and Abdominal-B (Abd-B) are involved in the phenotypic plasticity of abdominal pigmentation by regulating t. Furthermore, I performed a genetic screen targeting 573 genes encoding transcription factors and chromatin regulators to identify new regulators of t. At the end of this screen, I obtained a list of 27 genes involved in this regulation. I then started the functional characterization of two of these candidates: forkhead box subgroup O (foxo) encoding a transcription factor involved in the insulin response pathway and little imaginal discs (lid) encoding a histone demethylase.

Durant leur cycle de vie, les organismes sont exposés à des variations environnementales capables d'induire des changements physiologiques, morphologiques et comportementaux, résultant d’une plasticité phénotypique. La plasticité phénotypique est la capacité d'un génotype à générer un nouveau phénotype suite à un stress. Ici, nous avons étudié la plasticité phénotypique d’un Cnidaire symbiotique et non-calcifiant, l’anémone de mer Anemonia viridis, à de multiples niveaux de complexité structurale, in vivo et in vitro. In vivo, nous avons identifié les mécanismes sous-jacents de la plasticité phénotypique potentiellement induits par les futurs changements climatiques (acidification et réchauffement des océans). Nos résultats montrent des modifications dans l'utilisation du carbone inorganique par A. viridis exposée à une forte pCO2 lors d’un stress chronique in natura ou lors d’un stress court en conditions contrôlées. Nous avons ainsi observé une diminution des activités anhydrase carbonique, une enzyme clé des mécanismes de concentration du carbone chez les Cnidaires. Nous avons aussi démontré que l'augmentation concomittante de la température modifie la réponse observée lors d'une élévation seule de la pCO2. In vitro, nous avons établi une culture de cellules primaires viables issue de tentacules d’A. viridis en régénération. Nous avons déterminé l'origine gastrodermale des cellules cultivées et validé l'utilisation de ce nouvel outil pour l'étude de la réponse au stress au niveau cellulaire. Ce nouvel outil ouvre une multitude de perspectives pour l'étude des réponses cellulaires aux stress exogènes (changement climatique) et endogènes (contraintes dues à la symbiose) / During the course of their life cycle organisms are exposed to natural environment variations capable of inducing physiological, morphological and behaviour changes, thus a phenotypic plasticity. Phenotypic plasticity is the ability of a genotype to generate a new phenotype following exogeneous or endogeneous stress. Here, we investigated the phenotypic plasticity of the non-calcifying symbiotic cnidarian Anemonia viridis at multiple levels of structural complexity, in vivo and in vitro. In vivo, we determined the mechanisms behind the phenotypic plasticity under expected future climate change (i.e. ocean acidification and ocean warming). Our results show physiological changes in the inorganic carbon use of the sea anemone A. viridis exposed to high pCO2 during a long-term stress in natura or a short-term stress in controlled conditions. We then observed an equivalent decrease in carbonic anhydrase activity, a key enzyme of cnidarian carbon concentrating mechanisms. Also, we demonstrated that an increase in seawater temperature modified the response observed during a high pCO2 scenario. In vitro, we established a viable primary cell culture from regenerating tentacles of A. viridis. We determined the gastrodermal tissue origin of the cultivated cells and validated the use of this new tool to the in vitro study of stress response at the cellular level. The set-up of this powerful in vitro tool will open a multitude of perspectives for the study of cellular responses to exogeneous stress (as global change perturbations) and to endogeneous stress (as the symbiosis constraints experienced by symbiotic cnidarians)

L’un des principaux objectifs des travaux présentés dans cette thèse était d’étudier les mécanismes moléculaires de l’évolution contemporaine chez le saumon atlantique (Salmo salar) à l’aide de la technique des bio-puces. La création de lignées de saumon d’élevage est un exemple d’évolution contemporaine dirigée par une activité humaine. La comparaison des niveaux de transcription de milliers de gènes entre saumons d’élevage, saumons sauvages et leurs hybrides nous a permis d’en identifier certains dont le niveau de transcription présentait des différences héritables entre ces groupes. Ces résultats nous renseignent sur les mécanismes génétiques de l’évolution parallèle et permettent d’évaluer l’ampleur des différences génétiques accumulées en 25 à 35 ans entre saumons d’élevage et sauvages ainsi que l’importance relative de l’additivité dans le contrôle génétique des niveaux de transcription géniques. Ils appuient l’idée que des mesures limitant les échappées de saumons d’élevage doivent être prises rapidement. Dans d’autres travaux, l’estimation du Qst ainsi que de l’héritabilité du niveau de transcription de milliers de gènes nous a permis d’appliquer une méthode nouvelle, le « balayage transcriptomique », afin d’identifier des gènes pour lesquels le contrôle génétique du niveau de transcription a potentiellement évolué en 6 générations sous l’effet de la sélection naturelle chez deux sous-populations de saumon de la rivière Ste-Marguerite. Un autre objectif de ces travaux était l’étude des mécanismes moléculaires de la plasticité phénotypique. Ainsi, la comparaison des niveaux de transcription géniques chez des juvéniles de saumons sains ou atteints de saprolegniose nous a permis d’identifier plusieurs des acteurs potentiels de la réponse immunitaire à cette infection, incluant notamment plusieurs gènes codant pour des protéines de la réponse immunitaire non-spécifique. Enfin, nous avons identifié, en comparant le niveau de transcription de 16006 gènes dans les cerveaux de saumons juvéniles dominants ou subordonnés en présence ou en l’absence de truite arc-en-ciel, certains acteurs moléculaires potentiellement impliqués dans la perte plastique de dominance sociale chez de jeunes saumons mis en présence de truites, contribuant ainsi à développer les connaissances sur les liens entre la transcription génique et la plasticité comportementale dans le contexte d’interactions compétitives entre espèces invasives et espèces indigènes. / One of the main objectives of the work presented here was to study the molecular mechanisms of contemporary evolution in Atlantic salmon (Salmo salar) using microarrays. The creation of salmon breeding lines through artificial selection is an example of contemporary evolution driven by human activities. Comparing the transcription levels of thousands of genes between farmed salmon, wild salmon and their hybrids allowed us to identify genes of which the transcription level showed heritable differences between these groups. The results inform us on the genetic mechanisms of parallel evolution and allow us to evaluate the extent of the genetic differences accumulated in only 25 to 35 years of artificial selection between wild and farmed salmon as well as the prevalence of additivity in the genetic control of gene transcription. These results also support the idea that measures to markedly reduce escapes of farmed salmon and their reproduction in the wild are urgently needed. In another study, estimating gene transcription level Qst and heritability for thousands of genes allowed us to apply a new method, the «transcriptome scan», to identify genes for which the genetic control of transcription is likely to have evolved in only 6 generations under the effect of directional selection in two Atlantic salmon sub-populations from rivière Ste-Marguerite. Another goal of this thesis was to study the molecular mechanisms of phenotypic plasticity. Hence, the comparison of transcript levels from saprolegniosis-affected or healthy salmon juveniles allowed us to identify several potential actors of the immune response to this infection, including several genes coding for proteins of the acute-phase response. Finally, we compared the transcription levels of thousands of genes in the brains of socially dominant or subordinate salmon juveniles in absence or presence of rainbow trout (O. mykiss), which allowed us to identify several potential molecular actors in the plastic loss of social dominance hierarchies in salmon in presence of trout. This contributes to a better understanding of the relation between gene transcription and behavioural plasticity in the context of competitive interactions between invasive and native species.

On observe le déclin progressif de l’anguille d’Amérique sur l’ensemble de son aire de répartition depuis plus de quatre décennies, mais celui-ci semble plus soutenu dans la région du Haut-Saint-Laurent/Lac-Ontario (STLO). Plusieurs mesures de mitigation ont été mises en place, dont le transfert de civelles vers le STLO à partir de régions moins touchées. La translocation fut acceptée sur la base du caractère panmictique de l’espèce. Cependant, certains aspects écologiques interrégionaux, comme la taille à maturité ou le recrutement, semblaient en contradiction avec l’hypothèse de panmixie. Ce projet de thèse a pour but d’aborder cette problématique en testant les hypothèses de panmixie et de plasticité phénotypique chez l’anguille d’Amérique. Au chapitre 2, nous décrivons l’étude de génétique de population de l’anguille d’Amérique la plus complète effectuée à ce jour. L’hypothèse de panmixie devrait désormais être acceptée. Ensuite, pour tester l’hypothèse de la plasticité phénotypique comme mécanisme de la variance interrégionale, nous avons travaillé avec des civelles provenant Nouvelle Écosse (Mira River : MR) et du Québec (Grande rivière Blanche : GRB), en milieux contrôlé (eau douce ou saumâtre). Le chapitre 3 fait état des premiers sept mois d’élevage. On y rapporte un taux de croissance supérieur en eau saumâtre pour tous les groupes. Les anguilles de la MR croissent plus rapidement, tous environnements confondus, que celles du GRB. Les MR présentent une réponse plastique marginalement supérieure aux GRB. Au chapitre 4 nous faisons état de la conclusion de l’expérience de croissance. On y rapporte des sex-ratios identiques pour tous les groupes. Les femelles présentent une distribution bimodale avec deux modes de croissance/maturation : lente (L) ou rapide (R). La MR produit une majorité de R en eau saumâtre et de L en eau douce, alors que GRB produit une majorité de L dans les deux milieux. Le chapitre 5 teste l’hypothèse nulle sous l’angle de la transcriptomique. On y fait état de l’effet de l’environnement, de l’origine et de leur interaction sur de nombreux gènes et groupes fonctionnels. À la lumière des résultats de ces quatre chapitres, nous proposons que la plasticité phénotypique n’exclue pas une base génétique quantitative pour expliquer la variance interrégionale dans les traits phénotypiques et d’histoire de vie. Finalement, dans ce contexte, nous avançons l’hypothèse suivant : la différenciation génétique interrégionale serait le produit de la sélection spatiale variable.

Variation et sélection sont au coeur de l'évolution Darwinienne. Cependant, ces deux mécanismes dépendent de processus eux-mêmes façonnés par l'évolution. Chez les micro-organismes, qui font face à des environnements souvent variables, ces propriétés adaptatives sont particulièrement bien exploitées, comme le démontrent de nombreuses expériences en laboratoire. Chez ses organismes, l'évolution semble donc avoir optimisé sa propre capacité à évoluer, un processus que nous nommons évolution de l'évolution (EvoEvo). La notion d'évolution de l'évolution englobe de nombreux concepts théoriques, tels que la variabilité, l'évolvabilité, la robustesse ou encore la capacité de l'évolution à innover (open-endedness). Ces propriétés évolutives des micro-organismes, et plus généralement de tous les organismes vivants, sont soupçonnées d'agir à tous les niveaux d'organisation biologique, en interaction ou en conflit, avec des conséquences souvent complexes et contre-intuitives. Ainsi, comprendre l'évolution de l'évolution implique l'étude de la trajectoire évolutive de micro-organismes — réels ou virtuels —, et ce à différents niveaux d'organisation (génome, interactome, population, …). L'objectif de ce travail de thèse a été de développer et d'étudier des modèles mathématiques et numériques afin de lever le voile sur certains aspects de l'évolution de l'évolution. Ce travail multidisciplinaire, car impliquant des collaborations avec des biologistes expérimentateur•rice•s, des bio-informaticien•ne•s et des mathématicien•ne•s, s'est divisé en deux parties distinctes, mais complémentaires par leurs approches : (i) l'extension d'un modèle historique en génétique des populations — le modèle géométrique de Fisher — afin d'étudier l'évolution du bruit phénotypique en sélection directionnelle, et (ii) le développement d'un modèle d'évolution in silico multi-échelles permettant une étude plus approfondie de l'évolution de l'évolution. Cette thèse a été financée par le projet européen EvoEvo (FP7-ICT-610427), grâce à la commission européenne. / Variation and selection are the two core processes of Darwinian Evolution. Yet, both are directly regulated by many processes that are themselves products of evolution. Microorganisms efficiently exploit this ability to dynamically adapt to new conditions. Thus, evolution seems to have optimized its own ability to evolve, as a primary means to react to environmental changes. We call this process evolution of evolution (EvoEvo). EvoEvo covers several aspects of evolution, encompassing major concepts such variability, evolvability, robustness, and open-endedness. Those phenomena are known to affect all levels of organization in bacterial populations. Indeed, understanding EvoEvo requires to study organisms experiencing evolution, and to decipher the evolutive interactions between all the components of the biological system of interest (genomes, biochemical networks, populations, ...). The objective of this thesis was to develop and exploit mathematical and numerical models to tackle different aspects of EvoEvo, in order to produce new knowledge on this topic, in collaboration with partners from diverse fields, including experimental biology, bioinformatics, mathematics and also theoretical and applied informatics. To this aim, we followed two complementary approaches: (i) a population genetics approach to study the evolution of phenotypic noise in directional selection, by extending Fisher's geometric model of adaptation, and (ii) a digital genetics approach to study multi-level evolution. This work was funded by the EvoEvo project, under the European Commission (FP7-ICT-610427).