Les émulsions fluorées de Pickering sont étudiées et mises au point dans la technologie demicrofluidique en gouttes pour des applications d’études sur des cellules adhérentes isolées.Les principaux résultats de ce projet sont : l’établissement d’un lien entre la couverture desurface des nanoparticules et la fluidité de l’émulsion de Pickering ; l’établissement deslignes directrices pour la stabilisation des gouttes avec un débit de production élevé et unminimum de déchets de particules ; et la mise en oeuvre d’une plateforme technologiquecomplète pour l’étude des cellules RPE, pour mesurer leur hétérogénéité phénotypique auniveau de la cellule individuelle. / Fluorinated Pickering emulsions are studied and engineered within droplet-based microfluidicstechnology for adherent-cell studies applications. The main findings of this projectinclude: linking the nanoparticles surface coverage to the bulk flowability of the Pickeringemulsion; deriving guidelines for droplet stabilization with high production throughput andminimal particle waste; and implementing the full technological platform for the study ofRPE cells, while unraveling their phenotypic heterogeneity at the single cell level.

Le concept de niche a été défini par Hutchinson comme un espace multidimensionnel de variables environnementales où l'espèce survie. Au cours de ce travail, je me suis intéressée à différentes limites conceptuelles et opérationnelles du concept de niche. En m'appuyant sur le cas de l'adaptation à la salinité chez le genre Artemia – branchiopode extrêmophile – nous nous sommes intéressés : (i) aux mécanismes à l'origine du maintien du polymorphisme génétique d'une large population clonale, qui m'a permis de m'interroger sur l'échelle utile à l'application du concept de niche ; (ii) à l'impact de la flore bactérienne sur l'adaptation de l'artémie aux faibles salinités, qui m'a permis d'évaluer plus globalement l'impact que les interactions biotiques peuvent avoir dans le contexte multidimensionnel de la niche ; (iii) aux effets de la plasticité et de la qualité d'habitat sur l'adaptation de l'artémie aux fortes salinités, qui pose des questions opérationnelles sur l'évaluation de l'influence de ces facteurs sur la niche. Le travail détaillé dans ce manuscrit s'appuie sur des méthodologies variées et a apporté des éléments de réponses aux problématiques posées. Tout d'abord, nous avons pu montrer que la diversité génétique d'une large population clonale était structurée par des déterminants environnementaux tels que la salinité ou la température. Ce travail a aussi montré que dans le cas d'une population asexuée, le concept de niche pouvait s'appliquer à un groupe d'individu génétiquement proche et pouvant (selon le mode de reproduction) appartenir à une lignée commune. Ensuite, nous avons montré que la niche de la flore intestinale de l'artémie facilite la digestion des algues, mais contraint leur tolérance aux faibles salinités. Il faut alors envisager que les interactions biotiques peuvent avoir différents effets (parfois même contradictoires) sur les différents axes de la niche de l'espèce focale. Enfin, nous avons apporté des solutions méthodologiques pour évaluer séparément l'impact de la plasticité et de la qualité d'habitat sur l'adaptation des artémies aux fortes salinités. Au final, nous avons apporté des solutions conceptuelles et/ou opérationnelles permettant de solidifier le concept de niche qui est une notion clé en écologie évolutive. / Hutchinson defined the niche concept as the multidimensional space of environmental variables where the specie survives. During this work, I focused on several conceptual and operational limits of this concept. Basing our work on the adaptation to salinity of the genus Artemia – an extremophile branchipod – we studied: (i) mechanisms involved in the polymorphism maintenance in a large clonal population, which asked the question of the scaling in the use of the niche concept; (ii) impact of the gut microbiota on the adaptation to low salinities, which asked the question on the impact of biotic interactions on the niche; (iii) the effects of habitat quality and phenotypic plasticity on the tolerance to high salinities, which asked operational questions on the evaluation of theses factors and there impact on the niche. The work detailed in this manuscript is based on a large variety of methodologies and helped providing elements of answers to solve the problematic. First, we showed that the important diversity found in the large clonal population was structured by environmental variables such as salinity and temperature. Therefore, in the case of a large asexual population, the niche concept can apply to a group of genetically close individual that might share (depending on the reproduction mode) common ancestry. Then, we showed that the niche of the gut microbiota, associated with Artemia for algae digestion, constrained their host tolerance to low salinities. Thus, biotic interactions may have different effects (even conflicting sometimes) on the different axes of their host niche. Finally, we provided some methodological solutions to evaluate separately the impact of plasticity and habitat quality on the adaptation of Artemia to high salinities. In the end, we provided conceptual and/or operational solutions that strengthen the evolutionary ecology key concept of the niche.

La viviparité, qui consiste à mettre au monde directement des jeunes vivants, a évolué de nombreuses fois à partir de l'oviparité, qui consiste à pondre des oeufs, en particulier chez les lézards et les serpents (les squamates). Ce groupe est celui où l'on observe le plus grand nombre d'évolutions indépendantes de la viviparité, ainsi que des évolutions récentes et à des niveaux taxonomiques faibles. Le lézard vivipare est une des rares espèces au sein de laquelle l'oviparité et la viviparité coexistent. J'ai donc utilisé cette espèce pour mon étude sur les coûts et les bénéfices de la viviparité. Je me suis d'abord intéressée aux ajustements de l'investissement dans la reproduction ainsi qu'aux coûts de la gestation. J'ai observé une absence d'ajustement post-ovulatoire de la taille de portée, de la masse de portée et de la masse du jeune. Cependant, j'ai montré que les femelles ajustent ces paramètres en fonction de leur environnement pendant la vitellogenèse, ainsi qu'en fonction de leur corpulence et de leur date de mise bas de l'année passée. J'ai ensuite étudié les coûts de la gestation de manière expérimentale, en contrôlant les accouplements, en manipulant la taille de portée, et en comparant des femelles ovipares à des femelles vivipares. Ces études ont mis en évidence, selon le contexte, des effets de la gestation sur le système immunitaire, sur le comportement de thermorégulation, sur l'endurance, et sur la perte de poids des femelles ; mais pas d'effet sur leur survie après la mise bas. L'étude comparative a montré que les coûts de la reproduction sont plus importants pour les femelles ovipares que les vivipares avant la gestation. Par ailleurs, la gestation est une période non seulement associée à des coûts mais aussi à des effets maternels. J'ai montré que la croissance des jeunes après la naissance dépend de la taille de portée pendant la gestation. Cependant, comme c'est souvent le cas, le mécanisme de cet effet maternel n'est pas connu. Afin de mettre en évidence les facteurs à l'origine des effets maternels, j'ai développé une approche expérimentale qui repose sur l'incubation in vitro d'embryons de lézards vivipares. Les résultats préliminaires sont prometteurs étant donné que ce processus permet d'obtenir des jeunes vivants. Finalement, j'ai montré l'existence d'effets de l'âge grand-maternel chez les lézards vivipares. Il s'agit de la première mise en évidence d'effets de l'âge grand-maternel en populations naturelles.

Les différents facteurs que sont l'environnement, l'héritabilité et la stochasticité contribuent au développement d'individus différents à partir d'une information génétique donnée. Cette variabilité phénotypique modifie l'action de la sélection naturelle sur la variabilité génétique. Un fil conducteur de ce travail est l'étude de l'impact de la variabilité phénotypique sur les dynamiques d'adaptation. Le premier chapitre expose la conception d'une expérience d'évolution de Escherichia coli dans un environnement structuré. Le trait sélectionné est la resistance aux hautes températures. En particulier, nous étudions les effets de la température sur le chimiotactisme ainsi que l'impact de l'acclimatation sur la croissance et la survie à haute température. Le deuxième chapitre porte sur la réalisation d'un dispositif de mesure de population microbienne à basse concentration. Cette mesure est continue et non invasive et sa limite de détection varie selon l'espèce. Pour l'espèce modèle Escherichia ecoli, la limite est environ 5000/mL soit une amélioration d'un facteur 100 par rapport à la photométrie classique. Dans le troisième chapitre, nous étudions la distribution de la pyoverdine entre les individus d'une population clonale de Pseudomonas aeruginosa. La variabilité de la concentration de ce sidérophore considéré comme un "bien commun'' est beaucoup plus grande que celle attendue et ne peut être expliquée en terme de répartition spatiale ou d'héritabilité. Après avoir caractérisé des fluctuations rapides de la concentration en pyoverdine, nous proposons un modèle de switch phénotypique dans le métabolisme de la pyoverdine qui est en très bonne adéquation avec les observations.

Durant cette thèse, nous avons cherché à (1) déterminer le rôle du climat et de facteurs biotiques associés à celui-ci dans la sélection d'adaptations locales chez des parasitoides de drosophiles (2) comprendre comment la plasticité phénotypique des traits d'histoire de vie a évolué en réponse à l'environnement et aux stratégies de maturation de ces organismes. Contrairement aux consommateurs primaires pour lesquels la température d'origine affecte directement l'évolution des histoires de vie, il semblerait que les facteurs biotiques dépendants du climat comme la distribution des hôtes et la compétition interspécifique soient le moteur principal de la sélection naturelle chez les parasitoides. La distribution des hôtes expliquerait les très fortes variations géographiques observées sur des échelles fines, comme l'existence de populations proovogéniques ou synovogéniques au sein d'une même espèce, ainsi que de populations capables ou non de lipogenèse à l'age adulte. Cette dernière variation aurait notamment affecté les compromis entre traits et l'évolution du taux de métabolisme. La force de la plasticité phénotypique présente également de fortes variations géographiques. Celles-ci peuvent être attribuées à la variabilité de l'environnement d'origine et non aux histoires de vie des organismes. Prédire l'évolution des parasitoides en réponse au réchauffement global nécessite donc d'intégrer non pas seulement un effet direct du climat, mais également les facteurs biotiques et la variabilité environnementale associés au climat.

La diversification des signaux aposématiques dans un cadre de mimétisme müllérien est un phénomène intrigant. Alors que la théorie relative à l'aposématisme et au mimétisme suggère l'évolution vers un signal aposématique unique, d'impressionnantes variations peuvent être observées entre les populations, et cela à petite échelle spatiale. Il a été supposé que la variation spatiale des pressions de sélection engendrées par différents prédateurs puisse être à l'origine de ce phénomène. Afin de tester cette hypothèse, nous avons étudié la transition entre deux systèmes géographiques caractérisés par des patrons aposématiques distincts chez des grenouilles mimétiques et toxiques du nord du Pérou (Dendrobatidae) en combinant les outils de génétique des populations aux outils écologiques. Dans chacun de ces systèmes, Ranitomeya imitator vit en sympatrie avec R. ventrimaculata ou R. variabilis. Il s'agit du principal exemple empirique suggérant que dans un cadre de mimétisme müllérien, il n'y a pas convergence des signaux aposématiques des deux espèces, mais plutôt convergence unidirectionnelle où R. imitator, étant polymorphe, imite des espèces monomorphes avec lesquelles elle est sympatrique. Premièrement, les résultats réfutent les prémisses qui suggèrent que R. imitator converge vers le signal aposématique d’une autre espèce. La haute similarité génétique entre les espèces modèles suggère qu'elles ont divergé plus récemment que les populations de R. imitator ou qu'elles sont encore connectées par du flux génique. Ces résultats indiquent que ces espèces ont été identifiées à tort comme des espèces différentes. De fait, l'identification de l'espèce imitatrice basée sur la variabilité phénotypique est invalidée dans ce système puisque R. imitator et R. variabilis/ventrimaculata démontrent la même variabilité. Deuxièmement, nos résultats démontrent que la prédation varie spatialement, autant en intensité qu'en direction, créant ainsi un paysage hétérogène de pressions de sélection. Ainsi, de fortes pressions de prédation stabilisatrice permettent le maintien de l'organisation géographique de différents signaux aposématiques et expliquent l'uniformité de ces signaux ainsi que les relations mimétiques. Par contre, le relâchement temporaire des pressions de prédation permet l'apparition de nouveaux phénotypes aposématiques via les processus évolutifs neutres, conduisant à un haut polymorphisme au niveau de ces populations. L'interaction de ces modes sélectifs nous a permis de démontrer pour la première fois comment la théorie évolutive de Wright (shifting balance theory) permet la diversification adaptative dans un système naturel. Pour conclure, cette étude a permis de mettre en évidence à quel point les systèmes de mimétisme müllérien peuvent être dynamiques. L'alternance spatiale entre les processus évolutifs neutres et la sélection naturelle permet l'émergence de nouveaux phénotypes aposématiques à une échelle locale, ainsi que l'apparition d'une organisation géographique des signaux d'avertissement et des relations de mimétisme müllérien. / The diversification of aposematic signals in Müllerian mimicry systems is a puzzling phenomenon. Although aposematism and mimicry are expected to promote uniformity in warning signals, impressive variations may be observed among populations at relatively small spatial scales. It has been suggested that spatial variation in selective pressures caused by predators might be responsible for this phenomenon. In order to test this hypothesis, we studied the transition in the aposematic signals of the mimetic poison-dart frogs of Northern Peru (Dendrobatidae) between two geographical systems characterized by distinct aposematic signals. This was done by combining population genetics and ecological tools. In both systems, Ranitomeya imitator is sympatric with either R. ventrimaculata or R. variabilis. This system is recognized as a rare example in support of the hypothesis for advergence: R. imitator, which is polymorphic, is believed to mimic distinct sympatric monomorphic model species. However, our results do not support the hypothesis for advergence of the aposematic signals by R. imitator. The genetic similarity between the model species suggests that they have diverged more recently than R. imitator populations or that they are still connected by gene flow. These results indicate that these species were misidentified as being different species. As such, the identification of the mimetic species based on phenotypic variability is invalidated in this system, since R. imitator is as variable as R. variabilis/ventrimaculata. Also, our results demonstrate that predation pressure is spatially variable, in both intensity and direction, thus creating a heterogeneous selective landscape. As such, strong and directed stabilizing selective pressures maintain the geographic organisation of aposematic signals and explain phenotypic uniformity and mimetic relationships. Relaxation of these selective pressures enables for the appearance of novel aposematic phenotypes and promotes high phenotypic variability via neutral evolutionary processes. The interaction between these selective regimes has enabled us to demonstrate, and this for the first time, how the Wright’s shifting balance theory of evolution may promote adaptive diversification in a natural system. In conclusion, this study highlights just how dynamic Müllerian mimicry systems can be. The interplay between neutral evolutionary processes and natural selection enables for the predominance of novel aposematic phenotypes at a local scale, and the geographical organisation of warning signals and Müllerian relationships.

L’étude qualitative et quantitative du mode de développement des plantes envahissantes est actuellement considérée comme une étape clef dans la compréhension des phénomènes d’invasion. L’objectif de ce travail est de préciser les relations qui existent entre la structure architecturale des buissons et leur caractère proliférant. Nous avons sélectionné cinq espèces buissonnantes (Cornus sericea L., Cornaceae ; Prunus virginiana L., Rosaceae ; Rhamnus cathartica L., Rhamnaceae ; Rhus typhina L., Anacardiaceae ; Zanthoxylum americanum Mill., Rutaceae) qui sont connues pour leur aptitude à bloquer la succession végétale sous certaines conditions au Sud du Québec (Canada). L’analyse architecturale a permis chez ces espèces de caractériser les unités structurelles et leurs modifications ontogéniques. Ces modifications ontogéniques doivent être prise en compte afin d’obtenir une description complète de la plasticité phénotypique chez ces espèces. L’analyse des différentes unités structurelles révèle qu’elles ne possèdent pas la même signification fonctionnelle : les niveaux d’organisation les plus grands sont responsables majoritairement des capacités de plasticité phénotypique de la plante et de sa compétition. Ces analyses ont abouti à la définition de trois stratégies architecturales correspondant à des comportements individuels et qui sont également pertinentes pour expliquer la prolifération des populations. / Qualitative and quantitative studies of the pattern of invasive plant development is now considered a key aspect in understanding invasiveness. This work was performed to determine relationships between shrub architectural plasticity and proliferating behaviour. We selected five shrub species (Cornus sericea L., Cornaceae ; Prunus virginiana L., Rosaceae ; Rhamnus cathartica L., Rhamnaceae ; Rhus typhina L., Anacardiaceae ; Zanthoxylum americanum Mill., Rutaceae) known to arrest plant succession under certain conditions in Southern Québec, Canada. Architectural analysis revealed species’ structural units and their ontogenic changes. These ontogenic changes need to be calibrated if a full description of phenotypic plasticity is to be obtained. Analysis of the plant structural units reveals that they are of different functional significance: the higher the level of organization, the greater the capacity for phenotypic plasticity and competition. We defined three architectural strategies related to individual behaviours and which can relevantly explain the population proliferation of shrubs. / Réalisé en cotutelle avec l'Université Montpellier II

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Le "coût de la reproduction" est un concept qui définit qu'un investissement à la reproduction élevé a un prix qui se paye ultérieurement par une accélération de la sénescence. Cela peut notamment traduire des compromis entre la reproduction et d'autres fonctions physiologiques comme la défense antioxydante. Chez l'huître creuse Crassostrea gigas, la reproduction représente une fonction physiologique majeure. Dans le cadre des études effectuées pour comprendre les mortalités estivales affectant cette espèce, une corrélation négative entre effort reproducteur et survie a été observée. D'autre part, des gènes antioxydants ont été mis en évidence comme différentiellement exprimés entre les lignées d'huîtres sélectionnées pour leur résistance ou leur sensibilité aux mortalités estivales. Certaines études proposent que la susceptibilité au stress oxydant puisse représenter un coût de la reproduction participant au processus de sénescence. Dans ce contexte, nous avons analysé la capacité antioxydante des huîtres en fonction de leur investissement reproducteur. Pour cela, la technique d'ARN interférence a été utilisée pour manipuler l'effort reproducteur des huîtres. L'expression des principales enzymes antioxydantes (taux de transcrits et activités enzymatiques) et le dosage de dommages oxydatifs ont ensuite été mesurés dans différents tissus et cellules de l'organisme (branchies, gonade, hémocytes et gamètes). Les résultats obtenus dans le cadre de cette thèse suggèrent que la capacité antioxydante de C. gigas est particulièrement efficace et que la reproduction seule n'est pas suffisante pour induire un stress oxydant. Cette capacité antioxydante apparaît comme tissu-spécifique voire cellule-spécifique et le métabolisme du glutathion semble jouer un rôle majeur dans cette protection. Cette grande résistance au stress oxydant contribuerait à faire de C. gigas une espèce particulièrement adaptée à la vie dans des environnements stressants.

La forte variation climatique, notamment de la température qui est associée à la distribution altitudinale de certains peuplements d'arbres forestiers peut induire des pressions de sélection divergentes favorisant l'expression de phénotypes différents en fonction de l'altitude. Cette thèse a pour objectif de déterminer si des adaptations locales existent et peuvent être mises en évidence dans un peuplement de mélèze (Larix decidua Mill.) distribué le long d'un gradient altitudinal situé dans les Alpes françaises, à proximité de Briançon. Quatre placettes d'environ 200 mélèzes ont été délimitées à 2300 m, 2000 m, 1700 m et 1350 m d'altitude le long de ce gradient. Une variabilité phénotypique significative a été observée entre ces niveaux altitudinaux pour la plupart des caractères étudiés : circonférence, hauteur de l'arbre, pourcentage d'aubier ainsi que pour toutes les variables microdensitométriques de cernes sauf une (la largeur de cerne). Une analyse de génétique des populations utilisant des marqueurs microsatellites a mis en évidence une faible influence de la dérive génétique sur la diversité génétique et une forte intensité de flux de gènes entre les différents niveaux altitudinaux étudiés. La différenciation génétique inter-altitudes a été estimée à l'aide d'une approche in-situ basée sur les données phénotypiques seules (PST) et comparée à la différenciation observée à l'aide des marqueurs microsatellites (FST). Cette analyse indique que l'hypothèse d'adaptations locales avec l'altitude peut être raisonnablement avancée pour les caractères de hauteur, circonférence, pourcentage d'aubier et densité du bois initial. Au contraire, l'adaptation locale n'apparait pas comme une hypothèse acceptable pour les caractères de largeur de cerne, surface de cerne, largeur du bois final et densité du bois final.