Les aires actuelles de distribution de deux espèces de pin de la forêt boréale nord-américaine, le pin gris (Pinus banksiana Lamb.) et le pin tordu (Pinus contorta Dougl. ex. Loud), étaient presque entièrement recouvertes par la calotte de glace au moment du dernier maximum glaciaire, il y a 21 000 ans. Afin d’élucider l’histoire glaciaire et postglaciaire de ces deux espèces, la distribution géographique de la variabilité génétique a été étudiée à l’aide de marqueurs de l’ADN mitochondrial (ADNmt) et de l’ADN chloroplastique (ADNcp). L’étude de la diversité génétique de l’ADNmt a permis de détecter une structure géographique forte pour chacune de ces deux espèces. Aussi, trois lignées glaciaires, probablement représentatives d’autant de refuges glaciaires génétiquement distincts ont été identifiées pour le pin gris. Pour les deux sous-espèces principales du pin tordu, contorta et latifolia, respectivement deux et possiblement trois refuges distincts ont été inférés. L’utilisation de ces marqueurs de l’ADNmt a mis en évidence l’implication de plusieurs chaînes de montagnes comme facteurs de vicariance pour ces deux espèces au cours de la glaciation. De larges zones de contacts secondaires, issues de la rencontre des fronts de migration ont aussi été identifiées, dans le centre du Québec pour le pin gris et dans le centre et le nord de la Colombie-Britannique pour le pin tordu. En comparaison, l’utilisation de marqueurs microsatellites de l’ADNcp n’a pas permis de détecter une structure des populations comparable à ce qui avait été obtenu avec l’ADNmt chez le pin gris, une conséquence de l’effet homogénéisateur du flux génique provenant du pollen. Enfin, l’utilisation de marqueurs issus des deux génomes cytoplasmiques a permis d’étudier les patrons d’introgression entre les deux espèces qui s’hybrident dans l’ouest de l’Alberta. La distribution atypique de la diversité génétique de l’ADNmt a révélé une expansion postglaciaire du pin tordu jusqu’au centre du Canada, suivie d’un déplacement de l’espèce par le pin gris. De plus, l’association significative détectée entre l’identité de l’ADNcp des arbres de la zone hybride et leur morphologie et les caractéristiques écologiques des sites a mis en évidence l’effet tampon du flux du pollen provenant des peuplements environnants dans la limitation de l’introgression récente entre les deux espèces. / The contemporary natural ranges of lodgepole (Pinus contorta Dougl. Ex. Loud) and jack pines (Pinus banksiana Lamb.) were almost entirely covered by ice sheets at the last glacial maximum, 21 000 years ago. To better understand the impact of this last glacial episode on these North American boreal pines, the analysis of their genetic diversity was conducted using markers from both mitochondrial DNA (mtDNA) and chloroplast DNA (cpDNA). A strong geographical structure of mtDNA genetic diversity was detected for both species. Three glacial lineages, presumably representative of as much genetically distinct refugia, were inferred for jack pine. Concerning the two principal subspecies of lodgepole pine, contorta and latifolia, respectively two and possibly three distinct glacial refugia were proposed. These mtDNA results indicated the significant role of vicariance played by several mountain ranges on both species during the last glaciation. Larges zones of secondary contacts, resulting from the meeting of migration fronts, were also identified: in central Québec for jack pine and in central and northern British Columbia for lodgepole pine. The analysis of the cpDNA diversity of jack pine revealed no geographical structure, a possible consequence of the homogenizing effect of pollen gene flow. Finally, introgression patterns between the two species, which hybridize in western Alberta, were studied using markers from both cytoplasmic genomes. The atypical distribution of mtDNA diversity revealed an early post-glacial expansion of lodgepole pine all the way into central Canada, followed by range displacement by jack pine. Moreover, a significant association between the cpDNA identity of trees and their morphological attributes as well as ecological site characteristics was detected in stands of the hybrid zone, indicating the buffer effect of pollen gene flow from surrounding stands on limiting recent introgression between the two species.

Titre de l'écran-titre (visionné le 15 décembre 2023) / Les forêts, les agents pathogènes et leurs interactions sont de plus en plus affectés par des facteurs liés au changement climatique et à la mondialisation. Ces changements influencent la répartition géographique des agents pathogènes, la gravité de leurs dommages et les impacts de leurs origines indigènes ou invasives. Dothistroma septosporum est un champignon ascomycète présent sur plusieurs continents (Europe, Afrique, Amériques); cet agent pathogène était auparavant considéré comme étant endémique sur les pins dans l'ouest de l'Amérique du Nord. Des épidémies récentes de cette maladie dans l'hémisphère nord ont été observées et semblent être directement liées au changement climatique, qui favorise la propagation de l'agent pathogène et la gravité de la maladie. Par conséquent, l'expansion des connaissances quantitatives sur la façon dont le changement climatique entraîne le développement de D. septosporum est cruciale. Dans le premier chapitre, nous analysons les gènes différentiellement exprimés de D. septosporum au cours de l'infection et comparons les interactions sensibles et tolérantes avec son hôte, Pinus contorta. On a inoculé D. septosporum à des individus de P. contorta et des échantillons du tissu infecté ont été prélevés au cours des stades précoce, moyen et tardif de l'infection. L'expression de gènes différentiellement exprimés a été comparée entre les hôtes sensibles et tolérants à la maladie. Nous avons identifié de nombreux gènes candidats qui sont différentiellement exprimés, dont ceux qui jouent un rôle dans la virulence, notamment de nombreux gènes encodant des transporteurs, facteurs de transcription et CAZymes. Ces gènes ont également été précédemment observés dans d'autres interactions pathogènes. Pour le chapitre deux, nous avons identifié les gènes et les SNPs liés à la croissance de D. septosporum à différentes températures à l'aide d'une analyse d'association à l'échelle du génome (GWA). La croissance de chaque isolat de D. septosporum provenant de l'ouest de l'Amérique du Nord a été mesurée sur une gélose à l'extrait de malt à 3 % pendant 5 semaines et le taux de croissance calculé. La contribution des SNPs a été évaluée par une analyse de régression avec un modèle linéaire. Nous avons identifié des gènes d'intérêt, associés au taux de croissance; les produits de ces gènes sont dans des classes bien connues, comme des transporteurs et la régulation du métabolisme. Les gènes candidats identifiés par GWA qui jouaient un rôle dans la croissance étaient plus répandus à des températures plus élevées (20ºC et 25ºC) en raison du meilleur ajustement des modèles par rapport à 15ºC. Une population « à risque » recueillie à Vancouver, en Colombie-Britannique, qui a un génotypage européen, a été identifiée à partir des données phénotypiques. La population de Vancouver surpasse les autres populations à toutes les températures de 15ºC, 20ºC et 25ºC. Enfin, le chapitre trois utilise des modèles de distribution des espèces (SDM) pour projeter la probabilité de propagation de D. septosporum selon plusieurs scénarios de changement climatique. La méthode « Ensemble » a été utilisée pour prendre en compte plusieurs modèles uniques, ce qui augmente la puissance de prédiction. Les données d'occurrence de l'agent pathogène ont été divisées en deux populations génétiquement distinctes, représentant les populations côtières et intérieures de l'ouest de l'Amérique du Nord. La population côtière a montré une plus grande probabilité de propagation par rapport à son homologue de l'intérieur, mais les deux semblent augmenter avec le temps et se déplacer vers le sud-est sous les climats futurs. Dans l'ensemble, les cartes de prédiction des distributions futures ont montré une augmentation de la superficie totale pour les deux populations au milieu et à la fin du siècle, 2050 et 2100, respectivement. / Forests, pathogens, and their interactions are increasingly affected by factors related to climate change and globalization. These changes are influencing geographical distribution of pathogens, the severity of their damages and the impacts that pathogens have on their native or invasive ranges. Dothistroma septosporum is an ascomycete fungus that is endemic on pines in Western North America and a pathogen with worldwide distribution. Recent outbreaks of this disease in the Northern hemisphere have been observed and appear to be directly linked to the changing climate, which aids the spread and severity of the pathogen. Therefore, the expansion of quantitative knowledge on how climate change drives the development D. septosporum is crucial. In the first chapter, we analyse differentially expressed genes of D. septosporum during infection and compare both susceptible and tolerant interactions with its host, Pinus contorta. Susceptible and tolerant P. contorta were artificially inoculated with D. septosporum and samples of the infected tissue were collected during its early, middle, and late stages of infection. The expression of differentially expressed genes for susceptible hosts were analysed at each time point and further investigated. We identified many candidate genes that play a role in virulence, including many transporters, transcription factors, and CAZymes. These genes have also been previously observed in other pathogenic interactions. For Chapter Two, we use genome-wide association (GWA) analysis to identify genes and SNPs related to growth of D. septosporum at three different temperatures: 15ºC, 20ºC and 25ºC. We monitored the growth of D. septosporum isolates from across Western North America on 3% malt extract agar for 5 weeks and extracted the growth rate by fitting the observations on a linear model. A « risk » population collected from Vancouver, BC, which has a European genotyping, was identified from the phenotypic data. The Vancouver population outperforms other populations at all three temperatures tested. The GWA showed that candidate genes involved in growth were more prevalent at higher temperatures (20oC and 25ºC) compared to 15ºC. These candidate genes include transporters and genes involved with regulation of metabolism. Finally, Chapter Three discusses our use of species distribution models (SDM) to project the likelihood of D. septosporum spread under several climate change scenarios. Ensemble forecasting techniques were used as opposed to single models to improve prediction power. Occurrence data of the pathogen was divided into two genetically distinct populations, representing the coastal and interior populations of Western North America. The coastal population showed a higher likelihood.

La présente étude décrit la diversité des communautés de champignons ectomycorhiziens (ECM) sur deux sites après coupe à blanc en Alberta (Canada). Ces sites ont été reboisés artificiellement en 1998 avec de jeunes semis de conifères (Picea glauca, Picea mariana et Pinus contorta var. latifolia). Ces derniers avaient été inoculés au cours de leur production en pépinière avec six espèces de champignons ECM (Hebeloma longicaudum, Laccaria bicolor, Paxillus involutus, Pisolithus tinctorius, Rhizopogon vinicolor et Suillus tomentosus). Pour étudier les communautés fongiques ainsi que la persistance des souches ECM introduites et rendre compte de leur influence sur les communautés indigènes, cinq et six années après leur introduction, les champignons ont été identifiés au moyen de techniques de biologie moléculaire (ITS-RFLP et séquençage). Au total, 11 et 13 taxons de champignons ectomycorhiziens ont été respectivement identifiés sur les deux sites. Les communautés fongiques ECM des sites étaient dominées par des espèces caractéristiques des sites coupés à blanc et des pépinières. Parmi les six espèces ECM inoculées, seul L. bicolor a été retrouvé sur l'un des deux sites. Grâce à six marqueurs microsatellites développés à partir de la souche de L. bicolor utilisée dans cette expérience, la persistance de celle-ci sur les semis transplantés a pu être confirmée.