Les éléments transposables (ET) sont une source majeure de variation génétique, ce qui leur confère un rôle essentiel dans l’évolution des génomes. Certes présents dans tous les génomes analysés à ce jour, leurs proportions sont fortement variables entre espèces et aussi entre populations, suggérant une relation unique entre génome hôte et ET. Grâce à un système modèle composé de populations naturelles de deux espèces proches (Drosophila melanogaster et D. simulans) avec des quantités différentes en ET, nous avons pu comparer les relations génome hôte/ET. Nous nous sommes particulièrement interessés à l’élément helena qui, chez D. simulans, montre une activité faible, malgré un nombre de copies élevé.Cette activité moindre est associée à de nombreuses délétions internes des copies, suggérant un mécanisme de régulation d’ET par des délétions de l’ADN. Un autre système de régulation de l’activité des ET utilise le contrôle épigénétique, ce qui permet le maintien des copies d’ET dans le génome mais un blocage de leur activité. Le remodelage de la chromatine est un système épigénétique bien décrit chez la drosophile. Les régions chromatiniennes des génomes sont associées à différents types de modifications d’histone. Nous avons mis en évidence, dans des populations de D. melanogaster et D. simulans, une variation conséquente de modifications d’histones de type hétérochromatique, H3K27me3 et H3K9me2, associées àdes copies de différents ET. De plus, nous avons décrit des populations chez D. simulans dites déréprimées, chez lesquelles certains éléments sont surexprimés et présentent des localisations probablement hétéchromatiques. Les ET sont donc contrôlés par le génome hôte par des délétions internes et probablement par un système épigénétique variable. De plus, dans certaines populations, des copies peuvent échapper à ce contrôle et envahir le génome. Les ET sont donc des grands créateurs de variabilité génétique mais permettent aussi une territorialisation chromatinienne du génome car ils portent des modifications épigénétiques précises et sont capables de les étendre à leurs environnements génomiques. Ceci leur confére la fonction "d'épigénétique mobile". / Transposable elements (TEs) are one major force of genome evolution thanks to theirability to create genetic variation. TEs are ubiquitous and their proportion is variable between species and also populations, suggesting that a tight relationship exists between genomes and TEs. The model system composed of the natural populations of the twin sisters Drosophila melanogaster and D. simulans is interesting to compare host/TE relationship, since both species harbour different amounts of TE copies. The helena element is nearly silenced in D.simulans natural populations despite a very high copy number. Such repression is associated to abundant internally deleted copies suggesting a regulatory mechanism of TEs based on DNA deletion. Another pathway of TE regulation is through epigenetics where the host genome is able to keep intact the DNA sequences of TEs and still silence their activities.Chromatin remodelling is well known in drosophila and specific histone modifications can be associated to specific chromatin domains. We observed an important variation on H3K27me3and H3K9me2, two heterochromatic marks, on TE copies in D. melanogaster and D. simulans natural populations. Also, we show that derepressed lines of D. simulans exist for specific elements, have high TE transcription rates and are highly associated to non constitutive heterochromatic marks. TEs are therefore controlled by the host genome through DNA deletion and a possible chromatin remodelling mechanism. Not only genetic variability is enhanced by TEs but also epigenetic variability, allowing the host genome to be partitioned into chromatin domains. TEs are therefore mandatory to gene network regulation through their ability of “jumping epigenetics”.

La méthylation de l'ADN et les modifications post-traductionnelles des histones sont desmodifications épigénétiques qui interviennent dans la régulation des éléments transposables(ET) chez de nombreuses espèces. La proportion des ET dans les génomes varie selon lesespèces considérées et pose la question des mécanismes de régulation de ces ET. Au sein del'espèce Drosophila simulans, les populations naturelles présentent un polymorphisme uniquedans le nombre de copies des ET, ce qui en fait un excellent modèle pour étudier cettequestion. L'étude de la méthylation d'ADN et des modifications post-traductionnelles deshistones associées au rétrotransposon à LTR tirant dans la lignée germinale des populationsnaturelles a permis de montrer l'influence d'une copie d'ET sur la structure de la chromatineau site d'insertion. Dans un second volet, nous avons cherché à caractériser la méthylation del'ADN chez la drosophile, chez laquelle la fonction est encore mal connue. Nous avons, pardes approches spécifiques et globales, mesuré l'abondance de cette marque épigénétique chezla drosophile. Nous concluons que les taux de méthylation de l'ADN sont très faibles maisvariables entre espèces. Notre travail n'a pas permis de mettre en évidence un rôle de laméthylation de l'ADN dans le contrôle des ET, toutefois, nous ne pouvons pas exclure cesystème de régulation.

Les mutations sont à l'origine des nombreux "variants" présents dans les populations naturelles. Les variants adaptatifs sont propagés par sélection naturelle. Cependant, une mutation bénéfique sur un trait peut affecter négativement d’autres traits (coût sélectif): un compromis émerge alors entre les avantages et les coûts qu’elle induit. Cette thèse vise à comprendre comment des modifications de l’environnement peuvent affecter les compromis évolutifs de différents types de mutations adaptatives (substitutions, duplications hétérogènes, amplifications). Chez les moustiques, l’utilisation d’insecticides organophosphorés (OPs) et carbamates (CXs) a sélectionné trois réponses adaptatives majeures : une amplification de gènes au locus Ester (codant pour des enzymes détoxicantes), une substitution au locus ace-1 (codant pour la cible des insecticides), et des duplications associant une copie sensible et une copie résistante du locus ace-1. Un premier axe de ma thèse a été de mieux comprendre le rôle de ces duplications hétérogènes (qui associent deux copies divergentes d’un même gène) dans l’adaptation. En caractérisant leurs compromis évolutifs nous avons montré qu'elles confèrent un phénotype proche de celui d’hétérozygotes standards. Toutefois, l’étude de leur distribution mondiale et des analyses en laboratoire ont révélé que ces duplications, avantageuses à l’état hétérozygote, sont majoritairement sublétales à l’état homozygote. Le second axe de cette thèse a été l’étude de l’influence des variations de pression de sélection sur la dynamique des allèles adaptatifs. Une étude d’évolution expérimentale a montré que des pressions de sélection intermédiaires pouvaient générer des situations de superdominance au locus ace-1, favorables à la sélection de duplications hétérogènes. Par ailleurs, l’analyse d’échantillons montpelliérains récoltés sur une trentaine d’années nous a permis de relier quantitativement les variations de la pression de sélection et les variations de la valeur sélective des différents allèles du locus Ester. Enfin, l’étude de trois zones géographiques (Mayotte, Martinique, et Montpellier) a permis de montrer que les différentes adaptations ne répondaient pas de la même façon à une modification environnementale majeure liée au retrait de la pression de sélection (interdiction des OPs et CXs en 2007) : alors que les allèles de résistance du locus ace-1 tendent à disparaitre, ceux du locus Ester se maintiennent en fréquence non négligeable dans les populations naturelles. / Mutations are the origin of the many "variants" present in natural populations. Adaptive variants are propagated by natural selection. However a mutation beneficial for a trait can negatively affect other traits (selective cost): a trade-off thus emerges between the benefits and the costs it induces. This PhD aimed at understanding how environmental changes could affect the evolutionary trade-offs of various types of adaptive mutations (substitutions, heterogeneous duplications, amplifications). In mosquitoes, organophosphate (OPs) and carbamates (CXs) insecticides usage has selected three major adaptive responses: gene amplifications at the Ester locus (encoding detoxifying enzymes), a substitution at the ace-1 locus (encoding the target of the insecticides), and gene duplications pairing susceptible and resistance ace-1 copies. The first axis of my PhD aimed at understanding the role of these heterogeneous duplications (combining two different copies of the same gene) in adaptation. Characterizing their evolutionary trade-offs, we showed that they confer a phenotype similar to standard heterozygotes. However, the study of their worldwide distribution and laboratory analyzes showed that these duplications, advantageous at the heterozygous state, are mostly sublethal when homozygous. The second axis of this PhD was the study of the impact of selection pressure variations on the dynamics of adaptive alleles. An experimental evolution study showed that intermediate selective pressures could generate overdominance situations at the ace-1 locus, promoting the selection of heterogeneous duplications. Furthermore, analyzing Montpellier samples collected over a 27 years period allowed us establishing the quantitative relationship between selective pressure variations and fitness variations for the different Ester resistance alleles. Finally, by studying three different geographical areas (Mayotte and Martinique islands and Montpellier) we showed that the various adaptations were not responding similarly to a major environmental change resulting from the selection pressure withdrawal (OPs and CXs were banned in 2007): while the ace-1 locus resistance alleles tended to disappear, those of the Ester locus remained at a significant frequency in natural populations.

Comme ils conduisent à des modifications de sensibilité toxicologique et de traits d'histoire de vie au sein des populations naturelles exposées, les phénomènes d'adaptation à la contamination questionnent la pertinence de l'évaluation du risque environnemental lié au rejet de contaminants chimiques et sont devenus un champ de recherche important à développer en écotoxicologie. Centrés sur l'étude des capacités d'adaptation de l'amphipode d'eau douce Gammarus fossarum, les travaux présentés ici ont eu pour objectif d'avancer dans la compréhension des effets d'une exposition à long terme au cadmium à l'échelle populationnelle et en milieu naturel. En recourant à des méthodologies de biomonitoring par encagement, de culture et d'exposition au laboratoire et de suivi démographique in situ, une démarche couplant études a priori et rétrospectives sur populations naturelles, a permis d'identifier un phénomène d'augmentation de la tolérance et de modification de traits d'histoire de vie chez une population exposée historiquement au cadmium. Des approches de génétique quantitative conduites sur trois populations ont dans un deuxième temps mis en évidence (1) une faible héritabilité de la sensibilité au cadmium au sein de populations naïves ; et (2) un rôle majeur des effets parentaux induits par l'exposition comme mécanisme populationnel soutenant l'évolution de la tolérance chez cette espèce. Enfin, la caractérisation de la variabilité de la sensibilité au cadmium au sein du genre Gammarus (dix-sept populations) et la mise en regard de la divergence de la population tolérante vis-à-vis de cette variabilité, ont permis de discuter des implications de ces processus évolutifs induits par des expositions environnementales pour l'évaluation du risque lié aux substances chimiques. Ainsi, il apparaît nécessaire de prendre en compte les réponses adaptatives induites par la contamination des milieux comme source de variabilité et d'incertitude afin de proposer une évaluation du risque pertinente intégrant pleinement l'ensemble des impacts des contaminations environnementales sur les populations naturelles / Because they lead to changes in toxicological sensitivities and life history traits within field populations, evolutionary processes supporting adaptation to contamination challenge the relevance of environmental risk assessment of chemical contaminants. Hence their study becomes an important developing field of research in ecotoxicology. Focusing on the study of adaptive capacity of the freshwater amphipod Gammarus fossarum, this work aimed to gain insight into the effects of long term exposure to cadmium at the population scale in the field. By means of biomonitoring methodologies (caging), population demographic sampling, culture and exposure in the laboratory we identified a phenomenon of increased tolerance and modification of life history traits in a natural population historically exposed to cadmium. Quantitative genetics experiments conducted on three populations secondly demonstrated (1) a low heritability of sensitivity to cadmium in naïve populations ; and (2) a major role of parental effects induced by exposure as populational mechanism supporting the development of tolerance in this species. Finally, the characterization of the variability of cadmium sensitivity in the genus Gammarus (seventeen populations), and the analysis of the divergence of the tolerant population in comparison to this variability led us to discuss about the implications of these evolutionary processes induced by environmental exposure for risk assessment of chemicals. Thus, from these results it appears necessary to take into account adaptive responses induced by environmental contamination as a source of variability and uncertainty in order to provide a relevant risk assessment fully integrating all the impacts of environmental contamination on natural populations

Les téosintes Zea mays ssp. parviglumis et ssp. mexicana sont les apparentés sauvages les plus proches du maïs cultivé. Elles occupent au Mexique des niches écologiques distinctes bien délimitées par l’altitude. Zea mays ssp. parviglumis pousse dans des environnements chauds et humides situés à moins de 1800m d’altitude, tandis que Zea mays ssp mexicana pousse dans des environnements plus secs et froids (au-dessus de 1800m). Nous nous sommes intéressés aux bases génétiques de l’adaptation locale des téosintes à l’altitude. Dans ce but, 37 populations ont été échantillonnées le long de deux gradients altitudinaux, utilisés comme réplicats biologiques. Deux populations extrêmes de chaque gradient ainsi que deux populations de moyenne altitude de chaque sous-espèce du gradient 1 ont été séquencées à faible profondeur afin de découvrir des polymorphismes dont les fréquences alléliques sont contrastées entre les extrêmes tout en contrôlant pour la différenciation entre les sous-espèces. A partir de méthodes de détection de la sélection intra- et inter-populationnelle, des locus candidats ont été détectés. Une revue bibliographique a permis d’établir des correspondances entre nos candidats et des régions précédemment décrites pour leurs effets phénotypiques sur des caractères adaptatifs. Nous montrons ainsi un rôle important des interactions sol-plante et de la pilosité des feuilles dans l’adaptation à l’altitude. Pour valider certains de nos candidats, 270 polymorphismes ont été génotypés sur les 37 populations afin de réaliser des études de clines de fréquence. Parallèlement, nous avons mis en œuvre un dispositif de caractérisation phénotypique (2 lieux x 2 années) afin de tester l’association entre ces polymorphismes et 18 caractères mesurés en champ. Nous discutons des apports méthodologiques de notre étude aussi bien du point de vue des technologies haut débit que de la détection de la sélection. Notre dispositif devra être pleinement exploité pour valider nos candidats. Les perspectives incluent la poursuite de l’étude sur d’autres types de polymorphismes ainsi qu’un suivi temporel des populations. / Teosintes Zea mays ssp parviglumis (parviglumis) and Zea mays ssp mexicana (mexicana) are the closest wild relatives of cultivated maize. They occupy distinct ecological niches in Mexico, well separated by altitude. Zea mays ssp. parviglumis encountered below 1800m grows in wet and warm conditions, while mexicana grows in drier and colder climates (above 1800m). In order to investigate the genetic bases of local adaptation to altitude, we sampled 37 populations along two altitudinal gradients. We sequenced the two most extreme populations of each gradient as well as two intermediate populations - one from each subspecies along gradient 1. We searched for polymorphisms with contrasted allele frequencies between the extremes while accounting for subspecies differentiation. Using both inter- and intra- population methods we identified several candidate loci. Based on a literature review, we confronted them with regions previously described as involved in phenotypic variation of adaptive traits. Our results highlight the role of plant-soil interactions and leaves hairiness in the adaptation to altitude. To validate further a subset of 270 polymorphisms chosen among our best candidates, we genotyped them on the 37 populations with the aim of performing clinal analyzes of allele frequencies. In parallel, we undertook phenotypic evaluation trials (2 locations x 2 years) to test the association of these polymorphisms with 18 traits measured in the field. We discuss the methodological contributions of our study both from the standpoint of high throughput technologies and detection of selective footprints. Our setting will be fully exploited to validate our candidates. Perspectives include the discovery and assessment of the contribution of other types of polymorphisms and the temporal follow-up of populations.

La méthylation de l’ADN et les modifications post-traductionnelles des histones sont desmodifications épigénétiques qui interviennent dans la régulation des éléments transposables(ET) chez de nombreuses espèces. La proportion des ET dans les génomes varie selon lesespèces considérées et pose la question des mécanismes de régulation de ces ET. Au sein del’espèce Drosophila simulans, les populations naturelles présentent un polymorphisme uniquedans le nombre de copies des ET, ce qui en fait un excellent modèle pour étudier cettequestion. L’étude de la méthylation d’ADN et des modifications post-traductionnelles deshistones associées au rétrotransposon à LTR tirant dans la lignée germinale des populationsnaturelles a permis de montrer l’influence d’une copie d’ET sur la structure de la chromatineau site d’insertion. Dans un second volet, nous avons cherché à caractériser la méthylation del’ADN chez la drosophile, chez laquelle la fonction est encore mal connue. Nous avons, pardes approches spécifiques et globales, mesuré l’abondance de cette marque épigénétique chezla drosophile. Nous concluons que les taux de méthylation de l’ADN sont très faibles maisvariables entre espèces. Notre travail n’a pas permis de mettre en évidence un rôle de laméthylation de l’ADN dans le contrôle des ET, toutefois, nous ne pouvons pas exclure cesystème de régulation. / Epigenetic modifications such as DNA methylation and post-translational histonemodifications are involved in transposable elements (TE) silencing in many species. Theirrelative abundance in genomes ask the question of differences in regulation mecanismbetween species. Within the Drosophila simulans species, natural populations exibits a uniquepolymorphism in TE copy number, providing a powerfull tool for the analysis of TEregulation in population from the same specie. We analyzed DNA methylation and posttranslationalhistone modifications associated with the LTR retrotransposon tirant in thegermline of natural populations and report the influence of this element on chromatinestructure. DNA methylation is a wide-conserved epigenetic modification involved in generegulation and TE silencing but its function in drosophila remains missunderstood. Usingdifferent methods, we determined the abundance of methylated cytosines in drosophila, andshowed that methylation level are low and variable between species. Our results show lowevidence for a TE regulation system involving DNA methylation but this cannot be so farexcluded.

L'huître plate européenne, espèce endémique des côtes européennes, est classée dans la catégorie des " espèces menacées et/ou en déclin ". En effet, les gisements naturels de cette huître ont été progressivement décimés par la sur-exploitation et par l'émergence successive de maladies parasitaires. Le parasite responsable de la bonamiose a notamment contribué à réduire de façon drastique l'exploitation de cette huître en France, et en Europe. Les mollusques bivalves marins présentent deux caractéristiques qui restreignent de fait le potentiel d'action pour lutter contre les maladies : ils sont cultivés en milieu ouvert, et possèdent un système immunitaire inné dépourvu de la capacité de réponse adaptative. Dans ce contexte, la sélection d'animaux naturellement résistants à la bonamiose est une voie prometteuse pour relancer la culture de l'huître plate européenne. Afin de mieux comprendre le phénomène de résistance à la bonamiose, plusieurs études ont porté sur les mécanismes de réponse de l'huître plate et sur l'identification de régions génomiques potentiellement impliquées dans les mécanismes de résistance à la maladie.Le présent travail de thèse consistait à améliorer la compréhension de la résistance de l'huître plate européenne vis-à-vis de la bonamiose, mais également à mieux caractériser la ressource génétique et la structuration de ses populations naturelles. L'huître plate n'étant pas un organisme modèle, seule une carte génétique préliminaire était disponible chez cette espèce. Il a donc été nécessaire de développer de nouveaux outils moléculaires afin d'optimiser la couverture de son génome. Des marqueurs de type SNP (polymorphisme d'une seule base) ont ainsi été développés par séquençage de produits PCR et par séquençage à haut débit. Afin d'améliorer la compréhension de la résistance à la bonamiose, trois expériences d'infection avec le parasite responsable de cette maladie ont été réalisées et ont permis de caractériser les phénotypes de réponse de l'huître plate à plusieurs échelles d'études.1- À l'échelle inter-familiale, il s'agissait de détecter des régions du génome (QTL) associées aux mécanismes de réponse (survie / mortalité) à la bonamiose chez plusieurs familles d'huîtres. Cette approche a permis d'identifier plusieurs régions génomiques d'intérêt communes entre les familles, et de nouvelles régions d'intérêt qui n'avaient pas encore été détectées.2- À l'échelle intra-familiale, il s'agissait de détecter des régions génomiques associées à la régulation d'activités hémocytaires (QTL) ou à l'expression de gènes (eQTL) préalablement identifiés comme potentiellement impliqués dans la réponse à la bonamiose. Cette approche, nouvelle chez un mollusque bivalve, a notamment permis de mettre en évidence une concordance positionnelle entre les régions génomiques impliquées dans la survie ou la mortalité à la bonamiose et celles impliquées dans la régulation des réponses cellulaires et/ou moléculaires.3- À l'échelle des populations, il s'agissait d'étudier un éventuel différentiel de réponse à la bonamiose chez des huîtres provenant de trois populations naturelles géographiquement et écologiquement distinctes. Cette étude a notamment permis d'identifier une possible adaptation à la parasitose des huîtres provenant de la baie de Quiberon. Afin de mieux caractériser les ressources naturelles de l'huître plate européenne, plusieurs populations couvrant l'ensemble de l'aire de distribution de l'espèce ont également été étudiées. Cette étude a permis de confirmer la forte diversité nucléotidique de l'huître plate, en évaluant pour la première fois la diversité génétique globale des populations naturelles d'un mollusque bivalve marin. Cette étude a également permis d'identifier une structuration génétique des populations, avec coïncidence entre les discontinuités dans la distribution des fréquences alléliques des marqueurs moléculaires sous sélection positive ou divergente et les barrières biogéographiques.

Dans le contexte des changements globaux, un des enjeux majeurs en génomique écologique est d'estimer le potentiel adaptatif des populations naturelles. Répondre à cet enjeu nécessite 3 étapes: identification des agents sélectifs et de leurs échelles spatiales de variation, identification des bases génétiques de l'adaptation et étude de la dynamique adaptative sur une courte échelle de temps. Durant ma thèse, je me suis intéressé à étudier le potentiel adaptatif de la plante modèle Arabidopsis thaliana. A partir de 168 populations naturelles d'A. thaliana caractérisées pour 24 traits phénotypiques et 60 facteurs abiotiques (climat, sol) et biotiques (communautés végétales et microbiote), j'ai pu mettre en évidence que les communautés végétales étaient les principaux agents sélectifs associés à la fitness. Après avoir séquencé le génome de ces 168 populations (~ 4.8 millions de SNPs), j'ai effectué des analyses de type 'association génome-environnement' couplé à des scans génomiques de différenciation génétique spatiale. Ces analyses ont confirmé l'importance de considérer les interactions plante-plante dans l'étude de l'adaptation chez A. thaliana. Afin d'étudier le potentiel adaptatif d'A. thaliana sur le court terme dans le contexte d'un réchauffement climatique, j'ai combiné une étude de résurrection in situ avec une étude de Genome Wide Association mapping, à partir de 195 accessions locales caractérisées pour 29 traits phénotypiques et pour environ 1.9 million de SNPs. J'ai identifié une architecture originale de l'adaptation vers un nouvel optimum phénotypique combinant (i) de rares QTLs avec des degrés de pléiotropie intermédiaires fortement sélectionnés et (ii) de très nombreux QTLs spécifiques d'un micro-habitat et faiblement sélectionnés. A travers les différents projets abordés pendant ma thèse, j'ai pu suggérer qu'une architecture génétique flexible pouvait permettre à A. thaliana de s'adapter rapidement aux changements globaux, tout en maintenant de la diversité génétique au sein des populations naturelles d'A. thaliana. / In the context of global changes, one of the challenges in ecological genomics is to estimate the adaptive potential of natural populations. Three steps are requested to address this challenge: identification of the selective agents and their associated spatial grains, identification of the genetic bases of adaptation and monitoring the adaptive dynamics of natural population over a short time period. Here, I aimed at studying the adaptive potential of the model plant Arabidopsis thaliana. Based on 168 natural populations of A. thaliana characterized for 24 phenotypic traits and 60 abiotic (climate, soil) and biotic (plant communities and microbiota) factors, plant communities were found to be the main selective agents. Based on 4.8 million SNPs, I combined Genome Environment Association analysis with genome scans for signatures of selection. I confirmed the importance to consider plant-plant interactions when studying adaptation in A. thaliana. To monitor the adaptive dynamics of a natural population in the context of global warming, I combined an in situ resurrection study with an approach of GWA mapping based on 195 local accessions characterized for 29 phenotypic traits and 1.9 million SNPs. Adaptive evolutionary changes were largely driven by rare QTLs with intermediate degrees of pleiotropy under strong selection. In addition to these rare pleiotropic QTLs, weak selection was detected for frequent small micro-habitat-specific QTLs that shape single traits. Overall, I suggest that a rapid adaptive phenotypic evolution can be rapidly achieved in A. thaliana, while still maintaining genetic variation in natural populations.

Les associations symbiotiques entre microorganismes et eucaryotes sont omniprésentes dans le monde vivant. Ces microorganismes peuvent jouer un rôle crucial dans l’évolution et l’écologie de leurs porteurs en modifiant leur phénotype. Ces symbiotes étant le plus souvent héritables, les phénotypes étendus résultant de ces associations symbiotiques peuvent se transmettre aux générations suivantes. Certains microorganismes vont permettre l’accès à une ressource alimentaire, d’autres conférer une protection contre un ennemi. Une telle protection symbiotique est rencontrée chez le puceron du pois (Acyrthosiphon pisum) en interaction avec la bactérie Hamiltonella defensa. Cette symbiose confère au puceron une résistance face à l’attaque de son principal ennemi : le parasitoïde Aphidius ervi. Les populations de ce ravageur des Légumineuses sont structurées en biotypes (populations spécialisées sur des plantes hôtes). La distribution du symbiote protecteur au sein des populations de pucerons est singulière. De nombreux individus vivant sur la luzerne, la bugrane ou les genêts abritent ce symbiote alors qu’il est peu fréquent dans les populations d’autres biotypes d’A. pisum comme le pois ou le trèfle. Nous avons cherché à comprendre pourquoi H. defensa n’était pas retrouvé chez tous les biotypes du puceron du pois. Afin de prédire la dynamique de la symbiose protectrice et le potentiel de résistance dans les populations aphidiennes naturelles, nous nous sommes intéressés à plusieurs processus écologiques et évolutifs. L’incidence de la pression des parasitoïdes sur la composition des populations symbiotiques a été mesurée chez trois biotypes (luzerne, pois et trèfle) à travers une approche terrain. La distribution du symbiote H. defensa dans les populations est directement dépendante de la variabilité du phénotype associé exprimé dans les différentes populations, j’ai identifié les phénotypes associés au symbiote pour des pucerons issus de différents biotypes ainsi que l’influence du contexte local sur ces phénotypes. L’absence d’H. defensa chez certains individus peut s’expliquer par la redondance d’une fonction protectrice en place chez ces biotypes comme un alternative symbiotique autre que H. defensa ou encore une immunité forte. Enfin, nous avons testé si le cumule des protections symbiotiques conférées par deux bactéries du cortège du puceron du pois pouvaient se cumuler créant ainsi des super-organismes. Mon travail met en évidence l’implication de nombreux facteurs dans la prédiction des fréquences symbiotiques d’une bactérie facultative dans les populations d’hôte. / Symbiotic associations between microorganisms and eukaryotes are ubiquitous in the living world. These microorganisms can play a crucial role in the evolution and ecology of their hosts by altering their phenotypes. Since these symbionts are usually heritable, extended phenotypes resulting from these symbiotic associations may be transmitted to subsequent generations. Some microorganisms will allow access to a food source; others will provide protection against natural enemies. Such symbiotic protection is found in the pea aphid (Acyrthosiphon pisum) in its interaction with the bacteria Hamiltonella defensa. This symbiosis provides the aphid with a resistance against the attack of its main parasitoid enemy: Aphidius ervi. The populations of the pea aphid, a legume pest insect, are structured in different biotypes (specialized populations on host plants). The distribution of this protective symbiont within pea aphid populations is singular: many individuals living on Medicago sativa (alfalfa), Ononis spinosa or Genista sagittalis and G. tinctoria host plant with H. defensa while it is rarely found in other populations of A. pisum biotypes such as Pisum sativum (pea) or Trifolium sp. (clover). We sought to understand why H. defensa was not found in every pea aphid biotype. In order to predict the dynamics of the protective symbiosis and the resistance potential in natural aphid populations, we focused on several ecological and evolutionary processes. We measured the consequence of parasitoid stress in the composition of symbiotic populations in three different biotypes (alfalfa, clover and pea) using a field approach. The distribution of H. defensa symbiont in populations dependent directly on the variability of the associated phenotype expressed in different populations. We identified the phenotypes associated with this symbiont in aphids from different biotypes, and the influence of the local context on these phenotypes. The lack of H. defensa in some individuals can be explained by the redundancy of a protective function already in place in these biotypes, such as an alternative symbiotic species or a strong immunity. Finally, we tested whether the symbiotic protections provided by two different bacteria in the pea aphid could be cumulated, thus creating super-organisms. My work highlights the many factors involved in predicting the frequencies of facultative symbiotic bacteria in host populations.

L'huître plate européenne, espèce endémique des côtes européennes, est classée dans la catégorie des « espèces menacées et/ou en déclin ». En effet, les gisements naturels de cette huître ont été progressivement décimés par la sur-exploitation et par l'émergence successive de maladies parasitaires. Le parasite responsable de la bonamiose a notamment contribué à réduire de façon drastique l'exploitation de cette huître en France, et en Europe. Les mollusques bivalves marins présentent deux caractéristiques qui restreignent de fait le potentiel d'action pour lutter contre les maladies : ils sont cultivés en milieu ouvert, et possèdent un système immunitaire inné dépourvu de la capacité de réponse adaptative. Dans ce contexte, la sélection d'animaux naturellement résistants à la bonamiose est une voie prometteuse pour relancer la culture de l'huître plate européenne. Afin de mieux comprendre le phénomène de résistance à la bonamiose, plusieurs études ont porté sur les mécanismes de réponse de l'huître plate et sur l'identification de régions génomiques potentiellement impliquées dans les mécanismes de résistance à la maladie.Le présent travail de thèse consistait à améliorer la compréhension de la résistance de l'huître plate européenne vis-à-vis de la bonamiose, mais également à mieux caractériser la ressource génétique et la structuration de ses populations naturelles. L'huître plate n'étant pas un organisme modèle, seule une carte génétique préliminaire était disponible chez cette espèce. Il a donc été nécessaire de développer de nouveaux outils moléculaires afin d'optimiser la couverture de son génome. Des marqueurs de type SNP (polymorphisme d'une seule base) ont ainsi été développés par séquençage de produits PCR et par séquençage à haut débit. Afin d'améliorer la compréhension de la résistance à la bonamiose, trois expériences d'infection avec le parasite responsable de cette maladie ont été réalisées et ont permis de caractériser les phénotypes de réponse de l'huître plate à plusieurs échelles d'études.1- À l'échelle inter-familiale, il s'agissait de détecter des régions du génome (QTL) associées aux mécanismes de réponse (survie / mortalité) à la bonamiose chez plusieurs familles d'huîtres. Cette approche a permis d'identifier plusieurs régions génomiques d'intérêt communes entre les familles, et de nouvelles régions d'intérêt qui n'avaient pas encore été détectées.2- À l'échelle intra-familiale, il s'agissait de détecter des régions génomiques associées à la régulation d'activités hémocytaires (QTL) ou à l'expression de gènes (eQTL) préalablement identifiés comme potentiellement impliqués dans la réponse à la bonamiose. Cette approche, nouvelle chez un mollusque bivalve, a notamment permis de mettre en évidence une concordance positionnelle entre les régions génomiques impliquées dans la survie ou la mortalité à la bonamiose et celles impliquées dans la régulation des réponses cellulaires et/ou moléculaires.3- À l'échelle des populations, il s'agissait d'étudier un éventuel différentiel de réponse à la bonamiose chez des huîtres provenant de trois populations naturelles géographiquement et écologiquement distinctes. Cette étude a notamment permis d'identifier une possible adaptation à la parasitose des huîtres provenant de la baie de Quiberon. Afin de mieux caractériser les ressources naturelles de l'huître plate européenne, plusieurs populations couvrant l'ensemble de l'aire de distribution de l'espèce ont également été étudiées. Cette étude a permis de confirmer la forte diversité nucléotidique de l'huître plate, en évaluant pour la première fois la diversité génétique globale des populations naturelles d'un mollusque bivalve marin. Cette étude a également permis d'identifier une structuration génétique des populations, avec coïncidence entre les discontinuités dans la distribution des fréquences alléliques des marqueurs moléculaires sous sélection positive ou divergente et les barrières biogéographiques. / The European flat oyster, an endemic species from European coasts, is classified in the category of “endangered and/or declining species”. Indeed, the natural beds of this oyster, consumed since ancient times, have gradually been decimated by over-exploitation and by successive emergence of parasitic diseases. The parasite that causes the disease called bonamiosis has contributed to drastically reduce the French and European aquacultural production of flat oyster. Marine bivalve molluscs display two specificities that restrict possibilities to fight against diseases: they are grown in an open environment, and possess an innate immune system lacking in adaptive response. In this context, the selection of animals naturally resistant to bonamiosis is a very promising issue to revive the culture of the European flat oyster. To better understand the phenomenon of resistance against bonamiosis, several studies have focused on understanding the mechanisms of response of the flat oyster, and on the identification of genomic regions potentially involved in the mechanisms of disease resistance.In this context, the present work consisted in improving our understanding of the resistance of the European flat oyster against bonamiosis, and in better characterizing the genetic resources and the structuring of its natural populations. Considering that the flat oyster is not a model organism, a preliminary genetic map was available for this species. It was therefore necessary to develop new molecular tools to optimize the coverage of its genome. SNP markers (single nucleotide polymorphism) have been developed by direct sequencing of PCR products and high-throughput sequencing. To improve the understanding of resistance against bonamiosis, three experiments of infection with the parasite have been performed and used to characterize phenotypes of the oyster response at several study levels.1 – At the inter-family level, the objective was to detect genomic regions (QTL) associated with the mechanisms of response (survival/mortality) against bonamiosis in several families of oysters. This approach enabled to identify several genomic regions of interest shared between families, and new ones that had not yet been detected. 2 – At the intra-family level, the objective was to detect genomic regions associated with the regulation of haemocytic activities (QTLs) or genes expression (eQTL) previously identified as potentially involved in the response to bonamiosis. This approach had never been used before on a bivalve mollusc. It has enabled to identify a positional correlation between the genomic regions involved in the survival or mortality to bonamiosis and those involved in the regulation of cellular or molecular responses.3 – At the population level, the experiment aimed at detecting possible differential responses against bonamiosis between oysters from three natural populations geographically and ecologically distinct. This study has enabled to identify a possible adaptation of oysters from the bay of Quiberon to the parasitosis. In order to improve the characterization of the natural resources of the European flat oyster, several populations covering the entire geographic range of the species were also studied. This study confirmed the high nucleotide diversity of the flat oyster, assessing for the first time the overall genetic diversity of natural populations of a marine bivalve mollusc. This study also enabled to identify the genetic structure of populations, with coincidences between geographical discontinuities in allele frequencies of molecular markers under positive or divergent selection and biogeographical barriers.