Le krill est un crustacé macrozooplanctonique qui joue un rôle clé dans l'écosystème marin pélagique. Il représente une plateforme trophique entre les producteurs primaires planctoniques et les niveaux supérieurs de la chaine alimentaire. Dans un contexte de changements environnementaux, la compréhension des impacts de la variabilité naturelle du forçage physique sur la physiologie du krill et la dynamique des populations apparait essentielle pour mieux appréhender la dynamique, l’évolution et la gestion des écosystèmes marins subarctiques. Dans l'estuaire et le golfe du Saint-Laurent (EGSL), les communautés de krill sont dominées par deux espèces sympatriques, Meganyctiphanes norvegica et Thysanoessa raschii. L'objectif principal de ce projet de recherche était d'étudier, à travers le développement de modèles biophysiques, les effets de la variabilité environnementale sur la distribution, la reproduction et la croissance de ces deux espèces. Le projet nous a permis i) de construire un modèle physiologique spécifique à l'espèce (IBM) pour le stade adulte des deux espèces de krill et de le valider avec les données disponibles ; ii) d'identifier spatiotemporellement les zones de croissance et de reproduction potentielles de l'EGSL pour les deux espèces iii) d'étudier le rôle de la variabilité interindividuelle sur la dynamique de production de T. raschii face à la variabilité environnementale. Dans le premier chapitre, nous avons construit un modèle physiologique basé sur l'individu et spécifique à chaque espèce représentant de manière réaliste le cycle de vie annuel des deux espèces à la station Rimouski située dans l'estuaire du Saint-Laurent. Nous avons montré que la dynamique de production des individus de M. norvegica et de T. raschii était fortement liée à l'environnement alimentaire. Cependant, les deux espèces ont montré des trajectoires de croissance et de reproduction bien différentes, T. raschii montrant une saison de production estivale, alors que M. norvegica montrait une saison de production plutôt automnale. Le modèle a permis de mettre en évidence comment la compréhension et la mise en oeuvre des processus d'alimentation étaient essentielles pour une représentation précise de la dynamique de croissance de chacune des espèces. Dans le deuxième chapitre, nous avons couplé le modèle physiologique développé au chapitre 2 à un modèle de circulation générale 3D et à un modèle biogéochimique de type NPZD, afin d'étudier la dynamique de production à l'échelle de l'EGSL dans son ensemble. Les résultats ont montré une forte saisonnalité du potentiel de croissance et de reproduction des deux espèces, étroitement liée à la dynamique du phytoplancton et du zooplancton, représentant leur champ de proies. Bien que les connaissances soient limitées au nord-est du golfe, les résultats de notre modèle ont montré l'émergence de zones de forte production, dans l'estuaire, dans la région du détroit de Belle Isle, le long de la côte ouest de Terre-Neuve et le long de la côte nord. Notre étude a également mis en évidence l'existence d'un circuit cyclonique de production du krill longeant les rives de l'ensemble de l'EGSL, de la péninsule d'Avalon, au sud de Terre-Neuve, à la rive nord du Québec en traversant le détroit de Belle Isle, durant la saison de production (avril à octobre). Dans le troisième chapitre, nous nous sommes intéressés à quantifier la contribution relative de la variabilité environnementale interannuelle (2003 et 2006) et celle de la variabilité interindividuelle sur la dynamique de production de T. raschii dans le système EGSL. Nos résultats ont montré qu'environ 15% de la variabilité totale des variables d'état du modèle IBM pouvait être expliquée par la variabilité interindividuelle simulée ajoutée au modèle IBM. Les résultats montrent également que l'inclusion de la variabilité interindividuelle n'a pas modifié significativement la réponse de la population en réponse à l’environnement : les mesures de centralité des variables d'état obtenues entre 2003 et 2006 sont restées similaires dans les simulations avec et sans variabilité interindividuelle. Cependant, il en est résulté un élargissement des distributions de fréquence des variables d'état. De plus, une augmentation des réponses positives des variables d'états lors des simulations avec variabilité interindividuelle a également émergé des résultats du modèle pour l'année 2003, évoquant une résistance de la population face à la variabilité de l'environnement. Les résultats de cette thèse fournissent des données importantes pouvant être intégrées dans un plan de gestion écosystémique et constituent une base pour l'étude de la variabilité interannuelle et la compréhension de l'évolution future de la dynamique de production pour les deux espèces. / Krill are macrozooplanktonic crustaceans play a key role in the pelagic marine ecosystem. They represent a crucial trophic platform between planktonic primary producers and the upper food-web levels. In a context of environmental changes, understanding the impacts of the natural variability of physical forcing on krill physiology and population dynamics appears essential to better apprehend the dynamics, evolution and management of subarctic marine ecosystems. In the Estuary and Gulf of St. Lawrence (EGSL), krill communities are dominated by two sympatric species, names Meganyctiphanes norvegica and Thysanoessa raschii. The main objective of this research project was to study, through the development of biophysical models, the effects of environmental variability on the distribution, reproduction and growth of these two species. The project allowed us i) to build a species-specific physiological based model (IBM) for adult stage of both krill species and to validate it with available data; ii) to identify spatio-temporally the potential growth and reproduction areas in the EGSL for both species iii) to study the role of the intraspecific variability on T. raschii population dynamics facing the environmental variability. In the first chapter we built a physiological species-specific based model representing realistically the annual adult life cycle for both dominant species at the Rimouski station located in the St. Lawrence River Estuary. We showed that the production dynamics of M. norvegica and T. raschii individuals were strongly linked to the feeding environment. However, both species exhibited well different growth and reproductive trajectories, T. raschii showing a summer production season, while M. norvegica an autumnal production season. The model highlighted how understanding and implementing feeding processes was essential for accurate representation of the growth dynamics of each species. In the second chapter, we coupled the physiological model developed in Chapter 2 with a 3D general circulation model and a biogeochemical model of the NPZD type, in order to study the production dynamics at the EGSL scale. The results showed a strong seasonality of the growth and reproduction potential of both species, closely related to the dynamics of phytoplankton and zooplankton, representing their prey field. Although knowledge was limited in the northeastern Gulf, model results showed the emergence of high production areas in the Estuary, in the Strait of Belle Isle, along the western coast of the Newfoundland and along the North Shore. Our study also highlighted the existence of a larger cyclonic circuit of krill production and transport that runs along the shores of the whole EGSL, from the Avalon Peninsula in the south of Newfoundland to the North Shore of Québec across the Strait of Belle Isle, and back to the Estuary upstream during the production season (April to October). In the third chapter, we are interested in quantifying the relative contribution of interannual environmental variability (2003 and 2006) and inter-individual variability on the production dynamics of T. raschii in the EGSL system. Our results showed that about 15% of the variability of IBM model state variables could be explained by the level of simulated inter-individual variability. Results also showed that inclusion of inter-individual variability did not significantly modify the system's response at the population level in response to the environment: the centrality measures of the state variables obtained between 2003 and 2006 remained similar in the simulations with and without inter-individual variability. However, this has resulted in an expansion of the frequency distributions of the state variables. Moreover, an increase in the positive responses of the state variables during simulations with inter-individual variability also emerged from the results of the model for the year 2003, evoking a resistance of the population to the variability of the environment. These results provide important data to integrate in fully ecosystem-based management plan. They represent a baseline to the study of the inter-annual variability and the understanding of the future production dynamics evolution for the both species.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2018-2019 / Dans la Réserve de Parc National du Canada de l'Archipel-de-Mingan (RPNCAM), Québec, un important verdissement des landes à lichens est observé depuis 1967 et serait surtout lié à l’établissement d'espèces arbustives telles que la camarine noire (Empetrum nigrum L.) et le bouleau nain (Betula pumila L.). L’analyse de photos aériennes de l’archipel (1967, 1988 et 2009) suggère que le recul des landes à lichens serait hétérogène à l’échelle locale, certaines landes à lichens montrant un recul rapide et d'autres se maintenant dans le temps. L’objectif de notre étude était de déterminer quels sont les paramètres locaux (sols, exposition, etc.) favorisant le recul des landes à lichens à la RPNAM. Pour suivre l'évolution du recul, des cartes du couvert lichénique de sept îles de la RPNCAM ont été produites par classification supervisée par pixel à partir de photos aériennes. Les résultats démontrent un recul des landes à lichens de 71% entre 1967 et 2009, bien que majoritairement observé entre 1967 et 1988 (50%). À partir de modèles écologiques construits avec des caractéristiques locales, nous avons pu déterminer que l’épaisseur de la couche de sol organique est une variable d’importance pour expliquer le recul survenu (AICcWt = 0.44). Cependant, les facteurs locaux favorisant le recul ainsi que les patrons de colonisation par les plantes vasculaires diffèrent selon la période considérée (1967-1988 et 1988-2009). En effet, l’épaisseur de sol organique semble importante pour expliquer le recul observé durant la première période seulement, durant laquelle de grandes étendues de landes à lichens ont été colonisées par un front d’avancée d’espèces vasculaires. Cette étude nous permet donc d’enrichir notre compréhension des changements de communautés végétales en milieu nordique. / In the Mingan Archipelago National Park Reserve (MANPR) of Québec, Canada, an important greening has been observed at the expense of terricolous lichens since 1967. This phenomenon occurring in lichen heaths is most likely linked to the encroachment of shrubs like the black crowberry (Empetrum nigrum L.) and the dwarf birch (Betula pumila L.). Aerial photos of the Mingan archipelago acquired in 1967, 1988 and 2009 reveal a retreat that appears heterogeneous at a local scale, with some lichen heaths decreasing rapidly in extent and others appearing stable over time. Our aim was to determine which local-scale characteristics (substrate, aspect, etc.) promote the retreat of the lichen heaths on the islands. Using supervised classification on the aerial photos, vegetation maps of seven islands of the MANPR have been generated to track the plant communities’ changes and quantify the retreat in lichen cover. Maps results show an average decrease of 71% between 1967 and 2009, with the majority of the retreat observed between 1967 and 1988 (50%). Models built with local characteristics suggest that the soil organic layer (SOL) thickness is important to explain the retreat (AICcWt = 0.44). However, explanative factors and vascular plant colonization patterns differ depending on the time interval studied (1967-1988 and 1988-2009). In fact, SOL thickness seems only important to explain the lichen heath retreat observed during the first time period, during which extensive lichen heaths areas were colonized by an advancing front of vascular plants. This study extends our comprehension of northern ecosystems dynamics.

Les microbiotes des Poissons téléostéens du bassin de l'Amazone - regroupant plus de 3000 espèces - ont reçu peu d'attention de la communauté scientifique (contrairement aux microbiotes des poissons des milieux tempérés), même si cet écosystème est reconnu comme étant le plus riche réservoir de poissons dulcicoles de la planète. Notre étude visait à répondre à cette lacune, en caractérisant les structures taxonomiques des microbiotes (du mucus cutané et des intestins) des Poissons d'Amazonie, et en identifiant certains des facteurs biotiques et abiotiques qui modulent la composition et la diversité de ces microbiotes. Nous avons échantillonné trois espèces de poissons ayant des régimes et des mode de vie contrastés, à sept sites d'échantillonnage dans le bassin de l'Amazone brésilien (10 individus / espèce / site) durant la saison sèche. Les sept sites d'échantillonnage regroupaient 5 sites d'eau blanche (eutrophique, pH neutre) et 2 sites d'eau noire (oligotrophique, pH acide), afin d'évaluer l'impact des paramètres physicochimiques sur la structure taxonomique des communautés microbiennes. Les microbiotes cutané et intestinaux de chaque individu ont été caractérisés par profilage d'amplicons du gène de l'ARNr 16S. Nos résultats du Chapitre 2 montrent que la structure taxonomique des deux microbiotes étudiés corroborent différents traits de l'écologie des espèces étudiées, tels leur régime alimentaire, leur mode de vie, leur histoire évolutive et la connectivité des habitats qu'elles exploitent. Les résultats du Chapitre 3 indiquent que la couleur de l'eau - blanche ou noire - joue un rôle majeur dans la structuration des deux microbiotes ichthyens étudiés. Les prochaines études devraient utiliser une approche de métagénomique fonctionnelle afin de vérifier si les divergences taxonomiques documentées impliquent aussi des différences fonctionnelles. De plus, les prochaines études devraient déterminer si l'importante saisonnalité du bassin de l'Amazone a un impact significatif sur les structures taxonomiques des microbiotes que nous avons documentés. / Teleostean fishes, represented by more than 28 000 species, encompass a wide range of different physiologies, evolutionary histories and ecologies, and therefore embody a key group to study the nature and the factors driving vertebrate-associated microbiotas. In contrast to temperate fish microbiotas, Amazonian fishes' microbial assemblages have never been investigated, even if this ecosystem is widely recognized as Earth's richest freshwater fish reservoir. The main objective of our study was to fill this knowledge gap, by characterizing the taxonomic structures of Amazonian teleost-associated microbiotas (from skin mucus and gut), and by identifying precisely the biotic and abiotic factors shaping the composition and diversity of these microbiotas. We sampled three species of fish with contrasted diets and lifestyles, at seven sampling sites of the Brazilian Amazon (10 individuals/species/site) in November 2015 (dry season). The seven sampling sites included five white water sites (eutrophic, neutral pH), and 2 black water sites (oligotrophic, acidic pH), to assess the impact of water physicochemical parameters on the taxonomic structure of microbial communities. Cutaneous and gut microbiotas of each sampled fish were characterized by profiling libraries of 16S rRNA amplicons. Our results from Chapter 2 showed that the taxonomic structure of the two microbiotas investigated corroborated different ecological traits from the three species, including their diet, their lifestyle, their evolutive history and the connectivity of the habitats exploited by these species. The results from Chapter 3 show that water colour (white or black) play a major role in structuring both teleost-associated microbiotas. Future studies should use a functional metagenomic approach to assess if the reported taxonomic differences also represent significant functional divergences. Furthermore, future studies should examine the seasonal variation in the taxonomic patterns observed in our study.

La qualité du mâle, mesurée par la masse du spermatophore transmis, affecte le succès reproducteur des femelles de la légionnaire uniponctuée, Pseudaletia unipuncta (Lepidoptera : Noctuidae) des souches migrante (AN) et non migrante (Aç). Par contre, le nombre d'accouplements précédents du mâle, tout comme la provenance de la souche n'ont pas d'effet sur la durée de la période réfractaire des femelles accouplées (en terme de jours), mais les mâles açoriens retardent légèrement l'heure de la reprise de l'appel des femelles la nuit suivant leur accouplement. Basé sur des données déjà publiées, la sédentarité semble avoir entraîné l'adoption d'une stratégie monandre chez la souche açorienne, même si les résultats de la présente étude tendent à démontrer qu'elle n'a pas mené à des changements significatifs dans la stratégie reproductive des mâles. Puisque les mâles açoriens ne sont pas capables d'empêcher les femelles de se réaccoupler, ils pourraient plutôt avoir évolué vers une stratégie les avantageant dans la compétition spermatique par rapport aux mâles nord-américains.

L'organisation du cytosquelette d'actine chez Saccharomyces cerevisiae nécessite plusieurs protéines dont la profiline, impliquée dans la polymérisation des filaments d'actine. Les cellules pfy1 [delta] présentent un phénotype anormal; les granules corticaux sont dépolarisés et il y a absence de câbles d'actine visibles. Le gène SYP1 a été identifié en tant que suppresseur de la souche pfy1 [delta]. Nous avons étudié SYP1 dans le but de lui attribuer une fonction cellulaire. La surexpression de SYP1 dans les souches bni1 [delta], cdc10 [delta], chs5 [delta], end3 [delta] et sla2 [delta] provoque un retard important de la croissance tandis qu'elle corrige le défaut de bourgeonnement de la souche arf3 [delta] ainsi que le défaut d'endocytose des souches ede1 [delta], sla1 [delta] et sac6 [delta]. La localisation cellulaire dans des souches mutantes révèle que Syp1p est délocalisée dans les souches bni1 [delta], cdc10 [delta], cdc12-6, chs1 [delta] et cla4 [delta]. Ces résultats nous permettent de conclure que Syp1p joue un rôle dans l'organisation du cytosquelette d'actine ainsi que dans l'endocytose.

Les modifications post-traductionnelles (PTM) sont des modifications chimiques des protéines qui permettent à la cellule de réguler finement ses fonctions ainsi que de coder et d’intégrer des signaux environnementaux. Les progrès récents en ce qui a trait aux techniques expérimentales et bioinformatiques nous ont permis de determiner les profils de PTM pour des protéomes entiers ainsi que d’identifier les molécules qui sont responsables d’ « écrire » ou d’« effacer » ces PTM. Avec ces donnés, il a été possible de commencer à definir des réseaux de régulation cellulaire par PTM. Ici, nous avons étudié l’évolution de ces réseaux pour mieux comprendre comment ils peuvent contribuer à expliquer la complexité et la diversité des organismes ainsi que pour mieux comprendre leurs mecanismes d’action. Avant tout, nous avons abordé la question de comment les réseaux de régulation des PTM peuvent être recablés après un évenement de duplication des gènes en étudiant comment le réseau de phosphorégulation de la levure bourgeonnante a été récablé après un évenement de duplication complète du génome qui a eu lieu il y a 100 milions d’années. Nos résultats mettent en évidence le rôle de la duplication des gènes comme mécanisme clé pour l’innovation et la complexification des réseaux de régulation par PTM. Par la suite, nous avons abordé la question de comment les PTM peuvent contribuer à la diversité des organismes en comparant les profils de phosphorylation de l’homme et de la souris. Nous avons trouvé des différences substantielles dans les profils de PTM de ces deux espèces qui ont le potentiel d’expliquer, au moins en partie, les différences phénotypiques observées entre eux. Nous avons aussi trouvé des évidences qui supportent l’idée que les PTM peuvent « sauter » vers des nouvelles localisations et quand même réguler les mêmes fonctions biologiques. Ce phénomène doit être pris en considération dans les comparaisons des profils de PTM qui appartiennent à des espèces différentes, pour éviter de surestimer la divergence causée par la régulation par les PTM. Enfin, nous avons investigué comment plusieures PTM alternatives pour un même residu pouvent interagir pour réguler des fonctions cellulaires. Nous avons examiné deux des PTM les plus connus, la phosphorylation et la O-GlcNAcylation, qui modifient les sérines et les thréonines, et nous avons étudié les mécanismes potentiels d’interaction entre ces deux PTM. Nos résultats supportent l’hypothèse que ces deux PTM contrôlent plusieurs fonctions biologiques plutôt qu’une seule fonction. Globalement, les résultats présentés dans cette thèse permettent d’élucider les dynamiques évolutives, les mécanismes de fonctionnement et les implications biologiques des PTM. / Post-translational modifications (PTMs) are chemical modification of proteins that allow the cell to finely tune its functions as well as to encode and integrate environmental signals. The recent advancements in the experimental and bioinformatic techniques have allowed us to determine the PTM profiles of entire proteomes as well as to identify the molecules that write or erase PTMs to/from each protein. This data have made possible to define cellular PTM regulatory networks. Here, we study the evolution of these networks to get new insights about how they may contribute to increase organismal complexity and diversity and to better understand their molecular mechanisms of functioning. We first address the question of how and to which extent a PTM network can be rewired after a gene duplication event, by studying how the budding yeast phosphoregulatory network was rewired after a whole genome duplication event that occurred 100 million years ago. Our results highlight the role of gene duplication as a key mechanism to innovate and complexify PTM regulatory networks. Then, we address the question of how PTM networks may contribute to organismal diversity by comparing the human and mouse phosphorylation profiles. We find that there are substantial differences in the PTM profiles of these two species that have the potential to explain, at least in part, the phenotypic differences observed between them. Moreover, we find evidence supporting the idea that PTMs can jump to new positions during evolution and still regulate the same biological functions. This phenomenon should be taken into account when comparing the PTM profiles of different species, in order to avoid overestimating the divergence in PTM regulation. Finally, we investigate how multiple and alternative PTMs that affect the same residues interact with each other to control proteins functions. We focus on two of the most studied PTMs, protein phosphorylation and O-GlcNAcylation, that affect serine and threonine residues and we study their potential mechanisms of interactions in human and mouse. Our results support the hypothesis that these two PTMs control multiple biological functions rather than a single one. Globally this work provides new findings that elucidate the evolutionary dynamics, the functional mechanisms and the biological implications of PTMs.

Les mares de thermokarst, issues de la fonte du pergélisol, sont très abondantes dans le Nord et émettent des gaz à effet de serre par leur activité biogéochimique intense. Elles contiennent d’abondantes communautés de rotifères dont la diversité et le rôle écologique sont méconnus. Cette étude présente les résultats d’un échantillonnage réalisé dans les mares de thermokarst subarctiques en comparaison avec des plans d’eau sur des bassins rocheux avoisinants. Les analyses ont révélé la présence d’un total de 24 espèces de rotifères. Les rotifères étaient plus abondants dans les mares de thermokarst que dans les bassins rocheux, alors que la diversité n’y était pas différente. Les taux de filtration estimés par des expériences de broutage étaient de moins de 0.05% de la colonne d’eau par jour à l’échelle de la communauté, ce qui implique que les rotifères n’étaient pas limités par la disponibilité de la nourriture dans ces mares. / Thermokarst ponds, which are the result of permafrost thawing and erosion, occur in high abundance throughout the North. These ecosystems play a key role as greenhouse gases emitters due to their intense biogeochemical activity. These ecosystems contain a high abundance of rotifers, but little is known about the diversity and ecological role of these microzooplankton in thermokarst waters. In the present study, sampling was conducted in subarctic thermokarst ponds (Nunavik, Canada), and compared with nearby rock-based lakes. The analyses revealed a total of 24 rotifer species. The abundance of rotifers was higher in thermokarst waters than in the rock-based lakes, while diversity was not significantly different. Grazing experiments gave estimates of total community clearance rates of < 0.05% of the water column per day, implying that picoplankton growth rates would readily keep pace with this grazing pressure, and that rotifer populations are unlikely to be bottom-up limited by food availability.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2010-2011 / Les demoiselles Enallagma ont radié en Amérique du Nord durant le Pleistocene et les espèces sont principalement différenciées par des structures sexuelles secondaires. Bien qu'elles soient morphologiquement très différentes, Enallagma hageni et E. ebrium sont génétiquement très similaires. Leur répartition spatiale est généralement chevauchante, mais il semble que ces espèces co-occurrent rarement. Dans cette étude, nous investiguons l'histoire évolutive de ces deux jeunes espèces morphologiques par l'analyse conjointe de données génétiques et spatiales. Les analyses de génétique des populations basées sur le polymorphisme AFLP indiquent que ces espèces morphologiques divergent régionalement. Ces deux espèces morphologiques sont rarement sympatriques à l'échelle locale et leur distribution forme une mosaïque d'ilôts où une espèce domine. L'interférence reproductive couplée à la recolonisation suite à la dernière glaciation pourrait expliquer ce patron. Cette répartition spatiale limite probablement les opportunités contemporaines de flux génique, et accélère par le fait même la différenciation régionale. / North American Enallagma damselflies radiated during the Pleistocene and species differ mainly by secondary sexual structures. Although morphologically very different, Enallagma hageni and E. ebrium are genetically very similar. Their ranges broadly overlap but these ecologically equivalent species rarely co-occur. Here, we investigated the evolutionary history of these two very young morphospecies by coupling population genetics and spatial analyses. Based on AFLP polymorphisms, population genetics analyses indicate that these morphospecies are locally diverging. They are rarely sympatric at local sites and their distribution form a mosaic of patches where one morphospecies is dominant. Reproductive interference coupled with postglacial recolonization likely explains this pattern. By limiting contemporary opportunities for gene flow, it probably also contributes to accelerating regional differentiation.

Les lacs de thermokarst (lacs et étangs peu profonds causés par le dégel du pergélisol) ont été identifiés comme des écosystèmes d'eau douce d’une importance capitale étant donné leur grande abondance dans le Nord circumpolaire et leur production intense des gaz à effet de serre. L'objectif de cette étude de doctorat était de caractériser le plancton autotrophe de ce type du lac, en mettant l'accent sur deux groupes écologiques de cyanobactéries (les espèces responsables des floraisons et les espèces picoplanctoniques), et d’évaluer leur sensibilité potentielle aux changements climatiques. Des lacs de thermokarst ont été échantillonnés dans une multitude de paysages dans le Nord du Québec où les effets des changements climatiques sont présentement observés. La structure des communautés de phytoplancton ainsi que l’influence des variables environnementales sur celles-ci ont été évaluées par plusieurs méthodes dont le profilage vertical de lacs, l’analyse de pigments photosynthétiques par chromatographie liquide à haute performance, l'analyse de picoplancton par cytométrie en flux, l’analyse moléculaire de la structure des communautés de protistes et l'analyse des échantillons d'eau du lac par microscopie inversée. Aussi, un effet direct (réchauffement) ainsi qu’un effet indirect (enrichissement en phosphore) des changements climatiques sur les lacs de thermokarst ont été évalués par une expérience d’incubation. Enfin, l’effet de la température sur la relation trophique herbivores-cyanobactéries a été évalué à l’aide d’un système en laboratoire. Pour ce faire, des clones tempérés et subarctiques de l’espèce de zooplancton clé Daphnia pulex ainsi qu’une souche de picocyanobactéries de haute latitude ont été utilisés. Les résultats indiquent que les lacs de thermokarst, ainsi qu’un ensemble de lacs de référence, contenaient des pigments photosynthétiques diversifiés provenant du plancton autotrophe. Certains pigments indicateurs pour les cyanobactéries et les bactéries photosynthétiques sulfureuses vertes étaient présents. Les indicateurs de l’état trophique d’un lac (les concentrations de chlorophylle a et de phosphore total) ont révélé que les lacs de thermokarst étaient plus eutrophes que les lacs oligotrophes de référence. Les communautés phytoplanctoniques des deux groupes de lacs se composaient de faibles concentrations de cyanobactéries formant des floraisons et de picocyanobactéries, mais dans des proportions très variables de leur biovolume phototrophe total. Les résultats des expériences suggèrent que le réchauffement climatique pourrait, à la fois directement et indirectement, stimuler la croissance et la dominance des cyanobactéries ainsi que de détériorer la qualité du phytoplancton dont le zooplancton se nourrit. Les chrysophytes ont également été stimulés par des températures plus chaudes. Le taux de croissance et la performance des daphnies subarctiques ont diminué avec des températures plus élevées et de la nourriture de moins bonne qualité (les seuils d’alimentation ont augmentés), mais dans une moindre mesure que pour le clone tempéré. Les lacs de thermokarst sont un groupe d’écosystèmes d’eau douce de haute latitude qui sont abondants dans les paysages de fonte du pergélisol et ils se distinguent par quelques caractéristiques limnologiques. Les résultats de cette recherche doctorale démontrent qu’ils contiennent du phytoplancton diversifié en termes de groupes de pigments, de classes de taille et de taxons, et ce malgré la forte atténuation de la lumière par la matière organique dissoute colorée et les particules en suspension, ainsi que par leur caractère fortement hétérotrophe. Les cyanobactéries pourraient devenir plus prédominantes dans les lacs de thermokarst avec les changements climatiques. De plus, l’effet combiné du réchauffement et de l’augmentation des charges en phosphore causeraient des floraisons de cyanobactéries plus fréquentes, ce qui influencerait la diversité du phytoplancton et l’efficacité du réseau alimentaire. / Given their great abundance throughout the circumpolar North, and their intense production of greenhouse gases, thermokarst lakes (shallow lakes and ponds caused by thawing permafrost) have been identified as a globally important class of freshwater ecosystems. The objective of this doctoral study was to characterize the autotrophic plankton of this lake type, with emphasis on two ecological groups of cyanobacteria (bloom-formers and picoplankton) and their responsiveness to climate change. Thermokarst lakes were sampled across a range of landscapes in northern Quebec. Phytoplankton community structure and relationships with environmental variables were assessed with a combination of methods including limnological profiling, pigment analysis by high performance liquid chromatography, picoplankton analysis by flow cytometry, molecular assays of protist community structure, and analysis of lake water samples by inverse microscopy. Additionally, an incubation experiment with thermokarst lake water was performed to evaluate the potential direct (warming) and indirect (phosphorus enrichment) effects of climate change. Finally, a laboratory system was designed and applied to test the effects of temperature on herbivore-cyanobacteria feeding relationships using subarctic and temperate clones of the keystone species Daphnia pulex, and a high latitude strain of picocyanobacteria. The results showed that thermokarst lakes as well as a set of reference rock-basin lakes contained diverse pigments originating from autotrophic plankton, including some pigments specific for cyanobacteria and green photosynthetic sulfur bacteria. Indicators of trophic status (chlorophyll a and total phosphorus concentrations) showed that the thermokarst lakes were more enriched than the oligotrophic reference lakes. The phytoplankton communities of both groups contained low concentrations of bloom-forming cyanobacteria and picocyanobacteria, but in highly variable proportions of their total phototrophic biovolume. The experimental results indicated that climate warming may both directly and indirectly stimulate cyanobacterial growth and dominance, and may cause a decrease in phytoplankton food quality for zooplankton. Chrysophytes were also stimulated by warmer temperatures. The growth rate and performance of the subarctic Daphnia clone was negatively affected by higher temperatures and lower food quality (increased feeding thresholds), but to a lesser extent than the temperate clone. Overall, thermokarst lakes are a class of high latitude freshwater ecosystems that occur in high abundance across thawing permafrost landscapes and that have a number of distinctive limnological properties. Despite the strong attenuation of light by their coloured dissolved organic matter and suspended particles, and their strongly heterotrophic character, the results of this research show that they contain diverse phytoplankton in terms of pigment groups, size classes and taxa. Cyanobacteria may become more prevalent in these waters as a consequence of ongoing climate change. Cyanobacterial blooms are likely to follow the combined effects of warming and increased phosphorus loading, and would in turn affect phytoplankton diversity and the efficiency of food web processes.

Un des supports théoriques de la biologie évolutive est la théorie de la radiation adaptative, qui stipule que la diversification des espèces est le fruit de l'action de la sélection naturelle divergente sur les populations, laquelle émerge des caractéristiques biotiques et abiotiques de l'environnement. Il existe plusieurs exemples de cas de radiation adaptative dans la littérature. Or, la majorité des études se penchent sur la variation phénotypique morphologique et sur l'histoire de vie. Ainsi y a-t-il relativement peu de données sur la variation physiologique, tant au niveau de l'organisme qu'au niveau moléculaire. De plus, la caractérisation des bases génétiques de traits phénotypiques complexes s'avère peu aisée et demeure élusive. Dans cette étude, nous avons tiré profit des nouvelles technologies de la génomique pour caractériser les bases génétiques de la variation phénotypique observée chez deux populations divergentes du grand corégone (Coregonus clupeqformis), l'écotype limnétique (nain) ainsi que l'écotype benthique (normal). À l'aide d'une biopuce à ADNc spécifique au Salmonidés, nous avons comparé les profils d'expression génétique des corégones nains et normaux issus de leur milieu naturel ainsi que d'un environnement contrôlé. Le parallélisme observé dans les patrons de transcription génétique entre deux lacs et le milieu contrôlé indique que la sélection naturelle a modulé la régulation de gènes candidats associés à des adaptations phénotypiques distinguant les deux écotypes du corégone. De plus, le compromis observé entre différents traits d'histoire de vie chez les corégones nains et normaux se reflète à travers le profil de transcription pour ces gènes candidats. Enfin, l'analyse de regroupements (cluster analysis) entre les patrons de transcription des gènes candidats suggère que les principales fonctions physiologiques impliquées dans la divergence adaptative des corégones nains et normaux sont sous le contrôle d'un seul ou de quelques gènes de régulation. / One important theoretical framework in evolutionary biology is the adaptive radiation theory, which states that species diversification is the outcome of diverging natural selection, a selective force stemming from biotic and abiotic characteristics of the environment and acting on populations. Many cases of adaptive radiation have been observed and documented in the literature, focusing mainly on morphological adaptations and on life-history traits. Thus relatively few data are available on the physiological processes of adaptation, both at the organismal and molecular levels. Moreover, characterizing the genetics of phenotypic variation for complex traits is not an easy task and remains elusive in most cases. In this study, we took advantage of technologies of the post-genomic era in order to characterize the genetic bases of adaptive phenotypic variation observed in two diverging populations of the lake whitefish (Coregonus clupeaformis), the limnetic (dwarf) and the benthic (normal) ecotypes. Using a salmonids-specific cDNA microarray, we compared the gene expression profiles of dwarf and normal whitefish individuals sampled from two natural populations and from a controlled environment. Parallelism in regulation patterns observed between two lakes and the control environment indicates that natural selection played a role in modulating the regulation for these candidate genes, in association with phenotypic adaptations distinguishing the two whitefish ecotypes. Also, the observed trade-off between life-history traits in dwarf and normal whitefish is reflected in the expression profiles for these candidate genes. Lastly, cluster analysis performed on transcription profiles for these genes suggests that the major physiological processes involved in the adaptive divergence of the dwarf and normal whitefish are under the control of one or few regulation genes