Le paysage arctique est un mélange d’étendues désertiques, fouettées par les vents, et d’une grande diversité d’écosystèmes aquatiques. Confronté à des augmentations de température nettement supérieures à la moyenne globale qui modifient les propriétés de ces paysages, l’Arctique est un site d’étude stratégique pour suivre les impacts des changements climatiques sur les communautés microbiennes endogènes. Caractéristique importante des écosystèmes arctiques, la cryosphère commence déjà à atteindre des seuils de non-retour le long de la côte nord de l’île d’Ellesmere. Dans les lacs, la combinaison naturelle des basses températures, de la variabilité de l’irradiance et de la faible teneur en nutriments inorganiques limite la production primaire et la croissance de nombreux organismes. La richesse des microorganismes dans ces systèmes est le résultat d’une diversité de stratégies adaptatives et nutritives. Ainsi, les changements observés dans les couverts de glace auront des impacts sur l’activité biologique de ces lacs. Contribuant à celle-ci, les protistes, eucaryotes unicellulaires microscopiques, exploitent une large gamme des ressources de carbone et d’énergie, incluant la phototrophie, la prédation et la combinaison des deux, la mixotrophie. Cette thèse cherche à déterminer la contribution des mixotrophes à la structure des communautés de protistes dans les lacs arctiques, et à développer la connaissance sur leurs réponses potentielles aux conditions environnementales changeantes. Le lac Char, le lac A et le lac Ward Hunt ont été sélectionnés pour leurs propriétés limnologiques distinctes et pour investiguer la biodiversité de leurs communautés de protistes en Aout 2008. La microscopie, les pigments et les banques de clones du gène de l'ARN de la petite sous-unité ribosomale 18S indiquent la dominance des chrysophytes, des protistes principalement mixotrophes, dans les trois lacs. Pour le lac A, l’été 2008 était marqué par la perte d’un couvert de glace permanent, créant des conditions d’eau libre inhabituelles. Le séquençage à haut-débit de la région V4 du gène 18S ARNr révèle le contraste entre les communautés homogènes dans la colonne d’eau marquée d’une stratification méromictique sous le couvert de glace en mai 2008 et les variabilités spatiales établies en août 2008 dans la colonne d’eau libre de glace ainsi qu’en Juillet 2009 sous un couvert de glace normal. Ces résultats illustrent l’importance qu’ont les facteurs environnementaux, tel que l’irradiance, sur les communautés de protistes. Pour examiner plus attentivement le rôle de la lumière et investiguer l’impact de la disponibilité des proies, nous avons entrepris une expérience de lumière/dilution au lac Ward Hunt. Le pyroséquençage de la région V4 de l’ARN ribosomal ainsi que son gène révèlent des différences taxonomiques entre les deux traitements d’irradiance, suggérant une divergence du type de mixotrophie entre une dominance de dinoflagellés essentiellement brouteurs à faible irradiance et de chrysophytes bactérivores sous une forte lumière. Cette thèse révèle la diversité des protistes et leur variation saisonnière au sein des lacs arctiques, et offre un aperçu de l’importance des conditions environnementales sur la stratégie mixotrophe adoptée par les communautés de protistes. / The Arctic region is a blend of stark windswept landscapes interwoven with a wide diversity of freshwater ecosystems. Presently confronted by temperature increases well above global average, causing changes in landscape and aquatic properties, the Arctic is a strategic area to study the impact of climate change on endogenous microbial communities. Ice is a crucial characteristic of Arctic ecosystems and has already begun to cross thresholds along the northern coastline of Ellesmere Island. In lakes, the effects of cold temperatures, variable irradiance and low inorganic nutrients combine to restrict primary production and growth of most organisms. The established richness of microorganisms present in these systems is due to the high diversity of their adaptive and nutritive strategies. Hence, the observed shifts in ice cover regimes of lakes will have impacts on their biological activity. Of these microbial components, the protists, unicellular eukaryotes, exploit a wide range of carbon and energy resources from phototrophy to predation and the combination of both, mixotrophy. The subject of this research was to determine the contribution of mixotrophs to protist community structure in Arctic lakes, and to develop knowledge of their potential response to the changing environmental conditions. Char Lake, Lake A and Ward Hunt Lake, three limnologically different lakes, were chosen to investigate the biodiversity of protists in August 2008. Microscopy, pigments and 18S gene clone libraries revealed a dominance of each lake by chrysophytes, prominent mixotrophic protists. At Lake A, the summer of 2008 was marked by a loss of ice-cover, creating atypical open-water conditions. High-throughput sequencing of the V4 region of the 18S ribosomal RNA gene revealed the contrast between the homogenous community structure within the ice-covered water column of May 2008, despite the sharp physico-chemical meromictic stratification within the lake, and the established spatial variability of the protist communities under the ice-free conditions of August 2008 and ice-covered conditions of July 2009. These results illustrate the importance of varying environmental factors, such as underwater irradiance, in shaping protist communities. To further examine the role of light and to investigate the impact of low prey resources, we conducted a light/dilution experiment at Ward Hunt Lake. Pyrosequencing of the V4 region of the 18S ribosomal RNA, along with the gene, showed taxonomic differences under the two light conditions, suggesting a divergence in the dominant type of mixotrophy, with dominance of primarily microflagellate grazers, the dinoflagellates, under low irradiance, and of bacterivorus chrysophytes in the high light treatment. This thesis research underscored the diversity of mixotrophs and their seasonal variations in Arctic lakes, and provided insights into the importance of environmental conditions on the mixotrophic strategy adopted by protist communities.

Une approche biogéographique, dendroécologique et paléoécologique a été utilisée pour étudier la répartition, la dynamique et l'origine des pessières à lichens dans la zone de la forêt boréale fermée. À l'intérieur d'un gradient latitudinal de plus de 500 km, la répartition des pessières à lichens et des principales perturbations visibles sur les photographies aériennes des années 1950 et des années plus récentes a été cartographiée le long de 19 transects d'inventaire. L'analyse photographique, validée sur le terrain, a permis de mesurer une diminution de 9 % de la superficie totale de la forêt fermée au profit de la pessière à lichens au cours des 50 dernières années. Cette diminution est le résultat d'une faible régénération de la forêt fermée suite aux incendies, principalement au-delà de 51°N de latitude. La croissance des épinettes noires établies dans 54 pessières à lichens a été étudiée et la relation avec les variables climatiques (précipitations et températures mensuelles) a été vérifiée sur une période de 100 ans. Bien que les précipitations exercent une plus grande influence sur la croissance des arbres que les températures mensuelles, très peu de relations significatives ont été obtenues. Même si ces peuplements présentent une faible -densité arborescente, la réponse dendroclimatique des arbres est atténuée par les épidémies de la tordeuse des bourgeons de l'épinette dans la plupart des pessières à lichens. Les réductions de la croissance radiale reliées à cet insecte sont importantes dans les pessières à lichens et sont plus marquées dans la partie méridionale de la zone de la forêt fermée. Grâce à l'utilisation de techniques complémentaires, de la radiodatation des charbons de bois, de la datation des cicatrices de feu et de l'observation des photographies aériennes des années 1950, il a été possible de retracer l'époque et les facteurs responsables de la transformation de la forêt de conifères dense en pessière à lichens. Trois séries de perturbations causent le passage de la forêt fermée en pessière à lichens : 1) les feux légers, 2) les feux successifs et 3) l'incidence d'une épidémie de la tordeuse des bourgeons de l'épinette suivie d'un feu. La majorité des pessières à lichens inventoriées dans cette étude se sont formées au cours des 200 dernières années.

Les alevins de saumons Atlantique (Salmo salar L.) mâles anadromes ont démontré un développement musculaire plus avancé et des capacités métaboliques supérieures, mais une activité de nage volontaire inférieure aux alevins issus de tacons matures. Les mâles utilisent une stratégie conditionnelle et emploient, soit une tactique de reproduction « combattante » avec une maturation sexuelle en milieu marin, soit une tactique « furtive » avec une maturation entièrement dulcicole (tacons matures). Les alevins vésicules issus de pères anadromes ont démontré des activités enzymatiques indiquant des capacités aérobie (CCO, CS) et anaérobie (LDH) supérieures. Le profil enzymatique des rejetons de pères anadromes suggérait également une capacité plus grande à excréter l'azote (GDH) et un développement musculaire (CK, LDH, CS et CCO) plus avancé que les rejetons des tacons matures. À l'éclosion, les aires transversales totales des muscles rouge et blanc furent supérieures chez les rejetons issus de pères anadromes, probablement à cause d'un plus grand nombre de fibres de grand diamètre. À l'atteinte de la masse humide maximale (MHM), les rejetons de tacons matures démontrèrent une activité de nage volontaire (% de temps passé en activité) et donc une dépense énergétique, plus intense. Nous suggérons que les capacités métaboliques et le développement musculaire légèrement inférieurs chez les alevins issus de tacons matures, sans affecter la croissance de façon drastique, pourraient être du à une stratégie énergétique différente pendant la période de résorption du vitellus. Une activité de nage augmentée chez les alevins de tacons matures pourrait favoriser la prise alimentaire suite à la résorption du vitellus. / Offspring fathered by anadromous male Atlantic salmon (Salmo salar L.) showed higher muscular development and metabolic capacities but lower voluntary swimming activity than those fathered by mature male pair. Males follow a conditional strategy and either become "combatants" that undertake a seaward migration and spend a minimum of one year at sea, or "sneakers" that remain in freshwater and mature as pair. At hatch and at maximal attainable wet weight (MAWW), enzymatic activities showed higher aerobic (CCO and CS) and anaerobic (LDH) capacities in offspring fathered by anadromous males. Enzymatic profiles of juveniles from anadromous fathers also suggested greater nitrogen excretion capacity (GDH) and increased muscular development (CK, LDH, CS and CCO) than those from mature pairs. At MAWW, juveniles fathered by mature parr showed a greater voluntary swimming activity (% of time spent swimming) and consequently, higher energy expenditure. For juveniles fathered by anadromous males, total cross sectional area of white and red muscle were higher at hatch, which was probably due to a greater number of large diameter fibers. We suggest that the slightly lower metabolic capacities and muscular development of alevins fathered by mature parr, without drastically affecting growth, could be explained by a different use of energy during the period of dependence upon endogenous feeding. Greater swimming activity of offspring of mature male parr could favor their feeding after the resorption of the vitellus.

Selon la théorie des composantes biodémographiques, les soins maternels devraient augmenter les chances de survie des jeunes. La plupart des études ont par contre étudié les effets des conditions environnementales et des traits maternels sur la survie des jeunes. Nous avons évalué l'effet des soins maternels et du développement du jeune sur la survie des chevreaux d'une population marquée de chèvres de montagne, Oreamnos americanus. Nous avons confirmé l'influence des conditions environnementales et des traits maternels sur la survie des jeunes. Or, les soins maternels et le développement du jeune étaient les déterminants les plus influents de leur survie. Les soins prodigués par la mère augmentaient les probabilités de survie des jeunes en hiver tandis que les jeunes jouant fréquemment augmentaient leurs chances de survie jusqu'au sevrage. Nous concluons que la qualité des soins parentaux et les comportements de jeu devraient être considérés dans les études de dynamique de population.

Leishmania est un parasite protozoaire et l'agent étiologique de la leishmaniose. Ce parasite possède un cycle de vie dimorphique alternant entre le stade promastigote, présent chez l'insecte vecteur, et le stade amastigote résidant à l'intérieur des phagolysosomes des macrophages de l'hôte vertébré. Lors de cette différenciation, le parasite est exposé à de nombreux stress environnementaux qui vont moduler l'expression de ses gènes et de ses protéines afin qu'il s'adapte à son nouvel environnement. La réponse au stress chez les eucaryotes supérieurs est un mécanisme très conservé et implique, entre autres, la phosphorylation du facteur d'initiation de la traduction eIF2a par des kinases spécifiques, notamment PERK, une kinase résidente du reticulum endoplasmique (RE). Leishmania possède un homologue de PERK qui co-localise avec la protéine chaperonne BIP dans le RE. PERK est activé par des stress environnementaux qui permettent son autohyperphosphorylation et la phosphorylation d'eIF2a sur la threonine 166. Un mutant dominant négatif de PERK dépourvu de son domaine régulateur en N-terminal est incapable de phosphoryler eIF2tx lors d'un stress du RE ou lors de la différenciation du parasite en amastigote. L'absence de phosphorylation d'eIF2a chez ce mutant provoque un délai important du processus de différenciation du parasite à l'intérieur de macrophages infectés. La phosphorylation d'eIF2a par PERK semble donc être un mécanisme important dans le cycle de vie du parasite afin de favoriser sa différenciation en amastigote. L'homologue d'eIF2a chez Leishmania se distingue de ses homologues eucaryotes par la présence d'une extension de 94 acides aminés (~11 kDa) à l'extrémité N-terminale de la protéine. Cette extension joue un rôle essentiel dans la régulation post-traductionnelle de la protéine eIF2a qui permet le clivage de la protéine de 47 kDa en fragments peptidiques de 41, 35 et 25 kDa uniquement au stade promastigote. Nous avons mis en évidence un nouveau mécanisme de régulation impliquant l'excision de la methionine initiatrice par une methionine aminopeptidase, suivi par d'autres clivages protéolytiques. Nous avons également démontré que la methionine aminopeptidase impliquée dans le clivage d'eIF2a est aussi régulée selon le stade du parasite. De plus, nos résultats suggèrent que l'extrémité N-terminale d'eIF2a est essentielle pour le clivage et que cette régulation spécifique joue un rôle dans la phosphorylation d'eIF2a chez le stade promastigote.

Mon étude, effectuée en République dominicaine, indique que Pinna carnea est un mollusque que l'on trouve dans les prés sous-marins et non pas dans les replats sableux adjacents. Les densités de population étaient basses (1-7/100 m2) et les structures de taille étaient biaisées envers les gros individus. Des expériences indiquent, que les larves n'ont pas de préférence de substrat lors de la fixation, qu'il y a moins de prédation chez les gros individus, et qu'il y a une mortalité réduite dans les prés sous-marins. P. carnea semble être limité aux prés sous-marins car cet habitat fournit une protection contre les prédateurs et les perturbations physiques. La croissance juvénile rapide peut être une stratégie évolutive pour réduire sa vulnérabilité aux prédateurs. La prédominance de gros individus peut représenter une accumulation d'événements de recrutement causée par le ralentissement de croissance lorsqu'ils ont atteint >150 mm de longueur.

De nombreuses populations migratrices sont actuellement en déclin. Les changements climatiques entrainent des modifications dans les habitats des espèces migratrices et la phénologie des processus naturels, lesquels se répercutent sur la migration, une période critique pour ces espèces. Comprendre comment les variables environnementales et climatiques affectent la phénologie et les patrons de migration est donc crucial. Ma thèse s'intéresse à l'impact du climat, des ressources alimentaires et de la compétition sur les migrations printanières et automnales des caribous migrateurs, Rangifer tarandus, des troupeaux Rivière-George (TRG) et Rivière-aux-Feuilles (TRF) du Nord-du-Québec et du Labrador. Le premier volet de ma thèse propose une approche objective, basée sur la détection des changements dans la structure des déplacements saisonniers, pour identifier les dates de départ et arrivée en migration. Validée à l'aide de trajets simulés, elle a été appliquée aux migrations printanières et automnales de femelles caribous. Le second volet porte sur l'impact des conditions environnementales sur la phénologie des migrations de printemps et d'automne. Il montre que la phénologie de la migration est principalement affectée par les conditions climatiques rencontrées lors de la migration, les conditions d'enneigement affectant notamment les coûts des déplacements. Au printemps, les caribous subissent des conditions défavorables lorsque la fonte des neiges est précoce. À l'automne, ils semblent ajuster leurs déplacements et migrent plus vite quand la neige débute tôt pour limiter les coûts de déplacement dans une neige profonde. Le troisième volet porte sur les patrons de migration à l'automne et montre que ceux-ci sont affectés essentiellement par une compétition intra- et inter-troupeaux pour les aires d'hivernages. Les caribous du TRG répondent à une augmentation de la compétition sur les aires les plus proches de l'aire de mise bas, liée à une taille de population élevée, en migrant préférentiellement vers les aires les plus éloignées. L'utilisation des aires hivernales par les caribous du TRF est, quant à elle, contrainte par la présence et l’abondance du TRG, cette contrainte diminuant à mesure que le TRG décline et abandonne les migrations vers les aires d'hivernages communes aux deux troupeaux. Cette thèse améliore notre compréhension de l'influence des facteurs environnementaux sur la phénologie et les patrons de migration du caribou migrateur. Ces connaissances sont très utiles pour comprendre l'impact des changements climatiques et établir les plans de conservation pour les espèces migratrices. / Several populations of migratory species are actually declining. Climate changes affect the habitat of migratory species and the phenology of natural processes, and impact the migration, a critical period for migratory species. Thus, it is crucial to understand how environmental and climatic variables affect the timing and the patterns of migration. This thesis assesses the impact of climate, food resources and competition on the spring and fall migrations of migratory caribou, Rangifer tarandus, from the Rivière-George (RGH) and Rivière-aux-Feuilles (RFH) herds, in Northern Québec and Labrador. The first part of my thesis presents an objective approach, based on the detection of changes in the structure of seasonal movements, to assess the departure and the arrival dates of the migrations. The approach was validated on simulated paths, and was then applied on the spring and fall migrations of female caribou. The second part focuses on the impact of environmental conditions on the phenology of the spring and fall migrations. It revealed that migration is mainly affected by the climatic conditions encountered during migration, snow conditions partly determining the cost of movements. In the spring, caribou suffer from adverse conditions when the snowmelt is early. In the fall, caribou adjust their movements and migrate faster when snowfall occurs early to limit the cost of moving through deep snow. The third part of my thesis focuses on fall migration patterns and revealed that migration patterns are mainly affected by intra- and inter-herds competition for the winter ranges. Caribou from RGH migrate preferentially toward the furthest winter ranges in response to increased competition, linked with a high population size, limiting the competition on the closest winter ranges. The use of the winter ranges by caribou from RFH is constrained by the abundance of RGH. This constraint decreased as RGH declined and abandoned the migrations toward the winter ranges commonly used by both herds. My thesis increases our knowledge of the environmental factors that affect the phenology and patterns of caribou migrations. This knowledge is useful to understand the impact of climate changes and establish conservation plans for migratory species.

La distribution circumpolaire de la morue arctique (Boreogadus saida) s’étend dans toutes les mers arctiques. La morue arctique occupe une place unique dans le réseau alimentaire marin arctique en assurant le transfert d’énergie entre les espèces des niveaux trophiques inférieurs et les grands prédateurs arctiques tels que les mammifères et les oiseaux marins. Afin de limiter la vulnérabilité des morues juvéniles à la prédation et/ou au cannibalisme à la fin de la courte saison de croissance en Arctique, la stratégie de reproduction de cette espèce clé vise l’atteinte d’une taille pré-hivernale maximale pour les juvéniles. Deux mécanismes adaptatifs principaux, soit la période d’éclosion et la croissance initiale, influencent la variabilité dans la survie des morues arctiques juvéniles en fonction des conditions environnementales. Dans un écosystème en mutation caractérisé par une forte variabilité saisonnière et interannuelle, les dynamiques d’éclosion et de croissance de la morue arctique ont expressément besoin d’être étudiées. Au cours de la présente étude doctorale, j’ai déterminé la date d’éclosion des morues échantillonnées d’avril à septembre 2004 dans le sud-est de la mer de Beaufort. Les résultats obtenus suggèrent l’existence de deux populations distinctes de larves de morue arctique dans la région d’étude. D’une part, une population côtière dont l’éclosion hâtive (janvier à mars) s’effectuerait à l’intérieur du refuge thermique (T ≥ -0,47) occasionné par les conditions estuariennes du lac Herlinveaux qui s’étend sous la glace côtière en hiver. D’autre part, une population du large dont l’éclosion serait retardée jusqu’au printemps (avril à juin) et coïnciderait avec la dislocation du couvert de glace marine ainsi que le déclenchement vernal de la production biologique sur le plateau Mackenzie et dans le golfe d’Amundsen. Les missions d’échantillonnage automnales de 2002 à 2006 ont permis de décrire la variabilité interannuelle dans les patrons d’éclosion des juvéniles de morue arctique. Cette variabilité repose principalement sur la proportion relative des morues survivantes d’éclosion hâtive pour chaque année échantillonnée et semble reliée aux variations des facteurs environnementaux dominants de l’habitat. En définitive, cette étude doctorale a permis de mieux documenter la stratégie de reproduction de la morue arctique dans le sud-est de la mer de Beaufort permettant de maximiser la taille des juvéniles à l’aube du premier hiver sous la glace. / Arctic cod (Boreogadus saida) is widely distributed in circumpolar Arctic seawaters and plays an important role in transferring energy from lower trophic levels to higher predators in the Arctic marine food web. To limit vulnerability of young Arctic cod to predation and/or cannibalism at the end of short Arctic summers, reproductive strategy of this key species has evolved to reach the largest pre-winter size of cod juveniles. Two adaptative mechanisms strongly influence variability in survival of juvenile Arctic cod in relation to environmental conditions: the hatching season and early growth. In a changing Arctic climate that exhibits interannual variations and strong seasonality, hatching and growth dynamics of Arctic cod urgently need to be address. In this study, we first determined the individual hatch dates of juvenile Arctic cod sampled in southeastern Beaufort Sea during fall expeditions over a five-year period (2002-2006) and from April to August in 2004. The results suggest the existence of two distinct populations of larval Arctic cod in the study area. First, an inshore population that hatches early in winter (January to March) in the thermal refuge (T ≥ -0.47) provided by the estuarine waters of Mackenzie Lake extending under landfast ice. Second, an offshore population of delayed hatching (April to June) that coincide with the ice break-up and the vernal onset of biological productivity on the Mackenzie Shelf and in the Amundsen Gulf. The interannual variability (2002-2006) documented in hatching patterns of juvenile cod results from the relative importance of early-winter hatchers surviving each year and is partly related to variations in dominant environmental factor in the habitat. Overall, this study documents the reproductive strategy of Arctic cod in southeastern Beaufort Sea that aim to maximize size of juvenile at the onset of their first winter under the ice.

En nature, le comportement des animaux peut être perturbé par une infection parasitaire. Comme les parasites ont souvent des cycles de vie complexes, la modification comportementale d’un animal parasité est généralement considérée comme une adaptation du parasite qui faciliterait sa propagation à son hôte final. Il est cependant nécessaire d’étudier les mécanismes moléculaires sous-tendant les changements comportementaux d’un animal parasité afin de comprendre comment ces perturbations comportementales évoluent. Une approche robuste pour déterminer si les variations comportementales sont induites par une « manipulation » adaptative pour le parasite (ou si elles sont le résultat d’autres mécanismes) consiste à faire le lien entre l’établissement du parasite sur/dans son hôte et les modifications comportementales reportées chez l’hôte. Un tel lien peut être établi par les sécrétions du parasite, qui représentent une source prometteuse de « facteurs de manipulation » ayant le potentiel d’agir sur le comportement de l’hôte, même lorsque le parasite est éloigné du cerveau de l’hôte. Le système épinoche à trois épines-Schistocephalus solidus est idéal pour étudier l’interaction entre un hôte vertébré et un parasite logé dans la cavité abdominale de son hôte. L’impact de l’infection par ce cestode sur la morphologie, la physiologie et le comportement du poisson a largement été documenté dans le passé. Mais jusqu’à maintenant, nous ne disposons d’aucune information sur les mécanismes moléculaires dont disposent le ver pour interagir avec son hôte. L’objectif de ma thèse de doctorat était d’étudier l’interaction moléculaire entre un hôte vertébré, l’épinoche à trois épines, et son parasite non cérébral, Schistocephalus solidus. Dans un premier temps, pour étudier l’interaction entre un hôte et son parasite, il faut être capable de suivre le parasite tout au long de son développement au sein de l’hôte. Nous avons donc développé et validé une méthode non létale pour détecter S. solidus dans la cavité abdominale de l’épinoche, même lorsque le ou les vers sont peu développés et qu’aucun indice visuel ne permet de suspecter l’infection. La méthode est basée sur la détection par PCR en temps réel de l’ADN environnemental de S. solidus dans les fluides de la cavité iii abdominale de l’épinoche. Dans un second temps, l’étude des interactions hôteparasite requiert l’acquisition de connaissances sur le protéome du parasite (c’està- dire les protéines exprimées dans ses tissus) car la protéomique permet d’identifier à une large échelle les protéines qui pourraient être responsables des changements phénotypiques de l’hôte. Nous avons décrit le protéome de S. solidus en terme de composition et de fonction en utilisant une approche de protéomique à haut débit (LC-MS/MS). Nous avons mis en évidence que les tissus du cestode incluaient des protéines impliquées dans des voies neuronales et la perception sensorielle, ainsi que des protéines spécifiques au ver, qui sont de bons « facteurs de manipulation » candidats pour expliquer les changements de comportements de l’épinoche. Dans un troisième temps, il est nécessaire d’étudier les sécrétions de S. solidus pour obtenir de nouvelles pistes sur les mécanismes moléculaires d’interaction hôte-parasite. Nous avons décrit en terme de composition et de fonction la partie protéique du sécrétome de S. solidus (c’est-à-dire les protéines libérées par le ver dans son environnement externe) en utilisant une approche à haut débit similaire à celle utilisée pour le protéome total. Nous avons trouvé que le sécrétome de S. solidus incluait un total de 25 protéines non détectées dans le protéome et impliquées dans la signalisation cellulaire, dans des fonctions neurales et immunitaires. Ce sont donc d’excellents « facteurs de manipulation » candidats. Nous avons complété notre étude par une approche fonctionnelle en injectant des sécrétions de S. solidus à deux populations d’épinoches non parasitées. Les injections n’ont pas permis de recréer le comportement typique des épinoches parasitées chez des poissons non infectés. Nos résultats suggèrent néanmoins que les sécrétions affectent un comportement relié à la témérité. Les résultats de ma thèse montrent que S. solidus, parasite non cérébral, pourrait « manipuler » en partie le comportement de son hôte vertébré, notamment grâce aux molécules incluses dans ses tissus et ses sécrétions. Cependant, les causes des changements de comportements de l’épinoche parasitée par S. solidus sont probablement multifactorielles. Ma thèse souligne l’importance de l’utilisation combinée d’analyses moléculaires à haut débit et d’approches fonctionnelles pour mieux comprendre la diversité des comportements retrouvés en nature. / In nature, animal behaviours can be disrupted after a parasitic infection. Because parasites often have complex life cycles, it was proposed that these behavioural modifications could be an adaptation of the parasite to enhance its propagation to its final host. However, it is necessary to study the molecular mechanisms underlying the behavioural changes of an infected host in order to better understand how these behavioural perturbations have evolved. A robust approach to determine if the behavioural variations are induced by an adaptive “manipulation” for the parasite (or by other mechanisms) consists in linking the establishment of the parasite on/within its host with the behavioural modifications reported in the host. Such a link can be established by the parasitic secretions, which appear to be a promising source of “manipulation factors” that have the potential to interfere with the host behaviour, even if the parasite does not have a direct access to the host brain. The threespine stickleback- Schistocephalus solidus system is ideal to study the interaction between a vertebrate host and a parasite that is located inside the abdominal cavity of its host. The effects of the infection by the cestode on the morphology, the physiology and the behaviour of the fish have been extensively described in the past. But up to now, we don’t have any information about the molecular mechanisms that could be used by the worm to interact with its host. The objective of my PhD thesis was to study the molecular interaction between a vertebrate host, the threespine stickleback, and its non-cerebral parasite, Schistocephalus solidus. First, studying host–parasite interaction requires tracking the parasite during its development in the host. We developed and validated a nonlethal method to detect S. solidus inside the abdominal cavity of the stickleback, even when the worm(s) is/are small and that no visual clues allow to suspect the infection. The method is based on the detection with a real-time PCR method of the environmental DNA of S. solidus in the fluids of the abdominal cavity of the stickleback. Second, studying host-parasite interaction requires to obtain knowledge about the parasitic proteome (i.e. all the proteins that are expressed in its tissues). Proteomics allow to identify at a large scale all the proteins that could be involved in the phenotypic changes of the host. We described the proteome of S. solidus in terms of composition and function using high throughput proteomics (LC-MS/MS). We demonstrated that the tissues of the cestode included proteins involved in neural pathways and sensory perception, and proteins highly specific to the worm, which are interesting candidate “manipulation factors” to explain the behavioural changes of the stickleback. Third, it is necessary to study the secretions of S. solidus to gain new clues about the molecular mechanisms of host-parasite interaction. We described the protein part of the secretome of S. solidus (i.e. all the proteins that are released by the worm in its external environment) in terms of composition and function using a high throughput method similar to the one used to describe the total proteome. We found that the secretome of S. solidus included a total of 25 proteins that were not detected in the proteome and that were involved in cell-cell signaling, neural and immune functions, thus representing promising candidate “manipulation factors”. We completed our study with a functional approach by injecting secretions of S. solidus in two distinct populations of non-infected sticklebacks. We were not able to re-create the behaviours of infected fish with the injections in non-infected fish. Yet, our results suggest that the secretions affect a behaviour related to boldness. The results of my PhD thesis demonstrate that S. solidus, which is a non-cerebral parasite, could “manipulate” in part the behaviour of its vertebrate host, especially with the molecules included in its tissues and secretions. However, several mechanisms may be responsible for the behavioural changes in the stickleback infected by S. solidus. My PhD thesis emphasizes the importance to use in combination high throughput molecular methods and functional approaches to better understand the diversity of behaviours in nature.

Dans le nord du golfe du Saint-Laurent, l'oursin vert, Strongylocentrotus droebachiensis, est l'herbivore dominant en zone infralittorale rocheuse. Son impact sur la structure et la dynamique des communautés de macrophytes est toutefois peu connu. Le but de mon étude était de caractériser la dynamique de répartition des macrophytes de la zone infralittorale rocheuse de l’archipel de Mingan, puis d’examiner les mécanismes de défense permettant à certains macrophytes dominants de résister au broutage de l’oursin. Des observations et expériences sur huit sites sur des périodes couvrant jusqu’à deux ans ont indiqué que la position de la limite inférieure des ceintures de laminaires variait grandement dans le temps et entre les sites et était principalement contrôlée par le broutage de l’oursin. L'abrasion par les glaces et la formation de barrières algales limitant le déplacement des oursins ont vraisemblablement affecté cette variation. En zone dénudée, une grande stabilité temporelle caractérisait la distribution et l’abondance de la phaéophycée pérenne Agarum cribrosum. L’agrégation d’A. cribrosum en plaques résilientes à de faibles perturbations favorisait le recrutement algal, dont la rhodophycée Ptilota serrata. L’évitement du broutage de l’oursin par les juvéniles d’A. cribrosum reposait sur leur association avec la phaéophycée annuelle Desmarestia viridis. Pour les juvéniles évoluant sous un couvert de D. viridis, le coût d’une perte de croissance était nettement compensé par le bénéfice d’une réduction du broutage. Des expériences en laboratoire ont établi que la répulsion de l’oursin par D. viridis était principalement due au mouvement de balayage de l’algue, résultat de l’effet combiné de sa délicate morphologie et de l’action des vagues puis, dans une faible mesure, de sa composition chimique. Les attaques de l’oursin sur D. viridis augmentaient avec la densité de l’oursin mais diminuaient avec l’augmentation du mouvement de l’eau. / In the northern Gulf of St. Lawrence, the green sea urchin, Strongylocentrotus droebachiensis, is the dominant herbivore in the rocky subtidal zone. Its impact on the structure and dynamics of algal communities is, however, poorly known. The objective of my study was to characterize the dynamics in the distribution and abundance of macrophytes in the rocky subtidal zone in the Mingan Islands, and to examine the mechanisms of defense that allow dominant macrophytes to resist urchin grazing. Observations and experiments at eight sites over periods of up to two years indicated that the position of the lower limit of the kelp beds varied markedly through time and among sites and was largely controlled by urchin grazing. Ice souring and the formation of algal barriers that reduced urchin displacement likely affected this variation. In the barrens zone, there was a high temporal stability in the distribution and abundance of the perennial phaeophyte Agarum cribrosum. The aggregation of A. cribrosum into patches resilient to small disturbances enhanced algal recruitment, notably that of the rhodophyte Ptilota serrata. The avoidance of urchin grazing by juveniles of A. cribrosum was related to their association with the annual phaeophyte Desmarestia viridis. For juveniles, the cost of a reduced growth under a D. viridis canopy was clearly outweighed by the benefit of reduced urchin grazing. Laboratory experiments established that the repulsion of urchins by D. viridis was primarily due to the sweeping motion of the alga resulting from the interaction between its delicately-branched morphology and wave action and, to a lesser extent, by its chemical make-up. Urchin attacks on D. viridis increased with urchin density, but decreased with increased water motion.