L’objectif de cette thèse est d’examiner les liens entre la dynamique prédateurs-proies, les stratégies de reproduction et la structure spatiale des colonies chez la Grande Oie des neiges (Chen caerulescens atlantica) nichant dans le Haut Arctique canadien. Nous avons récolté les données de 2002 à 2005 et exploité certaines bases de données recueillies antérieurement sur l’Île Bylot (Nunavut, Canada). Nous avons identifié des mécanismes pouvant expliquer des différences dans le succès de nidification entre deux types de milieux. Nous avons d’abord montré que les habitats humides peuvent fournir des refuges contre la prédation car leur structure réduirait le succès de chasse de renards arctiques (Alopex lagopus; le principal prédateur des oies) en limitant leur vitesse d’attaque des nids. De plus, la qualité de tels refuges varierait en fonction du cycle de lemmings, la principale proie de ce prédateur. La disponibilité en eau serait également un déterminant majeur du succès de nidification. Les femelles augmentent leur risque de prédation lorsqu’elles quittent leur nid pour boire, un élément critique en milieu mésique où l’accès à l’eau est limité. En manipulant expérimentalement la disponibilité en eau, nous avons observé une augmentation du succès de nidification de plus de 20% par rapport à des nids témoins. De plus, nous montrons une relation positive entre l’abondance des pluies et le succès, la présence de mares d’eaux formées par la pluie à proximité des nids réduisant le risque de prédation sur les nids. Nous avons également trouvé que les oies montrent une fidélité modérée au site spécifique de nidification, probablement en réponse aux variations dans les patrons d’enneigement au printemps et le faible coût de changement de site sur le succès de nidification. Par contre, les oies seraient fidèles à l’échelle des habitats, les milieux humides étant favorisés pour leurs avantages en termes de risques de prédation. Enfin, nous avons détecté une structure génétique à une échelle spatiale fine (quelques kilomètres) entre les sites d’élevage des jeunes mais pas de structure sur la base des sites de nidification à l’intérieur de la colonie. Tout en soulignant l’importance de travailler à différentes échelles spatiales et temporelles, notre travail démontre comment des mécanismes prédateurs-proies subtils peuvent influencer la stratégie de reproduction des oiseaux. / The main objective of this thesis is to examine factors linking predator-prey relationships, breeding strategies and spatial structure inside colonies of greater snow geese (Chen caerulescens atlantica). We collected data from 2002 to 2005 and used some data collected in previous years at Bylot Island (Nunavut, Canada). We first explored how predation, the main determinant of nesting success, was affected by habitat heterogeneity. We showed that wetlands could provide refuges for geese because polygon-patterned grounds decrease travel speed and success of their main predator, the arctic fox (Alopex lagopus). The quality of these refuges varied according to the lemming cycle (the main prey of foxes) with foxes feeding on goose eggs during years of low lemming abundance. Our study also demonstrated that water availability is a major determinant of goose nesting success. First, geese nesting in mesic tundra experienced higher predation risks than those nesting in wetlands due to limited availability of water. Second, by experimentally manipulating water availability, we recorded a 20% increase of nesting success relatively to control nests. Third, we showed a positive relationship between rainfall abundance and nesting success. Nests were less exposed to predators because females were able to reach nearby water holes resulting from recent rainfall accumulation. We found a low fidelity to a specific nesting site, which could result from variable patterns of spring snow-melt and the limited consequences of changing sites. Nonetheless, geese showed fidelity towards habitat type yet geese nest preferentially in wetlands where they experienced lower predation risks. Finally, we explored how dispersal strategies could determine patterns of population genetic structure. We detected a fine-scale genetic structure (few km) among rearing sites but not among nesting sites inside the colony. To conclude, this thesis provides a framework to understand population dynamic and distribution by using multiple-scale analyses of mechanisms driving predator-prey relationships.

La morue arctique (Boreogadus saida) joue un rôle crucial dans l’écosystème marin arctique. Cette étude décrit pour la première fois la saison d’éclosion, la croissance et la survie larvaire de la morue arctique en mer de Laptev (océan Arctique sibérien). La saison d’éclosion y est hâtive et longue (janvier à juillet) par rapport aux polynies des eaux du Nord et du Nord-Est (mai et juin). La taille à l’âge était plus grande de 4 mm en 2005 (année de faible englacement) qu’en 2003 (année de fort englacement). La survie des larves dépendrait en grande partie des conditions de glace, plus spécialement de l’ampleur et de la durée de l’ouverture des polynies hivernales, caractéristique clé de la mer de Laptev qui démontre de fortes variations interannuelles. En particulier, l’absence de larve survivante pour la période de janvier à la mi-mars 2003 correspondait à l’absence de polynie dans la région d’étude. / Arctic cod (Boreogadus saida) plays a crucial role in the marine Arctic ecosystem. For the first time, the hatching season, and the early growth and survival of Arctic cod are described for the Laptev Sea. The hatching season was early and long (January to July) compared to the North Water and Northeast Water Polynyas (May-June). Length at age was 4 mm longer in 2005 (a year of low ice cover) than in 2003 (heavy ice cover). Larval survival could depend mainly on ice conditions, particularly on the extent and duration of opening of winter polynyas, a key feature of the Laptev Sea that shows strong interannual variations. In particular, the absence of surviving larvae for the period of January to mid-March 2003 coincided with the absence of polynya in the study area.

Ribosomal transcription produces RNAs essential for the structure and function of the ribosomes. The up-regulation of this transcription during growth is known to address the increased needs of the cell for proteins and thus for ribosomes. However, the mechanisms involved in this regulation are not well characterized. Our laboratory was the first to demonstrate a direct link between growth and ribosomal transcription. Stimulation of mammalian cells with serum or EGF causes an immediate increase in ribosomal RNA synthesis. This activation is dependant on the ERK pathway and on the phosphorylation of the architectural factor UBF by ERK. However, the increase of transcription resulting from this stimulation is not correlated with an increase in RNA polymerase I loading on the ribosomal genes but is rather explained by a higher elongation rate of the polymerase. We also showed that UBF blocks elongation when it is not phosphorylated and is permissive to it when it is phosphorylated by ERK. These results argue against the actual model suggesting that regulation occurs only at initiation level and demonstrate for the first time the existence of a regulation at the elongation level. Theoretically, ribosomal transcription could also be regulated at the level of gene activation since more than half of the ribosomal genes are silenced at ail times. According to the current view, DNA methylation is involved in the silencing process, but we have found that, at least in human cells, it is only important to silence a certain portion of the ribosomal genes. Loss of methylation following genetic inactivation of both DNA methyltransferase 1 and 3b in human colorectal carcinoma cell line results in a decrease in both ribosomal transcription and proliferation rates and in defects in ribosomal RNA processing and nucleolar structure. Moreover, loss of DNA methylation leads to an ingression of RNA polymerase II in the ribosomal locus thus probably causing the problems observed in these cells. We suggest that both DNA methylation and regulation of the elongation rates are essential mechanisms to maintain a high density of RNA polymerase I elongating complexes on the ribosomal genes in order to exclude RNA polymerase II and ensure an efficient ribosome biogenesis. / La transcription ribosomale synthétise les ARN qui sont au coeur de la fonction et de la structure des ribosomes. L'augmentation de cette transcription en condition de croissance est connue et répond aux besoins accrus de la cellule en protéines et donc en ribosomes. Toutefois, les mécanismes impliqués dans cette régulation étaient inconnus. Notre laboratoire a montré l'existence d'un lien direct entre la croissance et la transcription ribosomale. Nous avons montré que la stimulation de cellules de mammifères par le facteur EGF ou l'ajout de sérum cause une augmentation rapide de la transcription ribosomale. Cette activation est dépendante de la voie ERK qui cible le facteur architectural UBF. Nous avons aussi montré que cette stimulation n'entraîne pas de recrutement massif d'ARN polymérases 1 aux gènes ribosomaux, et ce malgré l'augmentation de la synthèse d'ARN ribosomaux. Par contre, la vitesse d'élongation de la polymérase explique quantitativement cette augmentation et celle-ci est régulée par l'état de phosphorylation d'UBF par ERK. Ces résultats remettent en question le modèle actuel de régulation unique au niveau de l'initiation des transcrits et démontrent pour la première fois l'existence d'une régulation au niveau de l'élongation. La proportion élevée de gènes ribosomaux silencieux suggère que ceux-ci puissent être activés et constituer un troisième niveau de régulation de la transcription ribosomale. La méthylation de l'ADN est suggérée comme étant importante pour l'établissement et le maintien de ces gènes dans un état silencieux. Or, nous avons montré que la méthylation de l'ADN explique l'état silencieux d'une partie et non de la totalité de ces gènes dans des cellules humaines en culture. De plus, nous avons montré que la perte de méthylation, suite à l'inactivation génique de DNMTl et 3b, entraîne une diminution de la transcription ribosomale et de la vitesse de prolifération ainsi que des défauts dans la transformation de TARN précurseur et dans la structure nucléolaire. De plus, la perte de méthylation entraîne une incursion de TARN polymérase II dans le locus ribosomal ce qui cause vraisemblablement les problèmes observés. Nous suggérons que la méthylation de l'ADN et la régulation de l'élongation des transcrits sont des mécanismes essentiels pour le maintien d'une forte densité de complexes en élongation sur les gènes ribosomaux de façon à exclure TARN polymérase II pour ainsi assurer une biogenèse efficace des ribosomes.

Dans les régions nordiques, les changements climatiques sur les milieux terrestres auront des conséquences encore peu connues sur les écosystèmes aquatiques. La fonte du pergélisol et le changement de la composition végétale auront pour effets de libérer des concentrations élevées de matière organique allochtone vers les écosystèmes aquatiques. Cette matière organique dissoute colorée (CDOM) joue un rôle majeur dans l'atténuation de l'éclairement subaquatique. Cette étude s'intéresse aux effets optiques de la qualité et de la quantité du CDOM en système estuarien nordique. Le CDOM des systèmes d'estuaires de la Grande Rivière de la Baleine et du fleuve Mackenzie a été caractérisé par absorption et par fluorescence synchrone. Ces analyses ont révélé des différences fondamentales entre ces deux systèmes en terme de qualité et de quantité de CDOM. Cependant, une signature de fluorescence particulière a été mise en évidence pour le CDOM nordique, celle-ci étant plus constante que les propriétés d'absorption du CDOM. L'importance optique du CDOM dans l'atténuation de la radiation solaire a été observée dans le système estuarien du fleuve Mackenzie, rivière reconnue pour l'influence des particules sur l'éclairement subaquatique. Les stratégies pigmentaires, la composition du phytoplancton et la production primaire ont également été mesurés. Le CDOM et la matière particulaire contrôlaient l'éclairement dans le visible (400-700 nm), mais seule le CDOM affectait la radiation ultraviolette (<400 nm). Contrairement à la matière particulaire, l'effet optique du CDOM fluvial était mesurable même au-delà de l'épanchement du fleuve Mackenzie, sur le plateau de la Mer de Beaufort. L'impact d'un accroissement de la concentration de CDOM allochtone sur la production primaire a été mesuré dans le système d'estuaire de la Grande Rivière de la Baleine. Les analyses par modélisation ont montré que les modifications du régime spectral affectent la quantité d'éclairement disponible pour la photosynthèse, la profondeur de la zone euphotique, ainsi que le couplage spectral du phytoplancton. En utilisant l'approche expérimentale, les paramètres photosynthétiques ont été mesurés sous un régime spectral modifié par une concentration accrue de CDOM allochtone. Ceci a permis de démontrer que de hautes concentrations de CDOM contribuent à une réduction significative de la production primaire dans la colonne d'eau.

La compréhension de la dynamique des populations sauvages est un enjeu majeur au niveau de la gestion et de la conservation des espèces. Il est dorénavant largement accepté dans la littérature que certains plans d'eau douce abritent plusieurs populations de poissons plutôt qu'une simple population panmictique. Étant le plus grand lac naturel au Québec, le Lac Mistassini nous offre, par son éloignement et son intégrité écologique, un site exceptionnel pour l'étude des processus comportementaux et écologiques influençant la trajectoire évolutive des espèces aquatiques y habitant. Ayant pour sujet le doré jaune (Sander vitreus), ce mémoire de maîtrise porte plus spécifiquement sur l'étude de la structure génétique, des processus de dispersion et de migration ainsi que sur la distribution spatiale et temporelle des populations de cette espèce au Lac Mistassini. Les résultats de cette étude mettent en évidence l'importance et la pertinence de l'utilisation des méthodes génétiques d'assignations populationnelles afin d'élucider certains éléments composants la dynamique des populations sauvages. Parmi ces éléments, les processus comportementaux tels que la dispersion asymétrique et le partage de l'espace entre les populations ont été identifiés comme étant partiellement responsables de l'apparition et du maintient de la structuration génétique chez cette espèce. / Understanding the dynamics of wild populations is a major asset in concern with management and conservation of species. Recent literature largely supports the fact that some freshwater Systems are composed of many genetically distinct fish populations, instead of one large panmictic population. Being remote and pristine, Mistassini Lake, the largest natural lake in Québec's province, offers exceptional opportunities for the study of behavioral and ecological processes influencing the evolutionary pathway of aquatic species. This master's thesis specifically aims at determining genetic structure, identifying patterns of dispersal and migration as well as resulting spatial and temporal distribution of Mistassini Lake walleye (Sander vitreus) populations. Results underline the importance of using population assignment methods in order to elucidate parameters composing dynamics of wild populations. Behavioural processes such as asymmetrical dispersal and spatial partitioning between populations were identified as being partly responsible for the apparition and maintenance of stable genetic structuring within this species.

Une des difficultés majeures de la biologie des invasions est de prédire l'effet des interactions entre les espèces exotiques et natives à tous les échelons de l'écosystème, tant au niveau écologique qu'évolutif. Dans les cours d'eau du Québec (Canada), la truite arcen-ciel {Oncorhynchus mykiss) a été introduite pour satisfaire une demande halieutique et aquacole. Elle interagit avec une espèce native à caractère économique, le saumon Atlantique (Salmo salar). Le but de cette thèse était d'étudier les interactions entre ces deux espèces dans un contexte écosystémique intégré et d'en évaluer les conséquences écologiques et évolutives chez l'espèce native. Des mesures d'utilisation d'habitat ont montré que les deux espèces coexistaient spatialement dans la rivière Malbaie au stade alevin. En milieu semi-naturel, nous avons mis en évidence une compétition par interférence imposée par les alevins de truites, qui forçait les jeunes saumons à être plus actifs pendant le jour. Cet effet persistait lorsque les saumons étaient soumis à un risque de prédation par des adultes de truites arc-en-ciel (piscivores). En conséquence, la présence de jeunes truites augmente les risques de prédation des alevins de saumons (le jour étant une période particulièrement critique en terme de risque de prédation). De plus, nous avons démontré que l'introduction de truites juvéniles et/ou adultes ne modifiait pas les relations trophiques entre les saumons, les invertébrés brouteurs et le périphyton. Ce sont la vitesse de courant et les effets bottom-up qui modulent cette chaîne trophique, limitant ainsi les effets indirects de l'espèce exotique sur l'écosystème. En laboratoire, la compétition affectait les liens de dominance au sein des groupes de saumons ainsi que les relations croissance-comportements, suggérant ainsi que la truite arc-en-ciel pourrait potentiellement modifier les pressions de sélection naturelle. Finalement, malgré les effets importants de la truite, les relations hétérozygotie - fitness présentes chez les alevins de saumons Atlantique ne sont pas affectées par la compétition. Pour conclure, la présence de truites arc-en-ciel pourrait entraîner des conséquences écologiques et évolutives chez l'espèce native. Au niveau écosystémique, les impacts de l'espèce exotique étaient mineurs, probablement en raison des particularités abiotiques de la rivière Malbaie. / One of the major difficulties in studying biological invasions is to accurately predict both the ecological and the evolutionary consequences of interaction between exotic and native species. In the Province of Québec (Canada), rainbow trout {Oncorhynchus mykiss) has been introduced in several watersheds for sport fishing and fisheries purposes. This species interacts with an economically important native species, the Atlantic salmon (Salmo salar). The goal of this thesis was to study biotic interactions between both species within an ecosystemic framework and to evaluate the ecological and evolutionary consequences of rainbow trout on Atlantic salmon. In Malbaie River, habitat measurements showed that the juveniles of these two species display important spatial niche overlap. In a semi-natural experiment, we demonstrated that the competition by interference imposed by juvenile rainbow trout forced juvenile Altantic salmon to be more active during daytime. This effect was persistent even if juvenile salmon were simultaneously exposed to predatory cues emited by piscivorous adult rainbow trout. By consequence, juvenile Atlantic salmon were more prone to be predated upon when they are in the presence of juvenile rainbow trout (daytime is considered as a critical period enhancing the risk of being preyed upon). Moreover, we showed that the introduction of juvenile and/or adult rainbow trout did not modify trophic relationships between salmon, aquatic invertebrates and periphyton. The water velocity and bottom-up processes shaped such trophic relationships, thus limiting the indirect effects of the exotic species on ecosystem functioning. In the laboratory, we demonstrated that competition with the rainbow trout disrupted the dominance hierarchies within a group of salmon and the relationships between growth and several behaviours. These results suggest that rainbow trout may potentially modify natural selective pressure. Finally, in spite of significant effects of rainbow trout on salmon behaviours, the relationships between heterozygosity and fitness we found in juveniles Atlantic salmon were not affected by competitive interactions between species. To conclude, the presence of rainbow trout could have ecological and evolutionary consequences on population of Atlantic salmon. At the ecosystem level, the impacts of the exotic species were low, probably resulting from abiotic particularity of the River Malbaie.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2006-2007 / Les pergélisols nordiques contiennent une quantité significative de carbone organique. Or, son utilisation par les microorganismes dans les rivières et l’océan Arctique est peu connue. Au cours de l’Arctic River-Delta Experiment (ARDEX), des variables environnementales et microbiologiques furent mesurées le long d’un transect de 300 km entre le fleuve Mackenzie et la mer de Beaufort (juillet-août 2004). Nous voulions étudier les gradients fluviaux et estuariens de la structure et de l’activité de la communauté microbienne et évaluer l’influence des UV et de l’approvisionnement en carbone sur les processus bactériens. La communauté microbienne a changé le long du transect et les bactéries attachées aux particules jouaient un rôle majeur dans le fleuve et la zone de transition. Le métabolisme bactérien était limité par la disponibilité du carbone dans le fleuve Mackenzie. La photodégradation a augmenté la labilité du carbone organique dans le fleuve, mais l’a diminuée dans la mer de Beaufort. / Globally significant quantities of organic carbon are stored in northern permafrost soils, but little is known about how this carbon is processed by microbial communities once it enters rivers and is transported to the coastal Arctic Ocean. As part of the Arctic River-Delta Experiment (ARDEX), we measured environmental and microbiological variables along a 300 km transect across the Mackenzie River and coastal Beaufort Sea in July-August 2004 to investigate the river and estuarine gradients in microbial community structure and activity, and to evaluate the influence of UV exposure and carbon supply on bacterial processes in these ecosystems. Microbial community structure changed along the transect and the contribution of particle-attached bacteria was significantly higher in riverine and transition zone stations. Experimental results showed that bacterial metabolism was carbon limited in the Mackenzie River. Photodegradation increased organic carbon biolability in the Mackenzie River and decreased it in the Beaufort Sea.

Les différences spatiales existant dans les conditions environnementales peuvent favoriser l’apparition de réponses physiologiques plastiques de la part de plusieurs organismes. Ainsi, des environnements divergents, mais stables temporellement, peuvent mener à la création de différences physiologiques intrinsèques chez un organisme. Le but de cette thèse est de déterminer si les populations contigües chez les adultes des moules zébrée et quagga (Dreissena polymorpha et D. bugensis respectivement) dans un environnement où les contraintes sont distribuées sous forme de mosaïque peuvent favoriser l’apparition de traits divergents. Si tel est le cas, nous déterminerons si les différences enregistrées sont plastiques ou sont des ajustements irréversibles. La comparaison entre des masses d’eau du Saint-Laurent contrastées en terme de physico-chimie de l’eau à permis d’identifier des différences en termes d’indice de condition (contenu en glycogène, ratio ARN/ADN, résistance et masse de la coquille). La réponse enregistrée pour les tissus des moules zébrées et quagga sont similaires, cependant la coquille plus légère (mince) des moules quagga semble lui conférer un avantage lorsque les deux espèces coexistent. Les échantillonnage effectués en milieu naturel et en laboratoire ont démontrés que la distribution en amont des moules zébrés est limitée par l’intrusion saline. Cependant, il semble que les individus retrouvés dans la zone où se retrouve l’intrusion saline sont en meilleur condition (masse des tissus mous vs. la taille de la coquille) que ceux échantillonnés en amont dans la section d’eau douce. Afin de déterminer si les différenciations observées entre les populations locales sont de nature plastique ou sont issues de différenciation physiologique irréversible, nous avons effectué des expériences de transfert réciproque entre les moules en provenance des masses d’eau des Grand Lacs et ceux de l’estuaire moyen. Les résultats indiquent que le taux de croissance de la coquille dépend de l’origine de la population, est indépendante du site de transfert. En comparaison, le ratio ARN/ADN, qui représente une mesure à court terme de la condition et de la croissance, est significativement plus élevé pour les moules en provenance de l’estuaire. Dans le milieu fluvial (eau douce) ou les deux espèces coexistent, les moules quagga croissent plus rapidement que les moules zébrées. Ce résultat va de pair avec l’observation du remplacement des moules zébrées par les moules quagga qui s’opère actuellement dans le système des Grand Lacs –fleuve Saint-Laurent. Il semble cependant que les moules quagga ne performent pas aussi bien que les moules zébrées en milieu estuarien. Ainsi, cela suggère que leur influence risque d’être limité aux régions exclusivement d’eau douce, à moins bien sur qu’elle ne puissent s’ajuster physiologiquement comme le font les moules zébrées. La comparaison de la croissance des coquilles entre les périodes estivales et hivernales indique que la période estivale est plus productive. La moule quagga exhibe un taux de croissance supérieur à celui des moules zébrées pour l’été 2002, hiver 2002 et l’hiver 2003 mais cette observation est inversée pour l’été 2003. / Spatial differences in environmental conditions can lead to plastic physiological responses in many organisms. Yet stable but divergent environmental conditions over multiple generations can produce intrinsic local differences in an organism’s physiology. The goal of this research is to determine whether a contiguous population of adult zebra and quagga mussel (Dreissena polymorpha and D. bugensis) in a stable mosaic of environmental constraints has developed divergent traits and if so are they plastic or irreversible adjustments. Comparison among contrasting St. Lawrence River water-masses found population differentiation in condition (tissue glycogen content, RNA/DNA ratio of tissue as well as shell strength and mass. Though the soft tissue responses of zebra and quagga mussels were similar, the lighter shell of the quagga mussels appears to be an advantage where the two species co-occur. Field sampling and laboratory experiments show that the downstream distribution of zebra mussels is constrained by the tidal intrusion of salinity, but counter-intuitively that the animals at this limit were actually in better condition than those upriver. To explore whether the observed population differentiation represents plasticity or alternatively intrinsic local differentiation, reciprocal transplants of adult mussels from the fluvial estuary and the Great Lakes water masses were conducted. Results indicate that shell growth depends on source population, independent of the environment (river source mussels > estuary source mussels). In contrast, RNA/DNA ratio, a short-term measure of tissue condition and growth, was significantly higher for estuary mussels. In the riverine environment where they coexist, quagga mussels grew faster than zebra mussels, supporting observations that they are displacing zebra mussels throughout the Great Lakes – St. Lawrence system. Yet quagga mussels did not perform as well in the estuarine environment suggesting that their influence will be limited to the strictly freshwater unless they can adjust physiologically as zebra mussels did. Comparisons of shell growth between summer and winter transplants indicated that summer is more productive and that quagga mussels grow faster than zebra mussels. Yet the summer growth rates of the two species measured at the same site in consecutive years reversed, indicating both spatial and temporal components to growth and production.