Le système locomoteur relativement simple du pétoncle en fait un modèle animal idéal pour étudier les liens entre la performance locomotrice et les différentes composantes du système locomoteur. Cinq espèces de pétoncles (Amusuim balloti, Placopecten magellanicus, Pecten fumatus, Mimachalmys asperrima, Crassadoma gigantea), présentant une morphologie de la coquille et un comportement de nage variés, ont été comparées au niveau du comportement de nage, des capacités métaboliques du muscle adducteur, des propriétés mécaniques du ligament et de la morphologie de la coquille et du muscle adducteur. Les mesures de force lors d’une réponse de fuite simulée ont révélé que l’utilisation des deux parties du muscle adducteur varie grandement entre les espèces et varie aussi avec la morphologie de la coquille et le mode de vie. Ainsi, les pétoncles avec une coquille hydrodynamique utilisent principalement les contractions phasiques alors que les pétoncles avec une coquille de forme plutôt désavantageuse pour la nage utilisent majoritairement les contractions toniques. Aussi, le patron d’utilisation des deux parties du muscle peut être modifié afin de compenser pour une coquille de forme désavantageuse pour la nage. Les capacités métaboliques du muscle adducteur phasique reflètent le patron d’utilisation du muscle des différentes espèces. La résilience du ligament des pétoncles varie entre les espèces avec P. fumatus ayant la résilience la plus élevée. Les caractéristiques morphologiques de la coquille et du muscle adducteur diffèrent entre les espèces étudiées, mais ne reflètent pas toujours la stratégie de nage. Les analyses en composantes principales ont révélé que l’épaisseur et la masse de la coquille, la masse du muscle adducteur et les attributs morphologiques apparentés, sont étroitement liés à l’endurance de la réponse de fuite. L’intensité de cette réponse est, quant à elle, principalement prédite par l’allongement de la coquille et l’oblicité du muscle adducteur. Les liens fonctionnels et évolutifs entre la performance locomotrice et les différentes composantes du système locomoteur sont le résultat de compromis imposés par le style de vie, le type d’environnement et de prédateurs où évolue le pétoncle. Chez les pétoncles, il est important d’intégrer les différents niveaux d’organisation de l’animal car bien souvent la forme ne révèle pas tout. / Due to the relative simplicity of its locomotor system, scallops are ideal for studying the links between the locomotory performance and the various components of its system. The swimming behaviour, adductor muscle metabolic capacities, and ligament properties as well as the morphology of the shell and the adductor muscle of five scallop species (Amusuim balloti, Placopecten magellanicus, Pecten fumatus, Mimachalmys asperrima, Crassadoma gigantea), each with different shell morphology and swimming behaviour, were compared. Force recording measurements during a simulated escape response revealed that the utilisation of the two parts of the adductor muscle varies markedly between the species and also varies with the shell morphology and the lifestyle of the scallop. Thus, scallop species with hydrodynamic shell shape tend to use mainly phasic contractions, while species with shell shape disadvantageous for swimming rely mostly upon tonic contractions. Also, the use of phasic and tonic muscle can be a way for scallops to compensate for a disadvantageous shell shape. The metabolic capacities of the phasic adductor muscle reflect the muscle use in the different species. The ligament resilience varied between the species, with Pecten fumatus having the highest resilience. Morphological characteristics of the shell and the adductor muscle vary between the scallop species, but do not always reflect the swimming strategy. Principal component analysis revealed that the width and mass of the shell, muscle mass and related morphological attributes, were closely linked with swimming endurance. Swimming intensity was best predicted by the aspect ratio and the obliqueness of the adductor muscle. Functional and evolutive links between locomotor performance and the various components of the locomotor system are the result of compromises imposed by the scallop life style, the type of habitat and predators present where the scallop evolves. It is important to consider and integrate the various level of organisation, as often the form does not reveal everything in scallops.

Les protéines sont les machines moléculaires permettant à la cellule d’accomplir des fonctions biologiques. Pour accomplir ces fonctions, les protéines interagissent souvent entre elles de manière réversible et régulable, ce qui permet à la cellule de s’adapter rapidement à un environnement souvent instable en modulant ces interactions. Par conséquent, l’étude de la dynamique des interactions protéine-protéine est essentielle pour comprendre comment les cellules s’adaptent à diverses perturbations. Les deux chapitres de ce mémoire illustrent respectivement le développement d’une méthode pour identifier et quantifier des modulations d’interactions protéine-protéine en réponse à des perturbations environnementales et comment ces interactions peuvent être utilisées pour disséquer le réseau de régulation d’une protéine phosphatase, la calcineurine, à l’aide de perturbations génétiques. Ensemble, ces deux chapitres illustrent comment l’utilisation d’approches de perturbation du réseau d’interactions protéine-protéine permet de disséquer des processus cellulaires complexes. / Proteins are the molecular machines allowing the cell to accomplish a myriad of biological functions. To do so, proteins physically interact with each other in a reversible and tunable way, providing the cell a mechanism to quickly adapt to a changing environment. Thus, studying the dynamics of protein-protein interactions is key in understanding how cells adapt to various perturbations. The chapters included in this thesis illustrate the development of a method to identify and quantify changes in protein-protein interactions in response to environmental perturbations and how protein-protein interactions can be used as reporters to dissect the regulatory network of a protein phosphatase, calcineurin, using a network perturbation approach. Together, these two chapters illustrate the utility of network perturbation approaches to dissect complex cellular processes.

Les floraisons printanières phytoplanctoniques sont plus précoces dans environ 11% de l’océan Arctique dû à un retrait plus hâtif des glaces au printemps. Quelles conditions d’éclairement et de photopériode sont nécessaires à l’initiation de cette floraison ? L’étude présentée vise à quantifier l’effet de l’éclairement et de la durée du jour sur la croissance de la Thalassiosira gravida. La T.gravida a été cultivée en laboratoire sous quatre régimes lumineux représentant une fonte précoce de la banquise aux mois de mars, avril, mai et juin dans la baie de Baffin. La T.gravida a montré une capacité de photoacclimatation lui permettant de maintenir un taux de croissance plus élevé et constant d’avril à juin. Les propriétés photosynthétiques de cette diatomée permettent sa croissance si la fonte printanière de la banquise survient au mois de mars. Toutefois, les conditions environnementales favorables à une floraison plus importante seraient celles des mois d’avril et mai.

La dynamique structurale des milieux riverains est influencée par des facteurs écologiques, géomorphologiques et hydrologiques interdépendants. Au Québec subarctique, depuis la régression de la mer de Tyrrell, il a été démontré que les conditions hydroclimatiques ont eu une influence considérable sur la dynamique hydrogéomorphologique des milieux riverains subarctiques. Cette étude, qui s’appuie sur des indicateurs géopédologiques et paléoécologiques ainsi que sur des datations au radiocarbone, a d’ailleurs identifié les principales phases de développement, et ce depuis 4000 ans, de trois types de milieu riverain (les champs de blocs, les plages de sable et les platières végétales) occupant les rives d’une rivière subarctique, la rivière Boniface (57o 45’ N, 76o 20’ O). Ces différentes phases de dynamique hydrogéomorphologique, intimement liées aux variations du niveau d’eau de cette rivière, sont similaires à celles identifiées ailleurs au Québec subarctique et dans certaines régions boréales du Québec.

L’étude de l’utilisation de l’espace permet de comprendre comment les individus se répartissent spatialement et comment ils interagissent entre eux et avec l’environnement. Mon projet portait sur l’utilisation de l’espace des chèvres de montagne en fonction de trois grands types de facteurs : les perturbations anthropiques, les conditions environnementales et la période de reproduction. Dans le cadre de travaux portant sur les impacts potentiels du développement d’un centre de ski alpin, nous avons démontré que les chèvres de montagne évitaient spatialement les perturbations anthropiques. Concernant l’influence des conditions environnementales, nos résultats indiquent que la quantité de neige fraichement tombée limite l’utilisation de l’espace des chèvres de montagne de manière plus importante que l’épaisseur totale de neige au sol. Enfin, durant la période de reproduction, les mâles augmentent leurs déplacements mais l’utilisation de l’espace semble peu influencée par leur masse ou leur âge. Nos résultats illustrent comment l’étude de l’utilisation de l’espace peut contribuer à la conservation de la faune. / Space use studies allow a better understanding of the spatial distribution of individuals and how they interact among themselves and with their environment. We studied space use of mountain goats in relation to three main factors: anthropogenic disturbances, environmental conditions, and the reproductive period. During a project on the potential impacts of the development of a ski station, we showed that mountain goats spatially avoided anthropogenic disturbances linked to recreational activities. Regarding the influence of environmental conditions, our results revealed that recently fallen snow limits mountain goat space use substantially more than cumulative snow depth. Finally, during the reproductive period, males increased movements but age and mass did not affect space use. Our results underline how space use studies can inform wildlife conservation.

À la suite d’une coupe forestière, les parterres en régénération peuvent subir un enfeuillement favorable à l’orignal. L’accroissement des populations de loups qui s’en suit affecte alors les populations du caribou forestier. Ce projet vise à évaluer si la contribution de la coupe forestière à cette compétition apparente varie selon un gradient latitudinal. Nous avons modélisé la sélection d’habitat d’orignaux, de loups et de caribous. Après la prise en compte de l’âge de la coupe, l’enfeuillement des parterres diminuait avec la latitude. La sélection des parterres de coupe par les orignaux et les loups augmentait en fonction de leur enfeuillement. Les caribous évitaient les coupes, particulièrement celles riches en feuillus. La cooccurrence de l’orignal et du loup dans les coupes augmente donc en fonction de l’enfeuillement. Ainsi, la contribution de la coupe forestière à la compétition apparente dans le système orignal-loup-caribou devrait diminuer vers le nord de la forêt boréale. / Moose benefit from deciduous vegetation that becomes increasingly available during the regeneration of logged forests. This numerical response of moose populations can lead to an increase in gray wolf abundance, which impacts forest-dwelling caribou populations. This study evaluates if the contribution of logging to such apparent competition could vary along the latitudinal axis. We modelled habitat selection behaviour of moose, wolves and caribous monitored by telemetry. After controlling for time since harvest, deciduous vegetation availability decreased with increasing latitude. Moose and wolves avoided cutovers with low deciduous vegetation availability, while they selected harvested stands with high deciduous vegetation availability. Caribou avoided cutovers, and their avoidance increased with the level of deciduous regeneration. The co-occurrence between moose and wolves in cutovers increased with deciduous vegetation availability. Therefore, the contribution of logging to the apparent competition in the moose-wolf-caribou system should be stronger in southern than in northern boreal forest.

Dans les environnements marins arctiques, les protistes unicellulaires constituent les premiers maillons du réseau trophique. Les flagellés hétérotrophes (HF) jouent un rôle clé au sein de ce réseau trophique comme brouteurs de bactéries et de phytoplanctons, étant broutés à leur tour par les microzooplanctons comme les dinoflagellés ou les ciliés. Les scientifiques prévoient que les changements environnementaux extrêmes qui ont présentement lieu dans l’Océan Arctique transformeront ces communautés de protistes. Le sujet de cette thèse porte sur la composition taxonomique des communautés marines HF dans l’Océan Arctique, et leur réponse aux facteurs environnementaux. L’approche a été d’utiliser le comptage sur microscope à l’aide de l’hybridation fluorescente in situ pour évaluer l’abondance de deux taxons HF importants, le genre Cryothecomonas et le clade MAST-1 parmi les straménopiles marins. Une approche complémentaire a été de décrire la répartition de tous les taxons HF, y compris l’ordre Cryomonadida, les straménopiles marins, Picozoa, Telonemia, et les choanoflagellés, par l’utilisation du séquençage à haut débit. Les résultats des deux approches nous ont permis de capturer les tendances environnementales sur une large échelle géographique dans l’Arctique. Il a été mis en évidence une composition taxonomique structurée, principalement dû à l’influence de la glace de mer et d’autres facteurs environnementaux. Les cellules de Cryothecomonas semblaient provenir de la glace de mer, et au sein de la colonne d’eau ils se trouvaient les plus nombreuses près du bord de glace. Par contre, les trois sous-clades de MAST-1 étaient retrouvés principalement dans la colonne d’eau, mais répartis différemment par rapport au couvert de glace et les zones marginales de glace. La composition de la totalité de la communauté HF variait aussi par région, avec une plus grande importance de Telonemia et des choanoflagellés dans le Bassin du Canada. Pour plusieurs taxons, nous avons pu identifier un ou deux phylotypes dominants pour une région donnée. L’importance relative de ces taxons devrait changer lors de la retraite de glace continue dans l’Arctique, menant à des changements importants dans les réseaux trophiques et les cycles biogéochimiques. / In marine environments, single-celled protists form the initial links of the food web. Heterotrophic flagellates (HF) play a key role by grazing on bacteria and phytoplankton, being grazed upon in their turn by microzooplankton such as dinoflagellates and ciliates. The extreme environmental changes currently taking place in the Arctic Ocean are expected to transform protist communities. The subject of this thesis is the taxonomic composition of marine HF communities in the Arctic Ocean, and their response to environmental factors. The approach was to use fluorescent oligonucleotide probes to assess the abundance of two important HF taxa, the genus Cryothecomonas and the clade MAST-1 of the marine stramenopiles, via microscope counts. A complementary approach was to describe distribution of all HF taxa, including Cryomonadida, marine stramenopiles, Picozoa, Telonemia and choanoflagellates, by means of high-throughput sequencing. Results from these two approaches allowed us to capture broad environmental trends over a large geographic scale in the Arctic. A picture emerged of taxonomic composition largely structured by the influence of sea ice and other environmental factors. Cryothecomonas cells are inferred to live principally in the sea ice, and in the water column are more numerous close to the ice edge, whereas three sub-clades of MAST-1 are all found principally in the water column but are distributed differently relative to ice cover and marginal ice zones. The composition of the total HF community also varied by region, with a greater importance of Telonemia and choanoflagellates in the Canada Basin. For several taxa it was possible to identify one or two dominant phylotypes in a given region. The relative importance of these taxa is expected to change as sea ice retreat continues in the High Arctic, leading to important changes in trophic webs and biogeochemical cycles.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2013-2014. / Les changements climatiques en Arctique menacent les espèces polaires hyperspécialisées tout en favorisant l’invasion d’espèces boréales et tempérées. La morue arctique (Boreogadus saida) est l’espèce de poisson fourrage la plus abondante de l’Océan Arctique. En 2011, une espèce boréale a toutefois été détectée dans la mer de Beaufort (Arctique canadien). Le lançon du Pacifique (Ammodytes hexapterus) était alors la deuxième espèce en abondance dans l’assemblage d’ichtyoplancton. La présente recherche visait à évaluer les conséquences de l’invasion de cette espèce fourragère boréale sur la morue arctique durant les jeunes stades de vie. Les deux espèces se sont révélées en compétition potentielle au stade juvénile, mais le lançon sélectionnait surtout de petites proies tandis que la morue arctique dépendait des grands copépodes calanoïdes. La diminution prédite de la taille du zooplancton avantagerait le lançon par rapport à la morue arctique et la compétition détectée pourrait donc s’amplifier avec une augmentation de la population de lançons en mer de Beaufort. / Climate change in the Arctic threatens hyper specialized polar species while favouring the invasion of boreal and temperate fish species. In the arctic marine food web, arctic cod (Boreogadus saida) is the key forage fish species. The boreal Pacific sand lance (Ammodytes hexapterus) was recently detected in southeastern Beaufort Sea (Canadian Arctic), numbering as the second most abundant ichthyoplankton species after the arctic cod in 2011. The aim of this research was to elucidate the consequences of this boreal forage fish species invasion on arctic cod during the early life stages. Potential competition was detected during the early juvenile stage but arctic cod strongly relied on big calanoid copepods while Pacific sand lance significantly selected for smaller prey. The forecasted reduction in the size of zooplankton would therefore favour sand lance over arctic cod. The interspecific competition is predicted to amplify as the abundance of sand lance in the Beaufort Sea increases.

L’importance historique du saumon atlantique et son exploitation contemporaine en font une espèce prioritaire en conservation. Cette thèse propose l’atteinte de plusieurs objectifs liés aux différents enjeux de gestion et de conservation touchant l’espèce. De plus, en privilégiant une approche génomique, la mise en évidence des bases génétiques de la divergence adaptative était au cœur de la présente thèse. D’abord, nous avons cherché à évaluer les changements temporels dans la composition génétique d’une population sauvage de saumon atlantique suivant l’introgression de saumon d’élevage. Bien que les résultats n’aient pas montré de changement temporel en termes de richesse allélique ou de diversité génétique, nous avons démontré que cette introgression se traduit par une altération de l’intégrité génétique de la population indigène, incluant une perte possible d’adaptation. Ensuite, nous avons participé au développement et à l’essai d’une biopuce à SNP en réalisant l’étude de génétique des populations la plus détaillée jamais réalisée sur le saumon atlantique. Nos résultats ont révélé trois groupes génétiques régionaux en Europe et des zones de contact secondaire entre ces groupes. Ces zones seraient potentiellement associées à des barrières exogènes et endogènes, ce qui rend l’interprétation équivoque quant à l’influence de l’environnement sur la divergence adaptative. Dans ce contexte, l’objectif suivant de la thèse était d’améliorer notre compréhension des liens entre l’environnement et la divergence génétique des populations. Nos résultats amènent de nouvelles perspectives sur les liens entre la variation environnementale et la divergence génétique neutre et adaptative. Spécifiquement, nous avons montré que le climat et la géologie des rivières étaient significativement associés à la divergence potentiellement adaptative et neutre des populations. Finalement, nous avons cherché à explorer les déterminismes génomiques de la mortalité en mer des saumons atlantiques. Par une méthode novatrice multilocus, nous avons observé un patron de mortalité sélective en mer temporellement répété. Ces résultats supportent l’hypothèse voulant que la sélection cause principalement de petits changements de fréquences alléliques à plusieurs loci covariants plutôt qu’un petit nombre de changements à effet majeur. En somme, cette thèse contribue significativement à l’avancement des connaissances dans plusieurs contextes cruciaux liés à la gestion et la conservation de l’espèce. / The historical significance of Atlantic salmon and its contemporary exploitation have made this species a central focus in conservation biology. This thesis addresses a number of questions linked to important challenges for this species’ conservation and management. Moreover, by emphasizing a genomic approach, we aimed to systematically disentangle neutral and adaptive genetic divergence. First, we documented temporal changes in the genetic make up of a wild Atlantic salmon population following introgression from farmed escapees. Although our results did not show any significant temporal changes in allelic richness and gene diversity, introgression has resulted in significant alterations of the genetic integrity of the native population, including a possible loss of adaptation to wild conditions. Then, we participated in the development and testing of a SNP-array and conducted the most extensive population genetic study on Atlantic salmon to date. We found three major regional genetic groups in Europe and secondary contact zones between those groups. These zones were associated with putative endogenous and exogenous barriers, rendering the interpretation of environmental influence on potentially adaptive divergence equivocal. In this context, the next objective was to improve our understanding of links between the environment and genetic divergence of Atlantic salmon populations. Our results provide valuable insight into the links between environmental variation and both neutral and potentially adaptive genetic divergence. In particular, we have shown that climate and geological characteristics were significantly associated with both potentially adaptive and neutral genetic divergence. Finally, we explored the genomic bases for sea mortality of Atlantic salmon. Using a novel multilocus approach, we observed a pattern of genetically-based selective mortality at sea, which was repeated over time. These results support the hypothesis that selection mainly causes small changes in allele frequencies among many co-varying loci rather than a small number of changes in loci with large effects. Overall, this thesis has significantly improved our knowledge of many critical aspects of Atlantic salmon population genetics, which are tightly linked to conservation and management.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdorales, 2014-2015 / La question des bases structurales du phénotype et de sa variation est une des questions les plus anciennes de la biologie. Le paradigme actuel stipule que le phénotype est exprimé à partir du génotype au travers de réseaux moléculaires dont l’architecture structure l’information génétique. Cette description mécanistique de la carte génotype-phénotype implique que c’est par la perturbation de l’architecture de ces réseaux que des variations génotypiques mènent à des modifications du phénotype. Les protéines constituant le principal vecteur de l’information génétique, comprendre la carte génotype-phénotype requiert de comprendre comment les variations génotypiques perturbent l’architecture du réseau d’interactions protéines-protéines. Au cours de cette thèse, nous avons développé une méthode permettant d’étudier chez la levure Saccharomyces cerevisiae l’impact de la délétion des gènes sur les interactions entre protéines. Nous avons appliqué cette méthode à l’étude des mécanismes moléculaires de la robustesse par lesquels le réseau d’interactions protéines-protéines filtre les variations génotypiques pour préserver le phénotype. Nous avons mis au jour un mécanisme de compensation fonctionnelle entre gènes paralogues basé sur la compensation des interactions protéines-protéines et expliquant un lien entre génotype et phénotype qui était mal compris jusqu’alors. En outre, en appliquant notre méthode à l’identification des régulateurs de la Protéine Kinase A, nous avons approfondi les connaissances sur la façon dont les maîtres régulateurs coordonnent les processus cellulaires et maintiennent l’homéostasie, une propriété distribuée de la robustesse. Ces résultats, et ceux qui seront produits à l’avenir par l’application de cette méthode, promettent une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires par lesquels l’information génétique est transmise du génotype au phénotype, condition essentielle à la compréhension du vivant et de son évolution. / The question of the structural bases of the phenotype and of its evolution is one of the oldest questions in biology. The present paradigm states that the phenotype is expressed from the genotype through molecular networks, the architecture from which structures genetic information. This mechanistic description of the genotype-phenotype map implies that it is through by perturbing of the architecture of these networks that genotypic variations lead to phenotypic modifications. Since proteins are the main vector of genetic information, understanding the genotype-phenotype map requires the understanding of how genotypic variations perturb the architecture of the protein interaction network. In the course of this thesis, we developped a methodology that allows to study the impact of gene deletions on the interactions between proteins in the yeast Saccharomyces cerevisiae. We applied this method to the study of the molecular mechanisms of robustness by which the protein interaction network filters genotypic variations to preserve the phenotype. We uncovered un mechanism of functional compensation between paralogous genes that is based on protein-protein interaction compensation and that explains the poorly understood link between genotype and phenotype. Moreover, we applied our method to the identification of regulators of Protein Kinase A and deepened our knowledge of how master regulators coordinate cellular processes and maintain homeostasis, a distributed property of robustness. These results, and the ones that will be produced in the future by applying this method, promise a better understanding of the molecular mechanisms through which genetic information is transmitted from the genotype to the phenotype, an essential condition for the understanding of life and its evolution.