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.

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.

Ma thèse visait à identifier des mécanismes comportementaux permettant d’expliquer les décisions durant l’approvisionnement des animaux, de même que leur répartition spatiale. J’ai construit des modèles de sélection de parcelles d’alimentation testant l’influence de la mémoire de l’expérience passée, de la dynamique de groupe et de la densité de la population sur la décision d’un animal de revenir dans des sites d’alimentation déjà visités ou d’explorer de nouveaux sites. Mes analyses sont basées sur des données de déplacements de bisons (Bison bison) sauvages et sur leur taux de prise d’énergie dans des prairies naturelles. Les bisons choisissaient les prairies sur la base de leur connectivité, leur distance, leur taille et la profitabilité (c.-à-d., taux instantané potentiel d’acquisition d’énergie digestible) de la végétation qu’elles offrent. La probabilité de choisir une prairie déjà visitée augmentait : 1) après avoir visité une prairie ayant une profitabilité plus faible que les autres récemment visitées, 2) lorsque les autres membres du groupe l’avaient déjà visitée, et 3) lorsque la densité de population était relativement faible. Les décisions prises par les bisons avaient une valeur adaptative puisqu’elles aboutissent à l’utilisation de prairies plus profitables. J’ai également identifié les patrons d’utilisation de l’espace qui émergent de ces comportements en examinant la dynamique temporelle de l’utilisation de l’espace par des individus simulés et des vrais bisons. L’utilisation de l’expérience passée lors du choix de parcelles par des individus simulés entraînait une restriction de la répartition de la population dans les environnements virtuels. De la même façon, l’aire utilisée par chaque bison en milieu naturel et par l’ensemble des membres de la population était plus petite lorsque les animaux choisissaient plus fortement des prairies déjà visitées. Mes résultats démontrent que l’influence de la fidélité au site sur la répartition des animaux peut être aussi importante, voire plus importante, que la simple recherche des parcelles les plus profitables de l’environnement. En conséquence, les efforts visant à prévoir la répartition animale doivent prendre en compte le comportement de fidélité au site basé sur l’expérience passée des animaux, leur comportement social et l’influence de la densité des individus sur ces comportements. / In this thesis, I develop a mechanistic understanding of patch-scale foraging behavior and its effects on animal distribution. I build patch selection models to test how past experience, group dynamics, and population density influence an animal’s decision to return to previously visited sites or explore. I parameterized models using an extensive data set on the movements of wild bison (Bison bison) and their expected mean intake rate of digestible energy of meadows within their range. Bison chose previously visited meadows more often than random while taking into account connectivity, distance, profitability, and size of available meadows. The probability of choosing a previously visited meadow also increased: 1) after visiting a meadow with a lower profitability than recent past experience, 2) when other group members also had previously visited the meadow, and 3) with decreasing population density. I also demonstrate that the decisions bison made had adaptive value as they resulted in the use of more profitable meadows than available options. Finally, I illustrate the emergent space use patterns of these behaviors by using simulation and by examining temporal dynamics in the space use of bison. In comparison to random movement, using memory to incorporate past experience into patch choice decisions resulted in restricted population distribution in simulated landscapes. Likewise, for bison, the area of space used by individuals and the population was smaller when individuals more strongly chose previously visited meadows. My findings suggest that site fidelity behavior is a strong evolutionary force shaping animal distribution. I conclude that efforts to forecast animal distribution, including range dynamics, must take into account site fidelity behavior based on an animal’s past experience as well as its interaction with memory, sociality, and density-dependent processes. This study provides a novel link between memory capabilities of animals, foraging ecology, sociality, density-dependence, and animal distribution.

On observe le déclin progressif de l’anguille d’Amérique sur l’ensemble de son aire de répartition depuis plus de quatre décennies, mais celui-ci semble plus soutenu dans la région du Haut-Saint-Laurent/Lac-Ontario (STLO). Plusieurs mesures de mitigation ont été mises en place, dont le transfert de civelles vers le STLO à partir de régions moins touchées. La translocation fut acceptée sur la base du caractère panmictique de l’espèce. Cependant, certains aspects écologiques interrégionaux, comme la taille à maturité ou le recrutement, semblaient en contradiction avec l’hypothèse de panmixie. Ce projet de thèse a pour but d’aborder cette problématique en testant les hypothèses de panmixie et de plasticité phénotypique chez l’anguille d’Amérique. Au chapitre 2, nous décrivons l’étude de génétique de population de l’anguille d’Amérique la plus complète effectuée à ce jour. L’hypothèse de panmixie devrait désormais être acceptée. Ensuite, pour tester l’hypothèse de la plasticité phénotypique comme mécanisme de la variance interrégionale, nous avons travaillé avec des civelles provenant Nouvelle Écosse (Mira River : MR) et du Québec (Grande rivière Blanche : GRB), en milieux contrôlé (eau douce ou saumâtre). Le chapitre 3 fait état des premiers sept mois d’élevage. On y rapporte un taux de croissance supérieur en eau saumâtre pour tous les groupes. Les anguilles de la MR croissent plus rapidement, tous environnements confondus, que celles du GRB. Les MR présentent une réponse plastique marginalement supérieure aux GRB. Au chapitre 4 nous faisons état de la conclusion de l’expérience de croissance. On y rapporte des sex-ratios identiques pour tous les groupes. Les femelles présentent une distribution bimodale avec deux modes de croissance/maturation : lente (L) ou rapide (R). La MR produit une majorité de R en eau saumâtre et de L en eau douce, alors que GRB produit une majorité de L dans les deux milieux. Le chapitre 5 teste l’hypothèse nulle sous l’angle de la transcriptomique. On y fait état de l’effet de l’environnement, de l’origine et de leur interaction sur de nombreux gènes et groupes fonctionnels. À la lumière des résultats de ces quatre chapitres, nous proposons que la plasticité phénotypique n’exclue pas une base génétique quantitative pour expliquer la variance interrégionale dans les traits phénotypiques et d’histoire de vie. Finalement, dans ce contexte, nous avançons l’hypothèse suivant : la différenciation génétique interrégionale serait le produit de la sélection spatiale variable.

Les principaux objectifs du présent mémoire étaient de quantifier les distributions horizontales et verticales des flux azotés dans différents secteurs de la baie de Baffin et de la mer du Labrador ainsi que d’évaluer la réponse de ces processus à diverses perturbations expérimentales (exposition à la lumière, baisse de pH et enrichissement en ammonium) représentatives des changements actuellement observés dans l’océan Arctique. Contre toutes attentes, les flux azotés ont montré une réponse mineure aux traitements, impliquant toutefois une diminution locale de la nitrification en présence de lumière dans un secteur caractérisé par une fraction supérieure d’eau d’origine Atlantique. Ce dernier résultat suggère une réponse différentielle de la nitrification aux changements de régime lumineux résultant de la fonte des glaces. Les conclusions découlant de cette étude ont contribué à l’amélioration de notre compréhension du cycle de l’azote dans un contexte de changements climatiques rapides.