En milieu naturel, les organismes doivent s’adapter à un environnement lumineux changeant (alternance jour/nuit, couverture nuageuse, habitat, saison, etc.). L'utilisation croissante de longueurs d'ondes spécifiques impliquant des diodes électroluminescentes (DELs) en serres permet de surmonter le manque de lumière pendant les mois d'hiver, en aidant la photosynthèse ou la croissance végétative des cultures. Cependant, la modification de l'environnement lumineux ainsi que de la photopériode peut également modifier directement ou indirectement l'activité des insectes utiles et des insectes nuisibles qui dépendent des plantes. Dans mon étude, nous avons étudié comment une guêpe parasitoïde fait face aux variations du spectre d'éclairement et à quel point la vision des couleurs est importante dans la localisation et la reconnaissance de son hôte. Notre modèle d’étude s’est porté sur la guêpe parasitoïde Aphidius ervi qui attaque principalement le puceron du pois Acyrthosiphon pisum. Les pucerons du pois présentent un polymorphisme de couleur et apparaissent au sein d’une même population sous la forme de morphes roses et de morphes verts. En utilisant un montage basé sur des DELs de 5 longueurs d’ondes différentes (361, 450, 500-600, 626 and 660 nm), nous avons créé différents spectres lumineux artificiels que les parasitoïdes et leurs hôtes peuvent rencontrer dans l’environnement naturel tels que l’ombre des feuilles ou le soleil direct. Ce design nous a permis d’étudier le comportement des insectes face à un environnement lumineux changeant et totalement contrôlable en intensité lumineuse et en composition spectrale, dans un contexte d'activité locomotrice et de parasitisme. Dans l’ensemble, les résultats suggèrent que la probabilité que les pucerons se déplacent dépendait de l’interaction entre l’environnement lumineux, le stade de développement et la variation clonale. Nous avons montré que la probabilité que les parasitoïdes soient actifs diminuait avec l’augmentation des longueurs d’onde. Les mâles étaient plus actifs que les femelles sous toutes les conditions lumineuses monochromatiques testées. Bien que la quantité de lumière réfléchie des morphes roses fût d’environ la moitié de celle des morphes verts dans les composantes cyanvert, nous avons constaté que les deux couleurs d’hôtes ont été reconnues et attaquées dans toutes les conditions d'éclairage testées, même la lumière rouge (660 nm). Enfin, en appliquant 4 ratios de DELs rouges (R): bleues (B) utilisées pour allonger la photopériode à l'intérieur d'une chambre de croissance, nous avons montré que l’allongement de la photophase (de 8h à 16 h de lumière/jour) augmentait l'activité parasitaire quotidienne de la guêpe ainsi que son comportement en matière de ponte. Enfin, les adultes parasitoïdes nouvellement émergés étaient composés de 80 % de mâles en lumière 100R: 0B contre 50 % sous le ratio 25R: 75B. Cette étude indique qu'A. ervi reste un bon agent de lutte biologique lorsque l'environnement lumineux est modifié. Elle est aussi la première à montrer que le ratio de lumière R: B a un impact sur l’allocation des sexes chez ce parasitoïde. Nous pensons que l’utilisation de la lumière rouge seule pour prolonger la photophase peut avoir un effet négatif sur la dynamique des populations de ces parasitoïdes en raison de son impact défavorable sur le sex-ratio en favorisant les mâles, et donc un effet négatif sur le contrôle des populations de pucerons en milieu confiné. / In nature, organisms must adapt to a changing light environment (day / night alternation, cloud cover, habitat, season, etc.). The increasing use of specific wavelengths involving light emitting diodes (LEDs) in greenhouses overcomes the lack of light during winter months, helping photosynthesis or vegetative growth of crops. However, changing light environment as well as photoperiod can also directly or indirectly modify the activity of beneficial insects and plant-related pests. In my study, we investigated how a parasitoid wasp deals with variations in the light environment and how important color vision is in locating and recognizing its host. Our study model focused on the parasitoid wasp Aphidius ervi which mainly attacks the pea aphid Acyrthosiphon pisum. Pea aphids have a color polymorphism and appear within a same population under pink morphs and green morphs. Using a design based on LEDs of 5 different wavelengths (361, 450, 500-600, 626 and 660 nm), we have created different artificial light spectra that parasitoids and their hosts can encounter in natural environment such as leaf-shade or direct sunlight. This design allowed us to study the behavior of insects in a changing light environment that is totally controllable in light intensity and spectral composition, in a context of locomotor activity and parasitism. Overall, the results suggest that the probability of aphids walking depended on the interaction between the light environment, the stage of development, and clonal variation. We have shown that the probability of parasitoids walking decreased with increasing wavelengths, and that males were more active than females under all monochromatic light conditions tested. Although the amount of light reflected from the pink morphs was about half that of the green morphs in the cyan-green components, we found that both host colors were recognized and attacked under all light conditions tested, even red light (660 nm). Finally, by applying 4 ratios of red (R): blue (B) LEDs used to extend the photoperiod inside a growth chamber, we have shown that the photophase elongation (from 8h to 16h of light/day) increased the daily parasitic activity of the wasp and its oviposition behavior. Finally, the newly emerged parasitoid adults were composed of 80% males in light 100R: 0B against 50% under the ratio 25R: 75B. This study indicates that A. ervi remains a good biological control agent under different light environments. This study is also the first to show that the R: B light ratio has an impact on the decision-making of females regarding the sex of their offspring. We believe that the use of red light alone to extend the photophase may have a negative effect on the population dynamics of these parasitoids because of its adverse impact on sex ratio by favoring males, and thus a negative effect on control of aphid populations in confined environment.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2019-2020. / L’hybridation a souvent été considérée comme impossible ou encore comme un faux pas de la part des espèces, donnant naissance à de soi-disant culs-de-sac évolutifs. Les observations de lignées hybrides et l’accumulation de données génomique nous ont permis de comprendre que plusieurs organismes participent à des événements d’hybridation. On reconnaît aujourd’hui l’hybridation comme un mécanisme puissant de génération de nouvelles lignées. Cependant, la contribution de l’hybridation au processus de spéciation est une des questions qui reste en suspens. Quelques exemples de spéciation par hybridation ont été décrits chez les plantes et les animaux, mais peu de données à ce sujet ont été récoltées chez les microorganismes sexués. Les exemples chez les microorganismes se limitent à des organismes ayant un lien intime avec les activités humaines (pathogènes ou ferments). Le manque de données sur les populations naturelles de microorganismes pourrait laisser croire que leurs hybrides sont peu compétitifs ou encore infertiles, menant à leur extinction dans l’environnement. Au cours des travaux effectué dans le cadre cette thèse, nous avons utilisé une approche de génomique des populations sur une collection de souches naturelles de la levure Saccharomyces paradoxus. La biogéographie de cette espèce suggère que les deux lignées indigènes de l’Amérique du Nord sont en cours de spéciation. Nos analyses ont révélé une lignée auparavant cryptique qui est le résultat d’un évènement de spéciation par hybridation entre ces deux espèces naissantes. À l’aide de ce système d’étude, nous avons exploré en laboratoire deux aspects de l’hybridation. Premièrement, nous avons comparé la croissance d'hybrides à celle de leurs lignées parentales dans plusieurs environnements à la recherche d’une performance diminuée des hybrides qui pourrait expliquer leur rareté dans leur environnement naturel. Cette approche nous a permis de montrer que les hybrides de souches naturelles ont souvent des phénotypes supérieurs à ceux des parents. En second lieu, nous avons utilisé une méthode d’évolution expérimentale pour suivre la dynamique de la fertilité après l’hybridation. Les résultats obtenus suggèrent qu’après l’hybridation, les hybrides infertiles peuvent redevenir fertiles rapidement à la suite d’évènements spontanés de duplication du génome. Les résultats présentés dans cette thèse contribuent à l’amélioration des connaissances à propos de la contribution de l'hybridation à la formation de nouvelles espèces, particulièrement chez les organismes unicellulaires. De plus, les souches génétiquement modifiées et évoluées disponibles pourront être utilisées dans le cadre de futures recherches à propos d’autres aspects de l’écologie et de l’évolution des hybrides. / Hybridization was often considered as impossible or as a blunder for species, as it gave birth to so-called evolutionary dead ends. The observations of hybrid lineages and the accumulation of genomic data lead to the realization that hybridization is rather common in multiple organisms. Hybridization is now recognized as a powerful mechanism for the generation of new lineages. One of the questions still pending is about the contribution of hybridization to the speciation process. The few examples of hybrid speciation remain limited to plants and animals. Little data is available for sexual microorganisms which could lead to the belief that their hybrids are poor competitors or suffer from infertility, leading to their extinction in the environment. In the course of this thesis, we used a population genomics approach on a collection of natural isolates of the yeast Saccharomyces paradoxus. The biogeography of this species suggests that the two indigenous lineages found in North America are nascent species. Our analyses revealed a precedently cryptic lineage which rose from the hybridization of the two incipient species. Using this study system in the laboratory, we explored two aspects of hybridization. We first compared the growth of hybrids to their parents’ in multiple environments in search of decreased hybrid performance which could explain their rarity in the natural environment. This approach allowed us to show that hybrids between natural strains often show superior phenotypes when compared to their parents. We then used experimental evolution to follow the dynamics of fertility following hybridization. Our results suggest that initially infertile hybrids can rapidly become fertile again following spontaneaous genome duplication events. The results presented in this thesis contribute to a better understanding of how hybridization can shape the formation of new species, particularly in microorganisms. Also, the genetically modified and evolved strains available can be used in future studies about the ecology and evolution of hybrids.

Comprendre et prédire les conséquences des outils de gestion des populations de poissons exploités par la pêche sportive est un des grands défis de la science de la conservation. Particulièrement, il subsiste une grande incertitude quant aux impacts de l’ensemencement. Bien qu’étant un outil généralement efficace, les ensemencements peuvent engendrer un grand bouleversement pour les populations qui y sont soumises, menaçant d’entraver leur productivité et leur persistance. Le touladi (Salvelinus namaycush) est un salmonidé d’eau douce nord-américain dont l’exploitation par la pêche sportive est fortement soutenue par l’ensemencement. L’objectif principal des travaux de cette thèse était d’identifier les impacts écologiques et génomiques de l’ensemencement de soutien chez cette espèce. Pour ce faire, nous avons exploré ces impacts potentiels dans trois grands aspects de l’écologie du touladi ; (1) la croissance et la condition (2) la niche trophique et (3) l’utilisation des habitats thermiques. Ces approches nous ont permis d’identifier l’écotype (planctophage ou ichtyophage) des populations sources et cibles de l’ensemencement comme un facteur déterminant des conséquences à court et moyen terme. Spécifiquement, nos analyses ont montré l’émergence de régimes de croissance divergents chez les populations planctophages ensemencées, certains individus ensemencés démontrant une grande taille, malgré l’habitat peu productif. La proportion individuelle des allèles exogènes chez ces touladis était corrélée à un indice de condition plus faible, suggérant une dépression hybride. L’analyse des ratios isotopes stables de carbone (δ13C) et d’azote (δ15N) a montré une potentielle partition de la niche trophique au sein des populations d’écotype planctophage. Les individus locaux semblent être déplacés, probablement par exclusion compétitive, vers une niche pélagique profonde atypique pour ces populations. Finalement, la thermométrie des carbonates biogéniques, par l’analyse des ratios des isotopes stables d’oxygène (δ18O) de l’otolithe, a montré une utilisation différentielle des habitats thermiques dans les populations planctophages ensemencées. Les touladis ensemencés utilisant des habitats généralement plus chauds que les hybrides et les locaux. Ces résultats ont souligné l’importance que les particularités inhérentes aux populations sauvages doivent prendre dans la planification des mesures de gestion. L’ignorance de ces traits et des adaptations locales des populations les met à risque de voir leur productivité et leur survie décliner. / Understanding and predicting management consequences on exploited fish stocks represents one of the major challenges of conservation science. There are still considerable uncertainties about the impacts of supplementation stockings on wild populations. Although generally efficient, supplementation can represent a major disturbance for populations, threatening to hinder their productivity and sustainability. Lake Trout (Salvelinus namaycush) is a North American freshwater salmonid whose exploitation by angling is strongly supported by stocking. The main objective of this thesis was to identify the ecological and genomic impacts of supplementation stockings on Lake Trout. To do this, we explored the impacts in three major domains of lake trout ecology; (1) growth and condition (2) trophic niche and (3) use of thermal habitats. These approaches allowed us to identify ecotypes (planktivorous or piscivorous) of the stocking source and target populations as a factor determining magnitude of short- and medium-term consequences. Specifically, our analyzes showed emergence of two divergent growth regimes in stocked planktivorous populations, with around 20 % of stocked individuals showing larger body size despite unsuitable habitat. The proportion of exogenous alleles of hybrid individuals correlated with a lower condition index, suggesting outbreeding depression. The analysis of stable isotope ratios of carbon (δ 13C) and nitrogen (δ15N) suggest a partition of niche for planktivorous stocked populations. Local individuals were displaced, probably by competitive exclusion, to a profundal/pelagic niche, atypical for these populations. Finally, biogenic carbonate thermometry, by analysis of otolith oxygen stable isotope ratios (δ18O), showed differential use of thermal habitats within stocked planktivorous populations. Stocked Lake Trout were using warmer habitats than hybrids and local individuals. These results underscored the importance of the inherent particularities of wild populations in the planning of management measures. Ignorance of these specific traits, and local adaptations, puts supplemented population at risk of declining productivity and survival.

Il existe des millions d'espèces différentes dans le monde qui ont évolué grâce à des interactions complexes avec leur environnement. La biologie évolutive contemporaine connaît une révolution grâce au séquençage de génomes ainsi qu’au criblage et la manipulation génétique, mais l'objectif reste le même qu'il y a 160 ans: comprendre les mécanismes sous-jacents impliqués dans la spéciation. Cela peut être réalisé en étudiant les mécanismes génétiques impliqués dans l'adaptation locale et la spécialisation écologique lors des premiers événements de spéciation. L'objectif principal de cette thèse est d'étudier les mécanismes moléculaires qui sous-tendent l'adaptation et la différenciation des populations dans un complexe de jeunes espèces de la levure Saccharomyces paradoxus, naturellement présentes dans les forêts de feuillus d'Amérique du Nord. En utilisant diverses approches, telles que la génomique des populations, la biologie expérimentale, la transcriptomique et le phénotypage à haut débit, nous (1) disséquons les bases génétiques de la spécialisation écologique et (2) étudions les effets de l’hybridation sur la divergence rapide et la spéciation. Nous documentons d’abord que la spécialisation écologique à différentes températures (un phénotype reconnu pour jouer un rôle important dans la divergence de deux principales lignées de S. paradoxus) est en partie causée par une sélection assouplie avec des compromis. Les travaux portant sur deux événements d'hybridation inter-espèces démontrent, quant à eux, un croisement entre une espèce hybride et son espèce parentale, ce qui indique que l'hybridation est probablement plus fréquente dans l'évolution des espèces qu'on ne le pensait auparavant. Nos travaux soulignent l’importance de la différenciation écologique par une sélection relaxée plutôt que par une divergence adaptative de la fixation de mutations bénéfiques. En outre, nos travaux montrent que l'hybridation dans la nature joue probablement un rôle important dans la création d'une nouvelle diversité par le biais de la ségrégation transgressive et que cela peut se répéter par des croisements incluant des espèces hybrides. Des études à venir sur des espèces jeunes et des complexes hybrides permettront de comprendre davantage les bases génétiques de la différenciation des populations, les conséquences de l'hybridation inter-espèces et de sa récurrence dans l'origine des espèces. / Millions of different species inhabiting the world have evolved through complex interactions with their environment. Contemporary evolutionary biology is experiencing a revolution in genome sequencing, screening and genetic manipulation technologies. Its aim, however, remains the same as 160 years ago when pioneers like Darwin and Wallace published the first articles about the evolutionary theory: to understand the underlying mechanisms involved in speciation, because such knowledge is key to shed light into species diversification. This can be achieved by studying the genetic mechanisms involved in local adaptation and ecological specialization during early speciation events. The main objective of this work is to investigate the molecular mechanisms underlying adaptation and population differentiation in a young species complex of the budding yeast Saccharomyces paradoxus, naturally found in the North American deciduous forests. Using different approaches, such as population genomics, experimental biology, transcriptomics and high-throughput phenotyping we (1) dissect the genetic bases for ecological specialization and (2) investigate the effect of hybridization in facilitating rapid divergence and speciation. First, we document that the ecological specialization to different temperatures, a phenotype that has been previously shown to play an important role in the divergence of two main S. paradoxus lineages, is partially driven by relaxed selection with trade-offs. Second, with the work on two inter-species hybridization events, we document a back-cross between a hybrid taxa and its parental species, which highlights that hybridization is likely more common in the evolution of species than previously thought. Our work underlines the importance of ecological differentiation through relaxed selection, rather than adaptive divergence from the fixation of beneficial mutations. Additionally, our findings show that hybridization in nature likely plays an important role in creating new diversity through transgressive segregation, and that this can reiterate through crosses that include hybrid species. Studies on young species and hybrid complexes will enable to further understand the genetic bases of population differentiation and the consequences of inter-species hybridization and its recurrence in the origin of species.

"Thèse en cotutelle : Doctorat interuniversitaire en océanographie, Université Laval, Québec, Canada, Philosophiæ doctor (Ph. D.) et Université Joseph Fourier - Grenoble I, Grenoble, France" / L’océan Arctique est marqué par une forte saisonnalité qui se manifeste par la présence d’une banquise permanente dont l’extension varie entre 6 et 15 × 106 km2. Interface plus ou moins perméable, la banquise limite les échanges atmosphère - océan et affecte le budget énergétique global en réfléchissant une part importante du rayonnement incident. Le manteau neigeux qui se forme à sa surface est un élément essentiel notamment parce qu’il contribue fortement aux propriétés optiques de la banquise. D’une part par son albédo, proche de l’unité dans le visible, qui retarde sensiblement la fonte estivale de la glace. Et d’autre part, il est majoritairement responsable de l’extinction verticale de l’éclairement dans la banquise. Or, la faible intensité lumineuse transmise à la colonne d’eau constitue un facteur limitant important à l’accumulation de biomasse des producteurs primaires souvent des micro-algues, à la base des réseaux trophiques. Le manteau neigeux en surface, par ces propriétés physiques et leurs évolutions temporelles, joue donc un rôle essentiel en impactant directement l’initiation et l’amplitude de la floraison phytoplanctonique printanière. Dans le cadre du réchauffement climatique actuel, les mutations que subit la banquise : amincissement, réduction de son extension estivale et variations des épaisseurs du manteau neigeux bouleversent d’ores et déjà la production primaire arctique à l’échelle globale et régionale. Cette thèse vise à mieux comprendre la contribution du manteau neigeux au transfert radiatif global de la banquise et de mieux estimer son impact sur la production primaire arctique. Elle s’appuie sur un jeu de données collectés lors de deux campagnes de mesures sur la banquise en période de fonte. Les propriétés physiques de la neige, SSA et densité, permettent une modélisation précise du transfert radiatif de la neige qui est validée, ensuite, par les propriétés optiques, comprenant : albédo, profils verticaux d’éclairement dans le manteau neigeux et transmittance `a travers la banquise. Au printemps, la neige marine, marquée par une importante hétérogénéité spatiale, évolue suivant quatre phases distinctes. La fonte, d’abord surfacique puis étendue à toute l’épaisseur du manteau, se caractérise par une baisse de la SSA de 25-60 m2 kg−1 à moins de 3 m2 kg−1 provoquant une diminution de l’albédo dans le proche infrarouge puis à toute longueur d’onde ainsi qu’une augmentation de l’éclairement transmis à la colonne d’eau. Cette période est chaotique, marquée par une forte variabilité temporelle des propriétés optiques causées par la succession d’épisodes de fonte et de chutes de neige. Les propriétés physiques de la neige sont utilisées par un modèle de transfert radiatif afin de simuler les profils verticaux d’éclairement, l’albédo et la transmittance de la banquise. La comparaison entre ces simulations et les profils d’éclairement mesurés met en évidence la présence d’impuretés dans la neige dont leurs natures et leurs concentrations sont estimées. En moyenne, la neige échantillonnée contenait 650 ng g−1 de poussières minérales et 10 ng g−1 de suies qui réduisaient par deux l’éclairement transmis à la colonne d’eau. Enfin, la modélisation de l’éclairement à toute profondeur de la banquise, représentée de manière innovante par des isolumes, est mise en relation avec l’évolution temporelle de la biomasse dans la glace. Il apparaît que la croissance des algues de glace est systématiquement corrélée avec une augmentation de l’éclairement, et ce, jusqu’`a des niveaux d’intensité de l’ordre de 0.4 μE m−2 s−1. Ces variations d’´éclairement sont dues au métamorphisme et `a la fonte de la neige en surface. Mots clés : Transfert radiatif, neige marine, albédo, transmittance, impuretés, algues de glace / The Arctic ocean shows a very strong seasonality trough the permanent presence of sea ice whose extent varies from 6 to 15 × 106 km2. As an interface, sea ice limits ocean - atmosphere interactions and impacts the global energy budget by reflecting most of the short-wave incoming radiations. The snow cover, at the surface, is a key element contributing to the optical properties of sea ice. Snow enhances further the surface albedo and thus delays the onset of the ice melt. In addition, snow is the main responsible for the vertical light extinction in sea ice. However, after the polar night, this low light transmitted to the water column is a limiting factor for primary production at the base of the oceanic food web. The snow cover, through the temporal evolution of its physical properties, plays a key role controlling the magnitude and the timing of the phytoplanktonic bloom. In the actual global warming context, sea ice undergoes radical changes including summer extent reduction, thinning and shifts in snow thickness, all of which already alter Arctic primary production on a regional and global scale. This PhD thesis aims to better constrain the snow cover contributions to the radiative transfer of sea ice and its impact on Arctic primary production. It is based on a dataset collected during two sampling campaigns on landfast sea ice. Physical properties of snow such as snow specific surface area (SSA) and density allow a precise modeling of the radiative transfer which is then validated by optical measurements including albedo, transmittance through sea ice and vertical profiles of irradiance in the snow. During the melt season, marine snow which shows strong spatial heterogeneity evolves fol- lowing four distinctive phases. The melting, which first appears at the surface and gradually propagates to the entire snowpack, is characterized by a decrease in SSA from 25-60 m2 kg−1 to less than 3 m2 kg−1 resulting in a decrease in albedo and an increase in sea ice transmittance. This is a chaotic period, where optical properties show a very strong temporal variability induced by alternative episodes of surface melting and snowfalls. The physical properties of snow are used in a radiative transfer model in order to calculate albedo, transmittance through sea ice and vertical profiles of irradiance at all depths. The comparison between these simulations and measured vertical profiles of irradiance in snow highlights the presence of snow absorbing impurities which were subsequently qualitatively and quantitatively studied. In average, impurities were composed of 650 ng g−1 of mineral dust and 10 ng g−1 of black carbon. They were responsible for a two-fold reduction in light transmitted through sea ice. The light extinction, calculated at all depths in sea ice, and represented by isolums, was compared to the temporal evolution of ice algae biomass. The results show that every significant growth in ice algae population is related to an increase of light in the ice. These growths were observed even at very low light intensities of 0.4 μE m−2 s−1. Light variations in the ice were linked by snow metamorphism and snow melting at the surface. Keywords : Radiative transfer, marine snow, snow albedo, sea ice transmittance, snow impurities, ice algae.

Une diminution de l’étendue du couvert de glace et de neige au printemps a été observée en Arctique. Il est attendu que ceci affectera la phénologie des floraisons printanières, de même que la succession des groupes et espèces parmi les producteurs primaires. Les principaux objectifs étaient (i) de caractériser les communautés d’algues de glace et de phytoplancton et (ii) d’identifier les principaux forçages environnementaux associés à la succession des principaux groupes taxonomiques d’algues unicellulaires pendant une floraison printanière en baie de Baffin en 2015 et en 2016. Avec des mesures de variables environnementales à haute résolution temporelle et utilisant un cytomètre en flux imageur submersible (Imaging FlowCytobot) pour l’identification et le décompte des algues (<150 μm), nous avons évalué le rôle de la lumière et de la disponibilité en nutriments dans le contrôle des floraisons printanières d’algues unicellulaires. Les diatomées pennées représentaient principalement les communautés sympagiques. Les communautés phytoplanctoniques étaient initialement semblables à celles observées dans la glace, suggérant un possible ensemencement des floraisons phytoplanctoniques par les algues de glace. Une augmentation de l’intensité lumineuse, principalement causée par la fonte de la neige et l’apparition de cuvettes d’eau de fonte, semble avoir favorisé les diatomées centriques, ces dernières dominant les communautés pélagiques pendant les floraisons phytoplanctoniques des deux années. La disponibilité en lumière semble être le forçage principal limitant le déclenchement des floraisons sympagiques et pélagiques, avec une valeur journalière minimale de 0.1 mol photons m-2 d-1. Une limitation en nutriments dans la glace n’a pas clairement été observée, alors que les nitrates semblent avoir joué un rôle prépondérant dans le déclin de la floraison dans la colonne d’eau. Nos résultats suggèrent qu’il y a un fort potentiel pour des floraisons printanières sous la glace, qui sont actuellement principalement limitées par la lumière tôt dans la saison. / With ongoing climate change in the Arctic, a decrease in the extent of sea ice and in the spring snow cover thickness has been observed. A modification of the ice and snow dynamics is predicted to impact the onset, the duration and the decline of microalgae spring blooms, as well as the succession among groups and species of primary producers. The main goals of the present study were (i) to characterize the ice-associated algae and phytoplankton communities and (ii) to identify the main drivers associated with the microalgal main taxonomic groups succession during an under-ice bloom in Baffin Bay in 2015 and 2016. With high-resolution time series of environmental parameters and using an Imaging FlowCytobot for the identification and enumeration of algal cells (<150 μm) within the sea ice bottom and in the underlying water column, we address the role of light and nutrients availability in controlling spring bloom phenology. Pennate diatoms dominated the sympagic community, with different genera dominating for each year. The phytoplankton community was initially alike that found in sea ice, suggesting a possible seeding of the pelagic bloom by the ice algal community. Light availability seemed to be the main factor controlling the onset of both sympagic and pelagic blooms, with a threshold value of 0.1 mol photons m-2 d-1. Through spring, snow and sea ice melting in association with melt pond onset caused the decline of the sympagic bloom, while the increase in under-ice irradiance likely favored centric diatoms, which dominated the protists assemblage during the phytoplankton blooms. Nutrients limitation in sea ice was not observed, while nitrate seemed to play a major role in the decline of the phytoplankton bloom. Our results suggest that there is a potential for early and massive under ice blooms, which are mostly light limited early in the season.

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.

La plupart des êtres vivants habitent des environnements dont les facteurs biotiques et abiotiques varient selon une échelle spatiale ou temporelle. Cette hétérogénéité environnementale joue un rôle important sur les processus adaptatifs des organismes. Dans ce contexte, les microorganismes sont des modèles avantageux pour tester les théories évolutives et sont également des sujets d’intérêt en écologie. L’objectif principal de cette thèse est d’apporter un éclairage sur l’adaptation des microorganismes aux environnements complexes, expérimentaux et naturels. D’abord, nous avons rassemblé dans une revue de littérature les connaissances acquises concernant les mécanismes moléculaires adaptatifs des microorganismes aux variations environnementales. Les stratégies adaptatives sont associées à la prédictibilité des variations environnementales et comprennent notamment la mémoire, l’anticipation cellulaire, la stratégie de minimisation des risques et le sauvetage évolutif. Ce chapitre a mis en avant l’opportunité d’appliquer des techniques d’ingénierie moléculaire et des expériences en conditions contrôlées pour étudier l’adaptation des microorganismes à leur environnement naturel et l’effet des interactions biotiques sur leur fitness. Ainsi, pour répondre à cet objectif, nous avons optimisé la mesure de la fitness en expérience de compétition chez l’espèce de levure bourgeonnante non domestiquée Saccharomyces paradoxus en marquant plus de 500 souches regroupant les principales lignées Nord-Américaines SpB, SpC et SpC*, par des code-barres moléculaires uniques. L’insertion n’ayant pas eu d’impact sur la croissance des souches, nous avons démontré que cette collection est fonctionnelle pour la méthode de Bar-seq et permet de détecter la fitness des souche individuelles ainsi que la fitness moyenne des lignées dans différentes conditions expérimentales. Par la suite, afin d’étudier l’adaptation locale chez S. paradoxus et l’effet des facteurs biotiques sur la fitness des lignées SpB, SpC et SpC*, nous avons réalisé une expérience de compétition avec les souches à code-barre de la collection dans un sol naturel.. Notre étude montre un effet de la communauté microbienne sur la différence de fitness relative entre les lignées ainsi qu’une potentielle adaptation locale chez SpC dont les souches locales ont une meilleure fitness que les souches distantes du site d’échantillonnage du sol. Ainsi, ces travaux de doctorat démontrent l’importance de réaliser des expériences dans des microcosmes naturels afin d’appréhender les facteurs influençant potentiellement l’histoire évolutive des microorganismes, comme les interactions biotiques et l’adaptation locale chez S. paradoxus. / Most organisms inhabit environments whose biotic and abiotic factors vary on a spatial or temporal scale. This environmental heterogeneity plays an important role in the evolutionary and adaptive processes. In this context, microorganisms are relevant models for testing evolutionary theories and are also subjects of interest in ecology. The main objective of this thesis is to shed light on the adaptation of microorganisms to complex, experimental and natural environments. As a first step, we gathered in a literature review the knowledge gained about the adaptive molecular mechanisms of microorganisms to environmental variations. The adaptive mechanisms are closely associated with the predictability of environmental changes and comprise memory, cellular anticipation, bethedging and evolutionary rescue. This chapter highlighted the opportunity to apply molecular engineering techniques and experiments under controlled conditions to study the adaptation of microorganisms to their natural environment and the effect of biotic interactions on their fitness. Thus, to meet this objective, we have optimized the measure of fitness in competitive experience in a non-domesticated yeast species, Saccharomyces paradoxus, by tagging with unique molecular barcodes more than 500 strains within the North American lineages SpB, SpC and SpC*. This collection has been shown to be functional for the Bar-seq method and allows to measure the fitness of individual strain as well as the average fitness of the lineages in different experimental conditions. Finally, in order to study the local adaptation in S. paradoxus and the effect of biotic interactions on the fitness of the SpB, SpC and SpC* lineages, we performed a competition experiment with the barcoded strains in a natural soil. We quantified the relative fitness of S. paradoxus strains and lineages and assessed the effect of the microbial community using control soil whose community was partially eliminated. To test the local adaptation of strains, the effect of their localization and their substrate on their fitness was analyzed. Our study shows i) a potential local adaptation in SpC whose local strains have a better fitness than the distant strains and ii) an effect of the microbial community on the relative fitness variation between the lineages. Thus, this thesis demonstrates the importance of performing experiments in natural microcosms in order to understand the which factors potentially influence the evolutionary history of microorganisms, such as biotic interactions and local adaptation in S. paradoxus.

Les aliments traditionnels provenant de la mer constituent un élément important du régime alimentaire des Inuits de l’Arctique canadien. Ils présentent plusieurs avantages nutritionnels, notamment des niveaux élevés d'acides gras énergétiques et de microéléments tels que le sélénium (Se). Le Se est essentiel à la santé humaine et les populations inuites affichent une concentration sanguine en Se parmi les plus élevées au monde. Contrairement à d'autres populations, le Se est principalement présent sous forme de sélénonéine, une forme organique de Se récemment identifiée. Des études suggèrent que la sélénonéine participerait à la détoxification du méthylmercure. Les animaux ne peuvent pas synthétiser la sélénonéine et nos connaissances sur l’origine et la distribution du Se et de la sélénonéine dans l’environnement marin arctique sont limitées. L’objectif de cette étude était donc de mesurer les concentrations totales de Se, de sélénonéine et de multiples biomarqueurs écologiques dans une vaste gamme d’organismes marins. Deux chaînes alimentaires (pélagiques et pélago-benthiques) ont été étudiées dans le cadre des projets Green Edge et BriGHT. Composition isotopique (δ¹⁵N, δ¹³C), abondance de biomarqueurs lipidiques (HBIs et acides gras) et concentration en Se et sélénonéine ont été déterminées au sein de tissus provenant d'espèces représentatives. Nos analyses ont révélé des concentrations élevées de Se chez plusieurs espèces de la chaine benthique, en particulierdans les tissus de bivalves et de morse. Chez le morse, la sélénonéine peut représenter jusqu'à 45% du Se total. Bien que l'origine de la sélénonéine reste incertaine, ces résultats, combinés avec ceux des analyses isotopiques et de biomarqueurs, suggèrent que la banquise constitue une source de Se pour les écosystèmes arctiques. La sélénonéine étant synthétisée par des bactéries et des champignons, il est probable que ces organismes, retrouvés dans les sédiments ou sur la peau des mammifères marins, en soit aussi la source en Arctique / Traditional foods from the sea have always been an important component of the diet of Inuit of the Canadian Arctic. These organisms provide several nutritional benefits, including high levels of energetic fatty acids and microelements such as selenium (Se). Se is essential to human health and Inuit populations exhibit among the highest blood levels of Se worldwide. In contrast to other populations, Se is mainly present in Inuit blood as selenoneine, a recently identified organic form of Se. Recent studies suggest that selenoneine may participate in methylmercury (MeHg) detoxification mechanisms. Animals cannot synthesize selenoneine and our knowledge about the origin and the distribution of Se and selenoneine in the Arctic marine environment is scarce. The main aim of this study was to determine total Se, selenoneine and multiple biomarker concentrations in a broad range of marine organisms.Two food chains (pelagic and pelago-benthic) were studied in the context of the GreenEdge and BriGHTprojects. Isotopic composition (δ¹⁵N, δ¹³C), abundance of lipid biomarkers (HBIs and fatty acids) and selenium and selenoneine concentrations were determined in tissues from representative species. Our analyses revealed high concentrations of Se in several species of the benthic food chain, particularly in bivalve and walrus tissues. In walrus, selenoneine accounted for up to 45% of total Se. Although the origin of selenoneine remains uncertain, these results, combined with isotopic and biomarker analyses, suggest that sea ice is a source of Se for Arctic ecosystems. Since selenoneine is synthesized by bacteria and fungi, it is likely that these organisms, found in the sediments or on the skin of marine mammals, are also the source in the Arctic.

La tache bactérienne (Xanthomonas campestris pv. vitians) cause d’importantes pertes économiques dans la culture de la laitue (Lactuca sativa) lorsque les conditions sont propices à son développement. Un seul produit étant homologué au Canada contre cette maladie, peu d’options s’offrent aux producteurs pour lutter contre cette dernière. Cette étude avait pour objectif d’évaluer différents sels (benzoate de sodium, bicarbonate de sodium, carbonate de sodium, métabisulfite de sodium et sorbate de potassium) et extraits végétaux à base de feuilles de chêne (Quercus rubra), choux frisés (Brassica oleracea var. sabellica) et clous de girofle (Syzygium aromaticum) pour lutter contre la tache bactérienne. Sur la base des concentrations bactéricides minimales (CBMs), les sels se sont avérés plus toxiques envers X. campestris pv. vitians que les extraits végétaux avec des valeurs de CBM inférieures. Parmi les extraits végétaux testés, les extraits à l’éthanol de feuilles de chêne et les extraits de clous de girofle se sont révélés les plus toxiques envers la bactérie. Le bioessai I a montré l’efficacité du carbonate de sodium et du benzoate de sodium à réprimer la maladie en présence d’une pression de maladie faible à modérée. De même, différents extraits de clous de girofle, feuilles de chêne et choux frisés (en combinaison ou non avec un sel) ont permis une réduction marquée de la maladie lors des bioessais II et III. En présence d’une forte pression de maladie (bioessai IV), aucun des traitements ayant causé une réduction intéressante de la tache bactérienne lors des essais I, II et III n’a toutefois mené à une réduction suffisamment importante de la maladie pour permettre la commercialisation des laitues. Plusieurs extraits végétaux et sels ont montré au cours de cette étude un potentiel prophylactique intéressant qui pourrait éventuellement être exploité dans un programme de lutte intégrée contre la tache bactérienne de la laitue.