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.

Les observations dérivées d’images satellites suggèrent que la réduction récente de l’étendue de la glace de mer a entraîné une augmentation de la production primaire en Arctique. Cependant, peu d’observations in situ sont disponibles pour confirmer ces estimations, en particulier au début de la saison de production. Les cellules de microalgues collectées dans des pièges à particules déployés sur trois sites de la mer de Beaufort au cours de trois à cinq cycles annuels de 2011 à 2017 ont été énumérées et identifiées afin d'étudier les changements dans le timing, l'abondance et la composition de l’export de microalgues en relation avec les variations dans le couvert de neige et de glace de mer. Les diatomées ont dominé les flux de microalgues avec différents assemblages au printemps-été (avril à août; Fragilariopsis spp. et Thalassiosira spp.) et à l'automne (septembre-novembre; Cylindrotheca closterium). La fonte des neiges ou la débâcle des glaces s'est produite dès la fin avril (2016) et jusqu'à la mi-août (2013). Les flux printemps-été des diatomées variaient de 0,05 à 500 mg C m⁻² (< 10⁵ à 1,25 x 10¹⁰ cellules m⁻²) et étaient négativement corrélés à la date de la fonte des neiges (r² = 0,35, n = 12) et à la débâcle des glaces (r² = 0,32, n = 12). L’exportation de l’algue de glace Nitzschia frigida reflète la libération des algues de glace au début de la fonte des neiges. Les flux maximaux de diatomées ont été systématiquement observés peu de temps après la débâcle des glaces. La contribution en pourcentage du flux de carbone associé aux microalgues (MC) au flux de carbone organique particulaire (POC) augmente avec l'ampleur du flux de diatomées. L'ampleur du flux de diatomées automnal relativement faible n'était pas corrélée de manière significative à la date de formation du couvert de glace (r² = 0,24, n = 10). Nos résultats sont généralement cohérents avec les observations satellitaires suggérant une augmentation de la biomasse de microalgues et le développement d’une prolifération de diatomées à l’automne en réponse à une saison libre plus longue dans les mers arctiques. Les variations à l’échelle régionale dans le régime de neige et de glace de mer ont une incidence directe sur le moment et l’ampleur de la production de microalgues et sur sa contribution à l’export de POC dans la mer de Beaufort. Avec le réchauffement climatique, la réduction continue du couvert de neige et de glace dans les mers arctiques entraînera une augmentation des flux de carbone vers le benthos et, potentiellement, une séquestration du carbone en profondeur. / Microalgal cells collected in sediment traps deployed at three sites in the Beaufort Sea during three to five annual cycles from 2011 to 2017 were enumerated and identified to investigate changes in the timing, abundance and composition of microalgal export in relation to variations in snow and sea ice cover. Diatoms dominated the microalgal fluxes with different assemblages in spring-summer (April to August; Fragilariopsis spp. and Thalassiosira spp.) and autumn (September-November; Cylindrotheca closterium). Snowmelt or ice breakup occurred as early as late April (2016) and as late as mid-August (2013). The magnitude of the spring-summer diatom flux varied from ~0.05 to 500 mg C m⁻² (< 10⁵ to 1.25 x 10¹⁰ cells m⁻²) and was negatively correlated to snowmelt date (r² = 0.35, n = 12) and sea-ice breakup date (r² = 0.32, n = 12). The export of the ice-obligated algae Nitzschia frigida reflected the release of sea ice algae at the onset of snowmelt. Peak diatom fluxes were consistently observed shortly after seaice break-up. The percent contribution of microalgal carbon to the particulate organic carbon (POC) flux increased with the magnitude of the diatom flux. The magnitude of the relatively small autumnal diatom flux was not significantly correlated to freeze-up date (r² = 0.24, n = 10). Our results are generally consistent with satellite observations suggesting an increase in microalgal biomass and the development of an autumn diatom bloom in response to a longer ice-free season in Arctic seas. Variations at the regional scale in the snow and sea-ice regimes directly impact the timing and magnitude of microalgal production and its contribution to POC export in the Beaufort Sea. With global warming, the ongoing reduction of the sea-ice cover in Arctic seas will result in increased carbon fluxes to the benthos and, potentially, carbon sequestration at depth.

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.

L’influence de la prédation sur une proie s’étend au-delà de la mortalité directe associée à la consommation d’individus. Dans certains cas, la simple présence d’un prédateur au sein d’un écosystème peut entraîner une réduction drastique de la reproduction des proies. L’induction d’un état de stress physiologique chronique pourrait être le mécanisme à l’origine de cet effet. L’objectif de mon projet était d’évaluer l’influence du stress de prédation sur la reproduction de la chèvre de montagne (Oreamnos americanus). Nous avons d’abord validé en captivité une méthode permettant d’évaluer le stress en mesurant la concentration en glucocorticoïdes dans des échantillons de fèces et de poils, puis nous avons analysé une base de données longitudinale sur une population de chèvres de montagne marquées et suivies durant toute leur vie en milieu naturel. Nos résultats indiquent que la prédation peut agir sur la reproduction de la chèvre de montagne par l’induction d’un état de stress chronique. En plus de contribuer à la compréhension des effets indirects de la prédation chez les mammifères, cette étude permet de préciser les causes du déclin d’une population sauvage de chèvres de montagne. / The impact of predation on prey goes beyond the direct consumption of individuals. In some cases, the mere presence of predators in an ecosystem can drastically impair prey reproduction. The induction of chronic physiological stress could act as the mechanism underlying such effects. My objective was to assess whether predator-induced stress could impair reproduction in an alpine ungulate, the mountain goat. We first validated a method to measure physiological stress using faeces and hair as biomarkers, and then analysed a longterm data base on a population of wild marked mountain goats. Our results indicate that predation may act on reproduction in mountain goats through the induction of chronic stress. In addition to its contribution to the understanding of indirect effects of predation in mammals, this study clarifies the causes behind the decline of a wild mountain goat population.

L’abeille domestique (Apis mellifera L.) participe à la pollinisation commerciale des cultures de bleuets à feuilles étroites (Vaccinium angustifolium Ait.) et de canneberges (Vaccinium macrocarpon Ait.). Ce service de pollinisation représente 27% des revenus associés aux activités des apiculteurs au Québec (Canada). En participant à la pollinisation commerciale, les abeilles domestiques sont ainsi souvent exposées à des sources de pollen moins diversifiées qui pourraient alors contribuer à engendrer des carences nutritionnelles. Dans cette étude, nous avons élaboré quatre stratégies d’aménagement apicole (SA) avec pollinisation commerciale et mesuré leur impact sur le développement et la santé des colonies d’abeilles domestiques. Les groupes expérimentaux utilisés étaient : A) SA avec production de miel seulement (témoin); B) SA avec pollinisation commerciale du bleuet à feuilles étroites; C) SA avec pollinisation commerciale de la canneberge et D) SA avec double pollinisation, bleuet suivi de la canneberge. Nos objectifs étaient de 1) réaliser le suivi de colonies pendant une saison apicole complète dans différentes situations selon les SA, 2) identifier et comparer la diversité florale et son attrait pour les abeilles domestiques entre les ruchers expérimentaux en utilisant un système d’information géographique et le pollen récolté, 3) mesurer périodiquement le contenu en protéines et acides aminés du pollen récolté par les butineuses, par le biais des pelotes de pollen et du pain d'abeilles dans différentes situations selon les SA, et 4) comparer le développement et la santé des colonies d’abeilles domestiques entre les différentes SA tout au long d’une saison apicole complète. Nos résultats démontrent que l’abondance florale et son attrait pour les abeilles domestiques sont significativement plus faibles lors des services de pollinisation de la canneberge comparé aux autres SA. D’autre part, la concentration de protéines dans le pollen et le pain d’abeilles était significativement plus faible lors des services de pollinisation du bleuet, ce qui a engendré une plus faible surface de couvain. Dans ces deux cas, plusieurs acides aminés étaient en déficits mais ceux-ci n’étaient pas toujours en lien avec les SA. De façon générale, plusieurs déficits d’acides aminés essentiels (pollen et pain d’abeilles) ont été trouvés dans les trois ruchers et les quatre stratégies d’aménagement. La SA avec double pollinisation (bleuet et canneberge) a eu pour impact de réduire significativement le gain de poids des colonies, la récolte de pollen et la surface de couvain, et a également causé une mortalité hivernale plus importante. Nous avons de plus mesuré une quantité plus significative du virus de la cellule royale noire, du virus du couvain sacciforme et de Nosema ceranae lors de la SA avec double pollinisation. / Commercial pollination in lowbush blueberry (Vaccinium angustifolium Ait.) and cranberry (Vaccinium macrocarpon Ait.) crops benefit the presence of honey bee (Apis mellifera L.) for pollination and this pollination service represents 27% of the revenues from all seasonal beekeeping activities in Quebec (Canada). While providing such services, honey bees are often exposed to undiversified pollen sources that may contribute to nutritional deficiencies. In this study, we investigated four beekeeping management strategies (MS) and measured their impact on honey bee colony health and development. Experimental groups were: A) Control farmland honey producing MS (control MS); B) Blueberry pollination MS (blueberry MS); C) Cranberry pollination MS (cranberry MS) and D) Double pollination MS, blueberry followed by cranberry (double MS). Our objectives were to 1) monitor honey bee colonies during one year in different situations (according to the MS) 2) compare floral abundance and attractiveness of foraging areas to honey bees between apiaries using a Geographic Information System and harvested pollen, 3) analyze the protein and essential amino acid content of collected and stored pollen (bee bread) and measure the nutritional impact of pollination services on honey bee colonies and 4) compare honey bee colony health status and population development between MS during a complete beekeeping season. Our study reveals that honey bees providing blueberry and/or cranberry pollination services are exposed to a less diversified pollen diet than colonies located in a rich farmland environment. This was especially true for the cranberry crop environment. There was a significantly lower proportion of crude protein content in the pollen collected and stored by honey bees during provision of blueberry pollination services, which led to a smaller brood population. Regarding essential amino acids, many deficiencies were measured, however these were not always related to the management strategy. Globally, various essential amino acid deficiencies (harvested pollen or bee bread) were present at all three apiaries and four management strategies. The double MS significantly reduced colony weight gain, pollen harvest and brood population, and induced a significantly higher winter mortality rate. We also found significantly higher levels of Black queen cell virus, Sacbrood virus and Nosema ceranae in the double MS.

L’environnement lumineux de l’Océan Arctique est unique en raison d’interactions complexes entre la lumière et le couvert de glace de mer enneigé, et les oscillations de photopériodes extrêmes. Le succès des organismes photosynthétiques arctiques suggère donc des mécanismes de régulation flexibles qui permettent la survie lors de longues périodes d’obscurités, la capture de photons dans la pénombre sous la glace et la photoprotection rapide lors d’éclairements excessifs soudains. Les diatomées sont les producteurs primaires arctiques principaux. Elles exploitent le continuum de niches lumineuses induit par la transformation saisonnière de leur habitat au cours d’une succession de formes de vie sympagiques (glace) et planctoniques (eau). Lorsque la photosynthèse sature, les diatomées dissipent l’énergie lumineuse excessive en chaleur via le quenching non-photochimique (NPQ), principalement contrôlé par l’action du cycle des pigments xanthophylles (XC). Généralement, chez les diatomées, l’opération de ces mécanismes de photoprotection est finement adaptée à leur niche lumineuse. Cependant, peu d’études se sont intéressées aux souches arctiques, malgré les profonds contrastes de niches lumineuses qu’elles surmontent (glace, sous la glace, eaux de fontes, eaux libres). Ce manque de données entrave nos capacités à anticiper l’impact de l’intensification de l’environnement lumineux de l’océan Arctique, causée par la réduction de la superficie et de l’épaisseur du couvert neige-glace, sur l’intégrité écosystémique. Nous avons étudié les réponses à la lumière de cinq espèces de diatomées arctiques représentatives des différentes phases et habitats de leur succession saisonnière. Les espèces sympagiques ont exprimé une stratégie photoadaptative survivaliste, caractérisée par une croissance saturée à faible éclairement et un fort NPQ longuement maintenu à l’obscurité. Les espèces planctoniques ont montré une plus grande flexibilité d’exploitation de la lumière et une importante photoprotection activée par des éclairements intense et l’obscurité prolongée. Ces stratégies photoadaptatives divergentes gouverneront probablement des réponses hétérogènes à l’intensification de l’environnement lumineux arctique. / Over their highly productive seasonal succession, Arctic diatoms occupy shifting habitats and contrasted light climates defined by snow/ice cover dynamics and extreme photoperiod variations. These unique light environment features suggest Arctic diatoms are well adapted to survive prolonged darkness periods, exploit minimal light in snow-covered sea-ice and overcome spontaneous excessive, and potentially harmful, light exposures. Diatoms mitigate photooxidative damages by dissipating oversaturating light energy as heat via the non-photochemical quenching (NPQ), mainly regulated by the xanthophyll cycle (XC). How heterogeneous light niches influence Arctic diatoms photoadaptative traits remains largely unknown and a crucial missing link to apprehend Arctic Ocean’s response to shrinking sea-ice and increasing illumination. To address this question, we selected five Arctic diatoms species harbouring diverse life traits and representative of distinct phases across the seasonal light niche continuum: from snow-covered dimly lit bottom sea-ice to summer stratified waters. To access how Arctic diatoms cope with a heterogeneous light environment, we studied their acclimation to two light intensities and subsequent darkness incubations, and parametrized NPQ-XC induction upon light shifts. Our results highlight the sea-ice cover as a strong selective force shaping Arctic diatoms photoadaptative strategies. Ice-related species exhibited a survivalist photoadaptive strategy with growth saturating at low irradiance and strong photoprotective capabilities sustained even in darkness. Open-water species photophysiology was more dynamic, expressing flexible light utilisation capacities and great photoprotection capacities triggered by high light and darkness. Ice-edge species showed strong adaptation to light fluctuations and dark physiology fine-tuned depending upon light history. We argue that diverging photoadaptative strategies foster Arctic diatom success in their respective seasonal niches and will likely drive uneven responses to a transforming Arctic Ocean.

La littérature s’accorde généralement pour désigner l’ectoparasite Varroa destructor comme la plus importante menace pour l’Abeille mellifère (Apis mellifera). Actuellement, la varroase est contrôlée principalement par l’utilisation de traitements acaricides qui présentent un risque de contamination des produits de la ruche et de l’environnement. Dans certaines colonies d’A. mellifera, on observe un comportement hygiénique qui réduit l’infestation des varroas, le VSH Varroa Sensitive Hygiene, et qui est associé à une baisse de la reproduction des varroas dans le couvain d’abeilles, le Supressed Mite Reproduction (SMR). L’identification de l’architecture génomique qui régule cette résistance aux varroas permettrait d’assister à l’accélération de son évolution dans l’ensemble des populations d’abeilles domestiques et à réduire les dommages causés par le parasite. Ce projet de maîtrise visait à mettre en lumière la relation entre le génome et ce phénotype quantitatif de résistance par une étude d’association pangénomique sur un échantillon de colonies d’A. mellifera du Québec provenant de cinq sites différents. Une technologie de génotypage par séquençage (GBS) a été utilisée pour identifier à l’échelle du génome entier des milliers de marqueurs à partir de polymorphismes nucléotidiques singletons (SNPs). Puis, l’association des marqueurs avec le phénotype SMR a été testée avec des modèles statistiques : le modèle linéaire mixte (MLM) et le modèle linéaire mixte multi-locus (MLMM) par des outils bio-informatiques. Ce projet se joint à d’autres tentatives de produire des outils de sélection plus efficaces pour les apiculteurs afin de lutter contre la varroase. / The literature generally agrees that ectoparasite Varroa destructor is the most important threat to the honey bee (Apis mellifera). Currently, varroa is controlled primarily by acaricide treatments that present a risk of contamination of hive products and the environment. In some colonies of A. mellifera is a hygienic behavior that reduces varroa mite infestation, VSH "Varroa Sensitive Hygiene", and is associated with a decrease in the reproduction of varroa mites in bee brood, "Supressed Mite Reproduction" (SMR). Identifying the genomic architecture that regulates this resistance to varroa mites would help to accelerate its evolution in all honeybee populations and reduce the damage caused by the parasite. This master’s project aimed to shed light on the relationship between the genome and this quantitative resistance phenotype by a genome-wide association study on a sample of A. mellifera colonies taken from five different sites across Quebec. Genotyping sequencing (GBS) technology has been used to identify thousands of markers on the whole genome scale from single nucleotide polymorphisms (SNPs). Then the association of the markers with the SMR phenotype was tested with statistical models: the mixed linear model (MLM) and the mixed linear multi-locus model (MLMM) with bioinformatic tools. This project joins other attempts to produce more effective breeding tools for beekeepers to control varroosis.

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.

La diversité des ciscos des Grands Lacs Laurentiens (Coregonus artedi, sensu lato) provient de multiples événements de divergence adaptative locale. Cette diversité est aujourd’hui en partie disparue et menacée. Par exemple, la forme nigripinnis est disparue des Grands Lacs mais existe toujours dans le lac Nipigon. La découverte récente de cisco ressemblant à nigripinnis en sympatrie avec artedi dans des lacs reliques d’un exutoire historique du lac proglaciaire Algonquin en Ontario met de l'avant l’hypothèse évolutive selon laquelle ces formes auraient pu coloniser ce territoire en tant que lignées préexistantes. Cette région pourrait donc être dépositaire de la diversité historique des Grands Lacs. Alternativement, nigripinnis pourrait provenir de radiation in situ. L’objectif de ce mémoire est de décrire la diversité phénotypique des nigripinnis et artedi dans cette région, puis de déterminer leur origine évolutive. Pour ce faire, plus de 500 ciscos ont été catégorisés selon deux méthodes de groupements, soit l’habitat de capture (benthique ou pélagique) et le nombre de branchicténies, puis comparés par leur morphologie et leur génétique. Les résultats démontrent un parallélisme de différenciation éco-morphologique entre ces paires de populations et les ciscos artedi et nigripinnis du lac Nipigon. Les branchicténies, le pédoncule caudal et la profondeur du corps étaient les traits les plus différenciés entre les groupes de ciscos. Les analyses génétiques effectuées sur 6676 marqueurs de polymorphisme nucléotidique (SNPs) indiquent que les populations de nigripinnis récemment découvertes dans le Parc provincial Algonquin proviennent d’une colonisation postglaciaire par une lignée atlantique et de divergences in situ répétées. Un continuum de divergence écologique, morphologique et génétique est observé entre les paires de ciscos et pourrait être associé à l’utilisation de ressources alimentaires alternatives. Ce projet confirme la présence de nigripinnis à l’extérieur du lac Nipigon par une approche comparative et intégrative. Ces populations de nigripinnis pourraient être utilisées comme source pour le rétablissement de la diversité fonctionnelle des Grands Lacs. / Laurentian Great Lakes ciscoes (Coregonus artedi, sensu lato) diversity arose via repeated local adaptive divergence. Much of this diversity has vanished or is threatened. For instance, the nigripinnis form is now extirpated from the Great Lakes but remains in L. Nipigon. Ciscoes with some characteristics of nigripinnis have recently been discovered with sympatric artedi in lakes historically covered by the Fossmill outlet, a proglacial drainage of L. Algonquin. This raises the evolutionary hypothesis that artedi and nigripinnis could have colonized the area as distinct pre-existing lineages. Hence, putative nigripinnis may represent a relict embodiment of the historical diversity of ciscoes from the Great Lakes. The objective of this research was to characterize the phenotypic diversity and the evolution of newly observed putative nigripinnis and artedi. To do so, fish were grouped by habitat of capture (benthic and pelagic) and by gill raker counts and contrasted morphologically and genetically. Differentiation within and across lakes was often observed and paralleled that of artedi and nigripinnis in L. Nipigon. Gill rakers, caudal peduncle and body depth were the most important traits differentiating cisco forms. These traits are associated with varying foraging and locomotion strategies. Genetic analyses using 6676 single nucleotide polymorphism (SNPs) markers show that nigripinnis populations found in and nearby Algonquin Provincial Park origin from an Atlantic glacial lineage and repeated in situ divergence. Pairs of sympatric ciscoes were on a continuum of ecological, morphological and genetic differentiation across lakes. The divergence of nigripinnis could be associated to different resource exploitation, such as alternative zooplankton prey. This thesis confirms, by a comparative and integrative approach, the occurrence of a nigripinnis form with an independent evolutionary origin relatively to reference nigripinnis in L. Nipigon. The newly discovered nigripinnis populations could be source for the reestablishment of the functional diversity of the Great Lakes.

Le travail réalisé au cours de cette thèse aborde la thématique complexe de la place des espèces de la faune sauvage dans des habitats qui sont de plus en plus modifiés par les activités humaines. Nous prenons pour modèle d’étude la population de bisons des prairies (Bison bison bison) établie dans le parc national de Prince Albert (Canada) qui utilisent les terres agricoles exploitées bordant le parc. Dans un premier temps, nous démontrons que ce sont les gains énergétiques qui guident principalement la sélection d’habitat des bisons au détriment d’autres facteurs contribuant à la valeur adaptative, tels que le risque de mortalité lié à la chasse. Les parcelles agricoles constituent alors pour cette population un piège écologique, soit un habitat qui est préféré ou également préféré à d’autres habitats disponibles pourtant de meilleure qualité. L’utilisation des parcelles se diffuse parmi la population grâce aux décisions collectives prises au sein du groupe sur la base de l’expérience passée des membres du groupe. La diminution de la taille de la population est concomitante à la diffusion de ce comportement. Nos résultats nous renseignent sur les effets négatifs que peut avoir l’utilisation des milieux anthropisés et sur comment des mécanismes adaptatifs en milieu naturel, comme l’apprentissage social, peuvent se révéler délétères dans des milieux perturbés par l’homme. Nous étudions ensuite les stratégies comportementales mises en œuvre par les bisons pour échapper aux menaces constituées, à la fois, par leur prédateur naturel (le loup gris, Canis lupus) et par les activités humaines. Les bisons réagissent à la proximité du loup gris quand ils sont dans une prairie naturelle uniquement de nuit en écourtant leur temps de résidence. Alors qu’ils sélectionnent les parcelles agricoles principalement la nuit quand les activités humaines sont au plus bas. Ces stratégies divergentes nous renseignent sur les capacités des bisons à intégrer des informations nouvelles et à ajuster leur comportement en fonction de leur expérience passée. Le déclin de la population nous indique toutefois que ce type de stratégie, certainement efficace pour maximiser le temps passé sur les parcelles agricoles tout en minimisant le risque de perturbations, reste largement insuffisant pour prémunir les bisons contre la mortalité induite par la chasse. Pour mieux comprendre les déplacements des bisons et guider la gestion de la population, nous explorons les propriétés du réseau de sentiers créés et entretenus par les bisons pour se déplacer entre les prairies naturelles. Le réseau est très redondant avec de nombreux sentiers indépendants connectant la même paire de prairies. Le nombre de sentiers et de connexions diminue en même temps que le nombre d’individus. Ces résultats nous renseignent sur la capacité de résistance du réseau aux perturbations, mais également sur l’influence de la taille de la population sur la connectivité fonctionnelle. L’utilisation des milieux anthropisés par les espèces de la faune peut également avoir des impacts sur les écosystèmes. Nous décrivons une situation souvent négligée dans le domaine de la conservation: le conflit de conservation, situation au cours de laquelle un objectif de conservation entre en conflit avec un ou plusieurs objectifs d’un autre programme. Les bisons des prairies, espèce au statut vulnérable, transportent un grand nombre de graines d’espèces de plantes non indigènes acquises sur les parcelles agricoles et qui sont potentiellement envahissantes. Ils favorisent l’installation de ces espèces en créant des conditions favorables, comme au niveau des «wallows» (zone dépourvue de végétation en son centre créée par les bisons en se roulant au sol) ou des sentiers créés au cours leurs déplacements. Les bisons en tant que vecteurs d’espèces non indigènes représentent un danger pour la restauration des prairies à fétuques, objectif de conservation prioritaire pour Parcs Canada. En conclusion, ce travail apporte des éléments de compréhension sur le comportement des animaux face à des contraintes émergentes dans les milieux anthropisés et sur les conséquences pour les animaux et les écosystèmes. Il soulève la question de la pérennité de certaines populations animales dans ces milieux anthropisés en l’absence de mesures de gestion adaptées.