L'évolution répétée et indépendante de la différenciation phénotypique entre espèces divergentes, suggérant des pressions sélectives similaires, constitue un contexte propice à l'étude de l'architecture génomique de la spéciation parallèle. L'objectif principal de cette thèse est d'apporter des éléments de réponses concernant les bases génomiques impliquées dans la différenciation phénotypique, et leur influence sur l’évolution de la divergence entre deux complexes d'espèces apparentés, le Grand Corégone (Coregonus clupeaformis) et le Corégone Lavaret (C. lavaretus). Plus précisément, il était nécessaire d'élucider l'origine du polymorphisme de chacune des populations, le rôle de cette variation génétique, son maintient durant la divergence et la différenciation phénotypique entre paires d'espèces. Une analyse génomique a permis de réaliser des inférences démographiques historiques, mettant en évidence la contribution simultanée de processus démographiques et sélectifs qui ont façonné les paysages génomiques de différenciation entre paires d'espèces. Ensuite, une analyse transcriptomique a permis d'identifier des bases polygéniques partagées impliquées dans la différenciation phénotypique parallèle entre paires d'espèces. De plus, ces bases polygéniques indiquent une forte rétention du polymorphisme ancestral sous l’action de la sélection divergente. Finalement, un parallélisme de régions d’ADN différentiellement méthylées entre espèces a été identifié. Bien que cette méthylation repose sur des bases génomiques, ces régions différentiellement méthylées sont associées à une différenciation transcriptionnelle entre espèces des complexes d'espèces du Corégone Lavaret et du Grand Corégone. Ces travaux montrent que la sélection naturelle est contrainte par certains génotypes permettant d'acquérir un parallélisme phénotypique de façon indépendante, et agir sur du polymorphisme ancestral, notamment dans un contexte de spéciation parallèle. Enfin, cette thèse permet de lever le voile et de contribuer à la compréhension des mécanismes génomiques associés à la divergence adaptative pouvant mener à la spéciation écologique, notamment en utilisant une approche intégrative. / Repeated evolution of phenotypic differentiation between diverging species pairs provides an ideal context for the study of the genomic architecture of parallel speciation. The main objective of this thesis is to provide evidence concerning the genomic bases involved in phenotypic differentiation, and their influence on the evolutionary potential of species complexes belonging to two related lineages, the Lake Whitefish (Coregonus clupeaformis) and European Whitefish (C. lavaretus). Specificaly, it is necessary to elucidate the origin of the genetic polymorphism of each population from both whitefish lineages, and to which extend this polymorphism was involved in the genetic divergence and phenotypic differentiation between species pairs. A genome-wide analysis allowed to infer the divergence history combining the effects of historical demograhy and selective pressure that collectively shape the genomic landscape of differentiation between species pairs. Then, transcriptomic analyses revealed parallel polygenic bases involved in the phenotypic differentiation of species pairs, and such genes were enriched in shared ancestral polymorphism. Finaly, a parallel differential methylation level has been identified between species. Although this methylation is genomicaly based, these differentially methylated regions are associated with a transcriptional differentiation between the limnetic and benthic species. This work shows that selection is constrained by some genotypes which could lead to an independent parallel phenotypic aquisition, but also act on the maintainance of ancestral genetic polymorphism, particularly in a context of parallel speciation. This thesis allows to highlight and to contribute to the understanding of the genomic mechanisms generating biodiversity, notably by using an integrative approach.

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.

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.

En fonction du contexte génétique d’un individu et de son environnement, les mutations responsables de certaines maladies génétiques peuvent avoir des effets différents. Ces effets créent donc un besoin pour des traitements médicaux personnalisés. Ces traitements, pour être développés, demandent une meilleure compréhension de l’implication du contexte génétique au niveau moléculaire, incluant le mode d’action des gènes modificateurs. Pour mieux comprendre leur mode d’action, dans le cadre de mon projet, j’utilise un modèle du Syndrome de Wiskott-Aldrich chez la levure Saccharomyces cerevisiae impliquant le gène LAS17. Grâce à des expériences d’évolution expérimentale, des gènes ciblés par des mutations et, par la suite, une molécule ont été identifiés permettant de corriger le phénotype malade. Dans certains cas, cette correction est spécifique au contexte génétique et la majorité des gènes ciblés codent pour des partenaires d’interaction physique de Las17p. Une exception est la sous-unité Cnb1p de la calcineurine, la protéine ciblée par la cyclosporine A, qui ne fait pas partie de ces partenaires. La réponse à cette molécule est pourtant spécifique à un contexte génétique. J’ai utilisé différentes approches, dont des analyses QTL, pour identifier les gènes modificateurs sous-jacents à cette spécificité. Plusieurs locus ont été identifiés et la plupart incluaient des gènes au niveau du réseau d’interaction protéique ou génétique de Las17p et des sous-unités de la calcineurine. Le gène candidat principal, END3, un interactant physique de Las17p, semble présenter des effets de dosage au niveau protéique. Les liens avec la littérature suggèrent une importance dans la balance protéique de réseaux d’interaction à la fois du gène causant la maladie et celui ciblé par le traitement. L’ensemble des résultats du modèle soutiennent l’importance de tenir compte du contexte génétique pour élaborer de nouveaux traitements et suggèrent que les partenaires d’interactions devraient être les principales cibles de ces interventions. / Depending on the genetic background of an individual and their environment, the mutations responsible for some genetic diseases may have different effects. These effects create a need for personalized medical treatments. To be developed, these treatments require a better understanding of the implication of the genetic background at the molecular level, including the mode of action of modifier genes. To better understand their mode of action, as part of my project, I used a model of the Wiskott-Aldrich Syndrome in the yeast Saccharomyces cerevisiae involving the LAS17 gene. Through experimental evolution experiments, several genes targeted by mutations and, subsequently, a molecule have been identified to rescue the diseased phenotype in yeast. In some cases, this phenotypic rescue was specific to the genetic context and the majority of the targeted genes coded for Las17p physical interaction partners. An exception was the Cnb1p subunit of calcineurin, the protein targeted by cyclosporin A, which was not one of these partners. The response to this molecule was nevertheless specific to a genetic background. I used different approaches, including QTL analysis, to identify modifier genes underlying this specificity. Several loci were identified and most of them included genes in the protein or genetic interaction networks of Las17p and of calcineurin subunits. The main candidate gene, END3, a physical interactant of Las17p, appeared to exhibit protein-level effects. The literature suggests an importance in the protein balance of the interaction networks of both the gene causing the disease and the one targeted by the treatment. The overall model results support the importance of considering the genetic background for developing new treatments and suggest that interaction partners should be primary targets for these interventions.

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.

D’abord méconnue puis longuement sous-estimée, la biodiversité de l’Arctique fait maintenant face à d’importantes altérations sous les effets combinés des changements climatiques ainsi que l’augmentation des activités commerciales dans l’Arctique canadien. Ces altérations ne sont pas sans risque pour les communautés d’invertébrés marins, particulièrement dans les zones sensibles telles que les ports commerciaux. La protection de la biodiversité représente un enjeu majeur, nécessitant une bonne compréhension de l’organisation spatiale des espèces au moyen d’indices de biodiversité tels que les indices alpha, beta et gamma, de même que le développement de méthodes de détection efficace. Dans le cadre de ce projet de maîtrise, la biodiversité obtenue à l’aide de méthodes d’échantillonnage traditionnelle fut comparée à la biodiversité détectée par l’ADN environnementale (ADNe), grâce au metabarcoding des gènes COI et 18S, afin de documenter les patrons de biodiversité des communautés d’invertébrés marins à différentes échelles spatiales. À partir d’échantillons d’eau de 250 ml récoltés à trois différentes profondeurs au sein des ports de Churchill, Baie Déception et Iqaluit, il fut possible de déceler la présence de 202 genres répartis dans plus de 15 phyla. De ces organismes, seulement 9 à 15% furent également collectés par les méthodes traditionnelles, révélant ainsi l’existence de différences significatives au niveau de la richesse et de la composition des communautés entre ces différentes approches d’échantillonnage. Outre ces différences majeures, cette étude a permis de démontrer une réduction de la biodiversité beta dans les communautés détecter à l’aide de l’ADNe comparativement aux communautés identifiées par la collecte de spécimens. Cette homogénéisation de la biodiversité souligne le rôle non négligeable de la dispersion de l’ADNe ainsi que l’influence notoire des stades de vie pélagique dans sa détection. Les résultats obtenus dans le cadre de cette étude mettent bien en évidence le potentiel du metabarcoding d’ADNe tout en insistant sur son caractère complémentaire face aux méthodes traditionnelles pour d’éventuelles applications en gestion et conservation des communautés d’invertébrés marins de l’Arctique / Arctic biodiversity has long been underestimated and is now facing rapid transformations due to ongoing climate change and other impacts including shipping activities. These changes are placing marine coastal invertebrate communities at greater risk, especially in sensitive areas such as commercial ports. Preserving biodiversity is a significant challenge, going far beyond the protection of charismatic species and involving suitable knowledge of the organization of species in space. Therefore, knowledge of alpha, beta and gamma biodiversity indices are of great importance in achieving this objective together with new cost-effective approaches to monitor changes in biodiversity. This study compares metabarcoding of COI mitochondrial genes and 18S rRNA genes from environmental DNA (eDNA) water samples with standard species collection methods to document patterns of invertebrate communities at various spatial scales. Water samples (250 mL) were collected at three different depths within three Canadian Arctic ports; Churchill, MB, Iqaluit, NU and Deception Bay, QC. From these samples, 202 genera distributed across more than 15 phyla were detected using eDNA metabarcoding, of which only 9% to 15% were also identified through species collection at the same sites. Significant differences in taxonomic richness and community composition were observed between eDNA and species collections, both on local and regional scales. This study shows that eDNA dispersion in the Arctic Ocean reduces beta diversity in comparison to species collection while emphasizing the importance of pelagic life stages for eDNA detection. This study highlights the potential of eDNA metabarcoding to assess large-scale arctic marine invertebrate diversity while emphasizing that eDNA and species collection should be considered as complementary tools for providing a more holistic picture of the marine invertebrate communities living in coastal areas.

L’objectif général de cette thèse est de développer des modèles mécanistes de l’utilisation de l’espace qui sont basés sur les déplacements des animaux, afin de comprendre et d’anticiper la répartition spatiale des populations animales dans des environnements hétérogènes et dynamiques. J’utilise et je développe des méthodologies qui intègrent autant la modélisation mathématique de la dynamique spatio-temporelle des déplacements que des analyses statistiques de données simulées et empiriques de déplacement. Dans mon premier chapitre, j’effectue une série de simulations afin de clarifier combien de grappes sont nécessaires lors d’une estimation par équations d’estimation généralisées, pour correctement tenir compte de la corrélation dans les données de déplacement et obtenir des inférences robustes sur la sélection de l’habitat. Mes simulations révèlent que 30 individus indépendants, chacun étant assigné à une grappe, suffisent pour éviter la mesure biaisée de l’incertitude sur la sélection de l’habitat lors des déplacements dans un environnement hétérogène. Dans le cas où moins de 30 individus sont disponibles, il est possible d’augmenter le nombre de grappes en divisant les données des individus, cependant il faut s’assurer de la présence d’une autocorrélation temporelle et d’une faible hétérogénéité interindividuelle dans les données. Dans mon deuxième chapitre, je développe un modèle statistique de déplacement permettant d’identifier différentes phases comportementales par lesquelles passent les individus (p. ex., alimentation, déplacements entre les parcelles de ressource) et de révéler la sélection de l’habitat spécifique à chaque phase, pour l’ensemble de la population et à partir de données collectées irrégulièrement. L’analyse de données simulées et empiriques de déplacement de trois grands herbivores dont le bison des prairies (Bison bison bison), le cerf à queue noire (Odocoileus hemionus) et le zèbre des plaines (Equus quagga) démontrent la robustesse et la bonne capacité de prévision du modèle. Cet outil statistique est également flexible puisque j’évalue différents processus écologiques à partir de ces données tels que l’alimentation, la migration ou encore les réponses comportementales face à un prédateur. De plus, je montre la nécessité de tenir compte des phases comportementales pour correctement caractériser la sélection de l’habitat lors des déplacements des animaux. Le développement mathématique que j’ai effectué dans mon troisième chapitre permet de coupler les déplacements des individus au sein d’un réseau de parcelles de ressources et le temps de résidence dans les parcelles afin de prévoir, de façon mécaniste, la répartition spatiale d’une population dans un environnement hétérogène. De plus, j’illustre une méthodologie pour identifier et prévoir le réseau théorique le plus représentatif de l’espèce étudiée. Je démontre à partir de l’application du modèle aux données de bisons des prairies, que la topologie du réseau théorique est cruciale pour correctement anticiper l’utilisation de l’espace d’une population, ainsi que pour implémenter des plans de gestion ou de conservation les plus réalistes possibles. Dans mon chapitre 4, je teste empiriquement la robustesse d’un réseau de parcelles de ressources lorsque celui-ci est perturbé par une fragmentation anthropique du paysage. Les résultats révèlent que les caribous des bois (Rangifer tarandus caribou) reconnectent certaines parcelles favorisant ainsi la robustesse du réseau. Cependant, les prévisions de la répartition spatiale des individus obtenues en utilisant le modèle mécaniste développé dans le chapitre 3 démontrent que, malgré la reconnexion, l’utilisation des parcelles de ressources par les caribous change suite à la perturbation. De plus, ce changement est plus soutenu lorsque ce sont les parcelles les plus connectées (c.-à-d., les pôles) qui sont fragmentées. Ma thèse apporte une contribution méthodologique pour mieux tenir compte de la corrélation dans les données de déplacement et intégrer les phases comportementales lors de l’analyse de la sélection de l’habitat dans des paysages hétérogènes. Mon travail permet aussi de faire le lien entre la théorie des réseaux et l’utilisation de l’espace pour prévoir d’une façon mécaniste la répartition spatiale des populations animales dans des environnements hétérogènes et dynamiques. Mon doctorat donne également lieu à une évaluation du contexte dans lequel la théorie des réseaux peut s’appliquer à l’écologie spatiale. Finalement, ma thèse vient améliorer notre compréhension mécaniste des déplacements de quatre espèces de grands herbivores. / In my thesis, I develop mechanistic models of space use based on animal movement, to understand and to predict population distribution in heterogeneous and dynamic landscapes. Used and developed methodologies couple mathematical modelling of the spatio-temporal dynamics of animal movement together with statistical analysis of simulated and empirical movement datasets. In my first chapter, I proceed in a series of simulations to clarify how many clusters are needed when using generalized estimating equations to correctly account for the correlation in movement data and to obtain robust inference on habitat selection. My simulations reveal that 30 independent individuals, each assigned to a cluster, are sufficient to avoid biased evaluation of the uncertainty on habitat selection along movement in heterogeneous environments. When less than 30 individuals are available, destructive sampling can be used but solely when temporal correlation is present and inter-individual heterogeneity is low in the data. In my second chapter, I develop a statistical movement model that allows to identify successive behavioral phases (e.g., foraging phase, inter-patch movement) together with behavior-specific habitat selection parameters, over the whole population and using temporally irregular data. Analysis of simulated and empirical movement data from three large herbivores including plains bison (Bison bison bison), mule deer (Odocoileus hemionus) and plains zebra (Equus quagga) show the robustness and the high predictive capacity of the model. This statistical tool is also flexible since I assess multiple ecological processes from those datasets such as foraging behavior, migratory behavior or prey-predator interactions. In addition, I show how accounting for behavioral phases in habitat selection analysis is crucial to correctly characterize habitat selection along animal movement. In my third chapter, I develop a mathematical framework to couple movement of individuals among a network of resource patches with residency time in patches to mechanistically predict space use in heterogeneous landscapes. In addition, I illustrate a methodology to identify and predict the most representative theoretical network for the target species. I show from model application on data of plains bison that the theoretical network topology is crucial to correctly infer population space use and implement realistic management and conservation planning. In my chapter 4, I empirically assess the robustness of a network of resource patches following landscape fragmentation from anthropogenic source. The analysis shows that woodland caribou (Rangifer tarandus caribou) reconnect some patches, thus causing robustness in their spatial networks. However, predictions on space use from the mechanistic model developed in chapter 3 reveal that, despite the rewiring, patch use change following the fragmentation. Moreover, this change is stronger when the most connected patches (i.e., the hubs) are impacted. My thesis provides a methodological contribution to better account for correlation in movement data and integrate behavioral phases in habitat selection analysis in heterogeneous landscapes. Besides, my work links network theory and space use to mechanistically predict population distribution in heterogeneous and dynamic environments. My research also assesses the context in which network theory can be applied to spatial ecology. Finally, my thesis improves our mechanistic understanding of animal movement in four species of large herbivores.