La résistance aux insecticides chez les moustiques pose des problèmes de santé publique car ils sont vecteurs de nombreuses maladies. Une alternative aux insecticides chimiques est l'utilisation du bactério-insecticide Bacillus thuringiensis subsp israelensis (Bti) qui a l'avantage de produire un mélange de six toxines spécifiques des Diptères. Cependant le Bti commercial peut proliférer et s'accumuler, entrainant une forte toxicité dans les litières végétales de certains gîtes à moustiques. Afin d'étudier l'évolution de la résistance au Bti chez les moustiques, j'ai sélectionné en laboratoire une souche d'Aedes aegypti avec des litières végétales contenant des toxines de Bti. Une résistance multigénique aux toxines Cry du Bti est apparue en seulement quelques générations chez la souche sélectionnée. Plusieurs approches ont été utilisées pour rechercher les bases génétiques de la résistance au Bti chez la souche d'Ae. aegypti résistante. Deux "scans génomiques" ont permis de déterminer plusieurs régions du génome présentant des signatures de sélection. Ensuite, les niveaux de transcription de plus de 6000 gènes ont été étudiés par séquençage haut débit. La combinaison de ces résultats avec une approche "gènes candidats" a permis d'obtenir une liste de gènes potentiellement liés à la résistance au Bti. Parmi les gènes identifiés, un gène codant pour une cadhérine présente des signatures de sélection chez la souche résistante et semble donc impliqué dans la résistance au Bti. De plus, une étude de génomique des populations de l'espèce de terrain Aedes rusticus traitée depuis 20 ans au Bti a mis en évidence des signatures de sélection liées au traitement et des flux de gènes importants chez cette espèce dans la région Rhône-Alpes. La caractérisation de facteurs génétiques liés à la résistance et de facteurs biologiques liés aux espèces traitées peut aider à la mise en place de stratégies de gestion limitant l'évolution de la résistance au Bti dans ces populations.

La résistance aux insecticides est un phénomène naturel d'adaptation des insectes. Lorsqu'elle apparaît dans une population de vecteur, elle compromet les interventions de lutte anti-vectorielle, et limite les possibilités de contrôle des agents pathogènes qu'ils transmettent. La résistance aux insecticides chez les Culicidae vecteurs est largement répandue de par le monde, et on la retrouve notamment dans les territoires insulaires. Cependant, l'isolement géographique des îles influe sur la présence et la distribution des allèles de résistance. En travaillant sur quatre espèces de moustiques dans plusieurs contextes insulaires, nous nous sommes attachés à (i) évaluer les niveaux de résistance et à caractériser les mécanismes impliqués, (ii) identifier les facteurs, contextuels et/ou évolutifs, expliquant la présence et la distribution des gènes de résistance chez certaines de ces espèces, et (iii) évaluer de nouveaux outils de lutte pouvant être mis en place dans le contexte insulaire particulier que représente Mayotte. Nos résultats montrent une forte résistance de Culex p. quinquefasciatus à toutes les familles d'insecticides utilisées jusqu'à présent dans l'Océan Indien. Cependant, la distribution de ces mécanismes de résistance a présenté une forte hétérogénéité régionale, les allèles de résistance n'étant pas présents dans toutes les îles et/ou pas aux mêmes fréquences. De plus, à une échelle plus locale sur l'île de Mayotte, il existe de fortes disparités entre les espèces étudiées en terme de résistance. Ces différences inter-espèces, intra-île et inter-îles sont discutées en fonction de l'influence des pressions de sélections locales et de leurs sources, et du coût génétique des différents allèles présents. Des propositions d'évolution des pratiques de lutte à Mayotte sont énoncées, intégrant les nouveaux outils que nous avons évalués sur le terrain. / Insecticide resistance is a natural adaptation phenomenon of insects. When it occurs in a vector population, it compromises vector control interventions, and therefore limits the ability to control the diseases they transmit. Insecticide resistance in Culicidae is widespread throughout the world, and is also found in islands. However, their geographic isolation influences the presence and distribution of resistance alleles. We have worked on four mosquito species in several islands, and we tried to (i) assess the resistance levels and characterize the mechanisms involved, (ii) identify contextual and/or evolutionary factors explaining the presence and distribution of resistance genes in some of these species, and (iii) evaluate new control tools that can be implemented in the specific context of Mayotte island. Our results showed a strong resistance of Culex p. quinquefasciatus to all insecticide families used so far in the Indian Ocean. However, the distribution of resistance mechanisms showed a strong spatial heterogeneity. Indeed, some resistance alleles were not present on all islands and/or not at the same frequencies. In addition, at a more local scale in Mayotte, there were strong differences of resistance status between species. These differences between species and islands are discussed in relation to the influence of local selection pressures and their origins, and to the fitness cost of different alleles. Proposals for modification in vector control practices are set to Mayotte, integrating new tools we have evaluated on the field.

Les mutations sont à l'origine des nombreux "variants" présents dans les populations naturelles. Les variants adaptatifs sont propagés par sélection naturelle. Cependant, une mutation bénéfique sur un trait peut affecter négativement d’autres traits (coût sélectif): un compromis émerge alors entre les avantages et les coûts qu’elle induit. Cette thèse vise à comprendre comment des modifications de l’environnement peuvent affecter les compromis évolutifs de différents types de mutations adaptatives (substitutions, duplications hétérogènes, amplifications). Chez les moustiques, l’utilisation d’insecticides organophosphorés (OPs) et carbamates (CXs) a sélectionné trois réponses adaptatives majeures : une amplification de gènes au locus Ester (codant pour des enzymes détoxicantes), une substitution au locus ace-1 (codant pour la cible des insecticides), et des duplications associant une copie sensible et une copie résistante du locus ace-1. Un premier axe de ma thèse a été de mieux comprendre le rôle de ces duplications hétérogènes (qui associent deux copies divergentes d’un même gène) dans l’adaptation. En caractérisant leurs compromis évolutifs nous avons montré qu'elles confèrent un phénotype proche de celui d’hétérozygotes standards. Toutefois, l’étude de leur distribution mondiale et des analyses en laboratoire ont révélé que ces duplications, avantageuses à l’état hétérozygote, sont majoritairement sublétales à l’état homozygote. Le second axe de cette thèse a été l’étude de l’influence des variations de pression de sélection sur la dynamique des allèles adaptatifs. Une étude d’évolution expérimentale a montré que des pressions de sélection intermédiaires pouvaient générer des situations de superdominance au locus ace-1, favorables à la sélection de duplications hétérogènes. Par ailleurs, l’analyse d’échantillons montpelliérains récoltés sur une trentaine d’années nous a permis de relier quantitativement les variations de la pression de sélection et les variations de la valeur sélective des différents allèles du locus Ester. Enfin, l’étude de trois zones géographiques (Mayotte, Martinique, et Montpellier) a permis de montrer que les différentes adaptations ne répondaient pas de la même façon à une modification environnementale majeure liée au retrait de la pression de sélection (interdiction des OPs et CXs en 2007) : alors que les allèles de résistance du locus ace-1 tendent à disparaitre, ceux du locus Ester se maintiennent en fréquence non négligeable dans les populations naturelles. / Mutations are the origin of the many "variants" present in natural populations. Adaptive variants are propagated by natural selection. However a mutation beneficial for a trait can negatively affect other traits (selective cost): a trade-off thus emerges between the benefits and the costs it induces. This PhD aimed at understanding how environmental changes could affect the evolutionary trade-offs of various types of adaptive mutations (substitutions, heterogeneous duplications, amplifications). In mosquitoes, organophosphate (OPs) and carbamates (CXs) insecticides usage has selected three major adaptive responses: gene amplifications at the Ester locus (encoding detoxifying enzymes), a substitution at the ace-1 locus (encoding the target of the insecticides), and gene duplications pairing susceptible and resistance ace-1 copies. The first axis of my PhD aimed at understanding the role of these heterogeneous duplications (combining two different copies of the same gene) in adaptation. Characterizing their evolutionary trade-offs, we showed that they confer a phenotype similar to standard heterozygotes. However, the study of their worldwide distribution and laboratory analyzes showed that these duplications, advantageous at the heterozygous state, are mostly sublethal when homozygous. The second axis of this PhD was the study of the impact of selection pressure variations on the dynamics of adaptive alleles. An experimental evolution study showed that intermediate selective pressures could generate overdominance situations at the ace-1 locus, promoting the selection of heterogeneous duplications. Furthermore, analyzing Montpellier samples collected over a 27 years period allowed us establishing the quantitative relationship between selective pressure variations and fitness variations for the different Ester resistance alleles. Finally, by studying three different geographical areas (Mayotte and Martinique islands and Montpellier) we showed that the various adaptations were not responding similarly to a major environmental change resulting from the selection pressure withdrawal (OPs and CXs were banned in 2007): while the ace-1 locus resistance alleles tended to disappear, those of the Ester locus remained at a significant frequency in natural populations.

L'évolution de la résistance aux insecticides chez les moustiques responsables de la transmission de maladies infectieuses compromet notre capacité à contrôler ces populations de vecteurs et pose de graves problèmes de santé publique. Mais les nombreuses modifications physiologiques associées au phénomène de résistance aux insecticides pourraient altérer l'épidémiologie de ces maladies de manière plus indirecte en modifiant la capacité vectorielle des moustiques. Afin d'étudier cette question nous avons mis en place un nouveau système expérimental composé du parasite aviaire Plasmodium relictum SGS1 et de son vecteur naturel le moustique Culex pipiens. Nous avons étudié l'effet de différents allèles de résistance aux insecticides (représentant deux mécanismes principaux i.e. la résistance métabolique ou la modification de la cible) sur une série de traits d'histoire de vie du parasite et du moustique. L'impact de ces différents allèles a été étudié d'une part, dans les conditions contrôlées de leur expression dans un même fond génétique (en utilisant plusieurs souches de moustiques isogéniques), et d'autre part, dans les conditions plus réalistes de leur expression dans un fond génétique hétérogène (utilisation de moustiques échantillonnés sur le terrain). Nous montrons que la résistance aux insecticides a des effets pleïotropes sur l'immunocompétence et les traits d'histoire de vie des moustiques. Son effet sur le développement de Plasmodium semble en revanche limité. Nous discutons d'une part, de la nécessité de poursuivre une approche multifactorielle (impliquant la physiologie, l'immunité et le comportement des moustiques) afin de mieux comprendre l'impact de la résistance aux insecticides sur la transmission de Plasmodium, et d'autre part des perspectives intéressantes qu'offrent ce nouveau système expérimental pour l'étude de l'écologie évolutive des maladies à vecteurs. / The evolution of insecticide resistance in mosquitoes threatens our ability to control many-vector-transmitted diseases, thereby raising serious public health issues. Insecticide resistance entails numerous physiological changes in mosquitoes. This thesis investigates whether these physiological changes alter the quality of mosquitoes as vectors of malaria. To address this issue, we developed a new experimental system consisting in the avian malaria parasite Plasmodium relictum SGS1 and its natural vector, the mosquito Culex pipiens. We investigated the impact of two insecticide resistance mechanisms (target site resistance and metabolic resistance) on several mosquito and parasite life history traits relevant for malaria transmission. The effect of different insecticide resistant genes was investigated using both isogenic laboratory mosquito strains (i.e. against a homogeneous genetic background) and sympatric field caught mosquitoes (i.e. under the more realistic, albeit noisier, conditions of a heterogeneous genetic background). We show that insecticide resistance has a pleiotropic effect on several mosquito traits (immunocompetence, longevity, fecundity), whereas it has only a limited effect on Plasmodium development. We discuss, on the one hand, the need to pursue such a multi-factorial approach (combining the mosquito physiology, immunity and behavior) to better understand the impact of insecticide resistance on malaria transmission and, on the other hand, the promising perspectives offered by this new experimental system for studying the evolutionary-ecology of infectious diseases.