Aeromonas salmonicida subsp. salmonicida est une bactérie à Gram négatif responsable de la furonculose, une infection opportuniste des salmonidés d'élevage représentant en moyenne de 30 à 60 % des diagnostics annuels posés au Québec chez l'Omble de fontaine aquicole (Salvelinus fontinalis). Les méthodes de traitement actuelles contre la furonculose reposent essentiellement sur l'antibiothérapie et l'immunoprophylaxie. Cependant, l'usage intensif d'antibiotiques en aquaculture contribue à l'émergence de souches pathogènes d'A. salmonicida antibiorésistantes (certaines résistant à jusqu'à 8 antibiotiques). De plus, les effets secondaires associés à l'antibiothérapie et la vaccination peuvent causer des altérations maladaptives des interactions hôte-microbiote, en défaveur des bactéries résidentes de l'hôte qui contribuent à la résistance aux infections. C'est pourquoi l'administration de symbiontes bactériens endogènes à des hôtes sensibles en tant que traitement probiotique semble être une solution prometteuse. L'objectif de ce projet de maîtrise était d'initier la recherche et le développement d'un traitement à base de probiotiques endogènes pour prévenir et traiter la furonculose chez l'Omble de fontaine. Dans le cadre de ce projet, des souches de Pseudomonas spp. endogènes de l'Omble de fontaine ont été découvertes sur la base de leur effet d'antagonisme marqué et inductible vis-à-vis A. salmonicida. L'analyse bio-informatique du génome de ces souches a permis de prédire qu'elles appartiennent à l'espèce P. fluorescens, qu'elles sont a priori non pathogènes et qu'elles ne portent aucun gène horizontalement transférable de résistance à des antibiotiques homologués au Canada pour usage en aquaculture. Ces souches seraient donc des candidats probiotiques prometteurs pour prévenir et traiter la furonculose chez l'Omble de fontaine. / Aeromonas salmonicida subsp. salmonicida is a Gram-negative bacterium causing furunculosis, an opportunistic disease of farmed salmonids that accounts for 30 to 60% of yearly diagnoses emitted for the brook charr (Salvelinus fontinalis) in the Quebec province, Canada. Current treatment methods against furunculosis include antibiotherapy and immunoprophylaxis. However, the intensive use of antimicrobials in aquaculture contributes to the emergence of resistant A. salmonicida strains (some of which can resist up to 8 antimicrobials). Moreover, the adverse effects of antibiotherapy and vaccination may cause maladaptive changes in host-microbiota interactions, in disfavour of resident bacteria that contribute to enhance disease resistance. Therefore, using bacterial symbionts as a probiotic treatment appears to be a promising solution to treat furunculosis. The purpose of this Master's project was to pioneer research and development of an endogenous probiotic-based treatment strategy for brook charr against furunculosis. In this project, endogenous Pseudomonas spp. strains from brook charr were identified on the basis of their strong and inducible in vitro antagonistic effect against A. salmonicida. Bioinformatic analyses of those strains' genome sequence predicted that: (i) they belong to the P. fluorescens species group, (ii) they are non-pathogenic a priori, and (iii) they harbor no horizontally-transferable genes that confer resistance to antibiotics approved for use in aquaculture in Canada. These P. fluorescens strains therefore are promising probiotic candidates for in vivo trials on live brook charr.

Le changement climatique devrait induire une augmentation des précipitations pendant l'hiver et le printemps dans les régions tempérées et la côte nord de l'Europe. Dans les écosystèmes fluviaux, les précipitations affectent directement le débit des eaux courantes et les rivières subiront des crues plus sévères. En outre, la température de l'air et de l'eau augmenteront à travers le monde. Ces nouvelles conditions environnementales vont avoir des conséquences sur la phénologie des espèces et les interactions prédateurs/proies. Les jeunes truites fario (Salmo trutta L.) commencent leur alimentation exogène en mars/avril. Cette étape critique de leur cycle de vie induit d’importants changements aussi bien physiologiques que comportementaux. Pour permettre un bon développement des individus et un taux de survie élevé, les proies doivent être disponibles et abondantes, en particulier à ce moment de l’ontogénèse où les juvéniles sont vulnérables au manque de nourriture et à la prédation. Des expériences en milieux contrôlés ont été menées pour quantifier la sensibilité à différentes modalités de vitesses de courant de trois espèces d’invertébrés couramment consommées par les salmonidés et pour évaluer l’effet de la température sur le métabolisme d’alevins en situation de jeûne. Des expériences en milieu semi-naturel ont été mises en place pour mieux comprendre les effets d’une crue sur la communauté d’invertébrés et sur la survie, le comportement et la croissance des alevins en première alimentation. Il apparaît que la crue impacte différemment les truites en fonction du moment de la saison auquel elles commencent à s’alimenter (au début ou à la fin du printemps) et de la productivité du système. / Global Climate Change will increase precipitations in the temperate and Northern coast of Europe during winter and spring. In riverine ecosystems, precipitation affects directly the discharge of running waters and, thus, it is predicted that streams will face more severe floods. Additionally, air and water temperature will increase all over the world. These new environmental conditions can alter the phenology of species and predator/prey interactions. Newborns of brown trout (Salmo trutta L.) start their exogenous feeding in March/April. This stage is a critical step as individuals undergo huge physiological and behavioral changes. To allow a good development and a high survival rate, prey has to be abundant, particularly during early ontogenesis when they are most vulnerable to food scarcity and predation. In this thesis, experiments in controlled-environment were conducted to estimate the effect of water velocity on the preferred prey taxa for salmonids and to understand the effect of temperature on the metabolism of alevins facing starvation. Experiments in semi-natural conditions were set up to better understand the effects of floods on invertebrate communities and on survival, behavior and growth of first-feeding alevins. Our data support that floods affect trout differently depending on when they start feeding (early or late spring) and the availability of prey in their environment.

Les changements globaux provoquent une disparition accélérée des espèces endémiques. Il apparait crucial de quantifier les risques potentiels d’extinction en relation avec les changements climatiques liés à l’activité anthropique, et particulièrement pour les espèces dont l’aire de répartition est restreinte. Dans ce travail de thèse je me suis intéressé aux effets des changements globaux sur le complexe de la truite du Mexique qui vit dans le nord-ouest du Mexique. Ce complexe représente le groupe des salmonidés avec la distribution la plus méridionale au monde, avec seulement deux taxa décrits : la truite dorée mexicaine (Oncorhynchus chrysogaster) et la truite de San Pedro Mártir (O. mykiss nelsoni).En tant qu’espèce montagnarde d’altitude, ces salmonidés sont très vulnérables aux effets des changements globaux, et particulièrement au changement climatique et à l’introduction d’espèces exotiques pour l’aquaculture, comme la truite arc en ciel. Les objectifs généraux de cette thèse étaient de déterminer les relations entre les processus micro-évolutifs chez la truite mexicaine dorée, ainsi que la structure spatiale de leur habitat qui définissent les risques d’extinction engendrés par les changements globaux.Afin de répondre à ces questions, j’ai appliqué aux écosystèmes de rivières une approche de génétique du paysage intégrant différentes échelles spatiales à différents niveaux taxonomiques, ainsi j’ai appliqué des analyses de génétique des populations, des analyses de système d’information géographique et de modélisation de la distribution des espèces, ainsi que des simulations démo-génétiques.Initialement, les analyses de génétique des populations réalisées sur 11 loci microstallites nous ont permis de mettre en évidence une structure génétique spatialisée pour l’ensemble du complexe des truites mexicaines, ainsi qu’une introgression génétique chez la truite endémique. Ces résultats ont été confirmés par d’autres analyses utilisant un plus grand nombre de microsatellites et de marqueurs SNP. Une étude plus fine centrée sur O. chrysogaster et combinant simulations génétiques et distribution de l’espèce a permis de définir les caractéristiques des paysages de rivières comme les principaux déterminants de la structure génétique des populations natives, voire comme des barrières aux flux de gènes. Pour cette espèce, j’ai également généré une base de données de 9676 SNP grâce aux techniques de séquençage de nouvelles génération et mis en évidence une structure génétique cryptique chez O. chrysogaster. Une approche de génomique du paysage a révélé une influence significative des variables physiques des rivières sur la structuration génétique neutre et adaptative de la truite dorée mexicaine. / The combined effect of different threats has caused an accelerated loss of biodiversity in endemic species. Then, it is crucial to quantify potential extinction risks as consequence of global change related with human activities, especially in range restricted species. An example of that situation is represented by the native Mexican trout complex inhabiting the highlands of northwest Mexico and representing the group of salmonids with the southernmost distribution in the world, with the Mexican golden trout (Oncorhynchus chrysogaster) and the coastal nelson trout (O. mykiss nelsoni) as the only described species for this complex.However, as mountaintop species, these salmonids are highly vulnerable to global change effects, mainly by climate change and the introduction of the exotic rainbow trout for aquaculture purposes. The overall aim of this PhD project is to assess the possible relationships between microevolutionary processes of the Mexican golden trout, as well as the spatial structure of their habitat defining extinction risks derived by global change.To address those questions, a riverscape genetics approach was applied at different spatial scales and taxonomic levels including population genetics analyses based on neutral microsatellite markers and Next Generation Sequencing (NGS), G.I.S. (Geographic Information Systems; riverscape characterizations), species distribution modeling and demo-genetic simulations.Initially, population genetics analyses of 11 microsatellite loci revealed a spatial genetic structure for the entire Mexican trout complex as well as genetic introgression for native trout collected in aquaculture farm proximities, these results were corroborated by other using more microsatellite and SNPs markers. Moreover, focusing on O. chrysogaster, species distribution models and demogetic simulations defined riverscape as the main factor driving native population genetic structure, and as a boundary against exotic introgression. Additionally, 9,676 SNP’s were generated by NGS techniques defining a cryptic genetic structure for O. chrysogaster. Finally, landscape genomics approaches revealed a significant influence of riverscape factors on the neutral and adaptive genetic structure of the species.

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Les molécules classiques du complexe majeur d’histocompatibilité de classe II (CMHII) sont des glycoprotéines de surface spécialisées dans la présentation de peptides, principalement dérivés de pathogènes extracellulaires, aux récepteurs des lymphocytes T CD4+ afin d’initier la réponse immunitaire adaptative. Elles sont encodées, avec celles du CMH de classe I, par les gènes les plus polymorphiques identifiés jusqu’à maintenant, avec plusieurs loci et une grande diversité allélique à chacun d’eux. De plus, le polymorphisme des gènes du CMHII n’est pas limité qu’aux séquences codantes. Il est également observé dans les promoteurs où on a démontré ses effets sur le niveau d’expression des gènes. La variation de la régulation d’un gène est considérée comme un facteur important et pour laquelle des modifications morphologiques, physiologiques et comportementales sont observées chez tous les organismes. Des séquences d’ADN répétées impliquées dans cette régulation ont été identifiées dans les régions non-codantes des génomes. D’un autre côté, la sélection par les pathogènes permettrait l’évolution et le maintien du polymorphisme des gènes du CMH chez les vertébrés. À ce sujet, plusieurs études ont montré l’implication de différents allèles du CMH dans la résistance ou la susceptibilité aux maladies. Cette étude avait pour objectifs de caractériser le polymorphisme du gène MHIIb chez l’omble de fontaine (Salvelinus fontinalis) et de documenter ses effets au niveau de la survie conférée par des allèles et/ou génotypes particuliers lors d’une infection, ainsi que sur la variation du niveau d’expression du gène dans différentes conditions. Dans une première partie, nous avons identifié un total de 6 allèles du gène MHIIb, désignés Safo-DAB*0101 à Safo-DAB*0601, qui montrent une grande similarité avec les séquences codantes provenant de poissons téléostéens et de l’humain. L’analyse des séquences du domaine b1 a permis de détecter l’effet d’une pression sélective positive pour maintenir le polymorphisme dans cette région de la molécule. Quatre de ces allèles ont été testés lors d’une expérience d’infection avec le pathogène Aeromonas salmonicida afin d’évaluer l’effet qu’ils pouvaient avoir sur la survie des poissons. Nous avons trouvé que l’allèle DAB*0101 était significativement associé à la résistance à la furonculose. En plus d’avoir été identifié chez les individus homozygotes pour cet allèle, l’effet a également été remarqué au niveau de la survie les poissons de génotype DAB*0101/*0201. À l’opposé, les facteurs de risque élevé obtenus pour les génotypes DAB*0201/*0301 et DAB*0301/*0401 suggèrent plutôt une association à la susceptibilité. Étant donné la faible fréquence à laquelle l’allèle DAB*0101 a été retrouvé dans la population, le modèle de la sélection dépendante de la fréquence pourrait expliquer l’avantage conféré par ce dernier et souligne l’importance de ce mécanisme pour le maintien du polymorphisme du gène MHIIb chez l’omble de fontaine. Dans une seconde partie, nous avons rapporté la présence d’un minisatellite polymorphique formé d’un motif de 32 nucléotides dans le second intron du gène MHIIb, et pour lequel un nombre exclusif de répétitions du motif a été associé à chaque allèle (69, 27, 20, 40, 19 et 25 répétitions pour les allèles DAB*0101 à DAB*0601 respectivement). L’expression relative de quatre allèles a été évaluée dans des poissons hétérozygotes aux températures de 6 ºC et 18 ºC. Les résultats indiquent que les allèles possédant un long minisatellite montrent une réduction de l’expression du gène d’un facteur 1,67 à 2,56 par rapport aux allèles qui en contiennent un court. De même, des allèles qui incluent des minisatellites de tailles similaires n’affichent pas de différence significative au niveau de l’abondance du transcrit aux deux températures. De plus, l’effet répressif associé aux longs minisatellites est amplifié à la température de 18 ºC dans des poissons de trois génotypes différents. Nous avons finalement observé une augmentation significative par un facteur 2,08 de l’expression totale du gène MHIIb à la température de 6 ºC. Ces résultats appuient l’implication des séquences d’ADN répétées dans la régulation de l’activité transcriptionnelle d’un gène et suggèrent qu’un minisatellite sensible aux différences de températures pourrait être soumis aux forces sélectives et jouer un rôle important dans l’expression de gènes et l’évolution des organismes poïkilothermes. / Classical major histocompatibility complex class II (MHCII) molecules are cell-surface glycoproteins specialized in the presentation of peptides, mainly derived from extracellular pathogens, to the antigen receptors of CD4+ T cells in the adaptive immune system. They are encoded, with those of the MHC class I, by the most polymorphic genes known to date, with multiple loci and high allelic diversity at each one. Moreover, the polymorphism within MHCII genes is not restricted to coding sequences. It has also been observed in promoters where it was shown to affect the expression level of the genes. Variation in gene regulation is believed to be an important factor from which modification in morphology, physiology or behaviour can be observed in all organisms. Repeated DNA sequences with functional roles in this regulation have been identified within the non-coding parts of the genomes. On the other hand, pathogen-driven selection is also believed to be important in the evolution and maintenance of the polymorphism of the MHC genes in vertebrates. Studies have shown the implication of different MHC alleles in disease resistance or susceptibility. In this study, our aims were to characterize the polymorphism of the MHIIb gene in brook charr (Salvelinus fontinalis), to document its effects on the survival conferred by specific alleles and/or genotypes following an infection and on the variation of the expression level of the gene in different environmental conditions. In a first part, we identified a total of 6 MHIIb alleles, designated Safo-DAB*0101 to Safo-DAB*0601, showing a high similarity to coding sequences from teleost fish and human. Analysis of the b1 domain sequences indicates the effect of a positive selection pressure to select polymorphic mutations in that region of the molecule. Four of these alleles were tested in a challenge experiment against the pathogen Aeromonas salmonicida to evaluate their effect on fish survival. We found that one allele, DAB*0101, was significantly associated with resistance to furonculosis. In addition to homozygotes for this allele, its resistance effect was also detected in the heterozygote individuals of the DAB*0101/*0201 genotype. In contrast, other allelic combinations, namely heterozygous genotypes DAB*0201/*0301 and DAB*0301/*0401 were significantly associated with increased susceptibility. Given that its frequency was relatively low in the population, the negative frequency dependant selection hypothesis could explain the advantage associated with the allele DAB*0101 over the other alleles and highlight the importance of this mechanism to sustain variation at the MHC in brook charr. In a second part, we reported the identification of a polymorphic minisatellite formed of a 32 nucleotides motif in the second intron of MHIIb gene, and for which distinctive repeat numbers of the motif were associated to each alleles (69, 27, 20, 40, 19 and 25 repeats for the DAB*0101 to DAB*0601 alleles respectively). Relative expression levels of four alleles were determined in heterozygous fish at temperature of 18 ºC and 6 ºC. Results indicate that alleles carrying the longest minisatellite showed a 1.67 to 2.56-fold reduction in the transcript expression relatively to the shortest one. In contrast, no significant differences were seen in the expression levels between alleles with comparable minisatellite length at both temperatures. Furthermore, the repressive activity associated to the longest minisatellite was more effective at temperature of 18 ºC in fish from three different genotypes. We finally observed a significant 2.08-fold up-regulation of the total MHII transcript amount at 6 ºC. The results support the implication of repeated DNA sequences in the regulation of the gene transcriptional activity and suggest that a temperature-sensitive minisatellite could potentially be submitted to selective forces and therefore play an important role in gene expression and evolution in ectothermic organisms.

Les molécules classiques du complexe majeur d’histocompatibilité de classe II (CMHII) sont des glycoprotéines de surface spécialisées dans la présentation de peptides, principalement dérivés de pathogènes extracellulaires, aux récepteurs des lymphocytes T CD4+ afin d’initier la réponse immunitaire adaptative. Elles sont encodées, avec celles du CMH de classe I, par les gènes les plus polymorphiques identifiés jusqu’à maintenant, avec plusieurs loci et une grande diversité allélique à chacun d’eux. De plus, le polymorphisme des gènes du CMHII n’est pas limité qu’aux séquences codantes. Il est également observé dans les promoteurs où on a démontré ses effets sur le niveau d’expression des gènes. La variation de la régulation d’un gène est considérée comme un facteur important et pour laquelle des modifications morphologiques, physiologiques et comportementales sont observées chez tous les organismes. Des séquences d’ADN répétées impliquées dans cette régulation ont été identifiées dans les régions non-codantes des génomes. D’un autre côté, la sélection par les pathogènes permettrait l’évolution et le maintien du polymorphisme des gènes du CMH chez les vertébrés. À ce sujet, plusieurs études ont montré l’implication de différents allèles du CMH dans la résistance ou la susceptibilité aux maladies. Cette étude avait pour objectifs de caractériser le polymorphisme du gène MHIIb chez l’omble de fontaine (Salvelinus fontinalis) et de documenter ses effets au niveau de la survie conférée par des allèles et/ou génotypes particuliers lors d’une infection, ainsi que sur la variation du niveau d’expression du gène dans différentes conditions. Dans une première partie, nous avons identifié un total de 6 allèles du gène MHIIb, désignés Safo-DAB*0101 à Safo-DAB*0601, qui montrent une grande similarité avec les séquences codantes provenant de poissons téléostéens et de l’humain. L’analyse des séquences du domaine b1 a permis de détecter l’effet d’une pression sélective positive pour maintenir le polymorphisme dans cette région de la molécule. Quatre de ces allèles ont été testés lors d’une expérience d’infection avec le pathogène Aeromonas salmonicida afin d’évaluer l’effet qu’ils pouvaient avoir sur la survie des poissons. Nous avons trouvé que l’allèle DAB*0101 était significativement associé à la résistance à la furonculose. En plus d’avoir été identifié chez les individus homozygotes pour cet allèle, l’effet a également été remarqué au niveau de la survie les poissons de génotype DAB*0101/*0201. À l’opposé, les facteurs de risque élevé obtenus pour les génotypes DAB*0201/*0301 et DAB*0301/*0401 suggèrent plutôt une association à la susceptibilité. Étant donné la faible fréquence à laquelle l’allèle DAB*0101 a été retrouvé dans la population, le modèle de la sélection dépendante de la fréquence pourrait expliquer l’avantage conféré par ce dernier et souligne l’importance de ce mécanisme pour le maintien du polymorphisme du gène MHIIb chez l’omble de fontaine. Dans une seconde partie, nous avons rapporté la présence d’un minisatellite polymorphique formé d’un motif de 32 nucléotides dans le second intron du gène MHIIb, et pour lequel un nombre exclusif de répétitions du motif a été associé à chaque allèle (69, 27, 20, 40, 19 et 25 répétitions pour les allèles DAB*0101 à DAB*0601 respectivement). L’expression relative de quatre allèles a été évaluée dans des poissons hétérozygotes aux températures de 6 ºC et 18 ºC. Les résultats indiquent que les allèles possédant un long minisatellite montrent une réduction de l’expression du gène d’un facteur 1,67 à 2,56 par rapport aux allèles qui en contiennent un court. De même, des allèles qui incluent des minisatellites de tailles similaires n’affichent pas de différence significative au niveau de l’abondance du transcrit aux deux températures. De plus, l’effet répressif associé aux longs minisatellites est amplifié à la température de 18 ºC dans des poissons de trois génotypes différents. Nous avons finalement observé une augmentation significative par un facteur 2,08 de l’expression totale du gène MHIIb à la température de 6 ºC. Ces résultats appuient l’implication des séquences d’ADN répétées dans la régulation de l’activité transcriptionnelle d’un gène et suggèrent qu’un minisatellite sensible aux différences de températures pourrait être soumis aux forces sélectives et jouer un rôle important dans l’expression de gènes et l’évolution des organismes poïkilothermes. / Classical major histocompatibility complex class II (MHCII) molecules are cell-surface glycoproteins specialized in the presentation of peptides, mainly derived from extracellular pathogens, to the antigen receptors of CD4+ T cells in the adaptive immune system. They are encoded, with those of the MHC class I, by the most polymorphic genes known to date, with multiple loci and high allelic diversity at each one. Moreover, the polymorphism within MHCII genes is not restricted to coding sequences. It has also been observed in promoters where it was shown to affect the expression level of the genes. Variation in gene regulation is believed to be an important factor from which modification in morphology, physiology or behaviour can be observed in all organisms. Repeated DNA sequences with functional roles in this regulation have been identified within the non-coding parts of the genomes. On the other hand, pathogen-driven selection is also believed to be important in the evolution and maintenance of the polymorphism of the MHC genes in vertebrates. Studies have shown the implication of different MHC alleles in disease resistance or susceptibility. In this study, our aims were to characterize the polymorphism of the MHIIb gene in brook charr (Salvelinus fontinalis), to document its effects on the survival conferred by specific alleles and/or genotypes following an infection and on the variation of the expression level of the gene in different environmental conditions. In a first part, we identified a total of 6 MHIIb alleles, designated Safo-DAB*0101 to Safo-DAB*0601, showing a high similarity to coding sequences from teleost fish and human. Analysis of the b1 domain sequences indicates the effect of a positive selection pressure to select polymorphic mutations in that region of the molecule. Four of these alleles were tested in a challenge experiment against the pathogen Aeromonas salmonicida to evaluate their effect on fish survival. We found that one allele, DAB*0101, was significantly associated with resistance to furonculosis. In addition to homozygotes for this allele, its resistance effect was also detected in the heterozygote individuals of the DAB*0101/*0201 genotype. In contrast, other allelic combinations, namely heterozygous genotypes DAB*0201/*0301 and DAB*0301/*0401 were significantly associated with increased susceptibility. Given that its frequency was relatively low in the population, the negative frequency dependant selection hypothesis could explain the advantage associated with the allele DAB*0101 over the other alleles and highlight the importance of this mechanism to sustain variation at the MHC in brook charr. In a second part, we reported the identification of a polymorphic minisatellite formed of a 32 nucleotides motif in the second intron of MHIIb gene, and for which distinctive repeat numbers of the motif were associated to each alleles (69, 27, 20, 40, 19 and 25 repeats for the DAB*0101 to DAB*0601 alleles respectively). Relative expression levels of four alleles were determined in heterozygous fish at temperature of 18 ºC and 6 ºC. Results indicate that alleles carrying the longest minisatellite showed a 1.67 to 2.56-fold reduction in the transcript expression relatively to the shortest one. In contrast, no significant differences were seen in the expression levels between alleles with comparable minisatellite length at both temperatures. Furthermore, the repressive activity associated to the longest minisatellite was more effective at temperature of 18 ºC in fish from three different genotypes. We finally observed a significant 2.08-fold up-regulation of the total MHII transcript amount at 6 ºC. The results support the implication of repeated DNA sequences in the regulation of the gene transcriptional activity and suggest that a temperature-sensitive minisatellite could potentially be submitted to selective forces and therefore play an important role in gene expression and evolution in ectothermic organisms.