La duplication de gènes est l’un des plus importants mécanismes évolutifs pour la génération de diversité fonctionelle. Lorsqu’un gène est dupliqué, la nouvelle copie partage toutes ses fonctions avec la copie ancestrale car elles encodent pour des protéines identiques. Donc, les deux protéines, appelées paralogues, auront le même réseau d’interactions physiques protéine-protéine. Cependant, dans le cas de la duplication des gènes qui codent des protéines qui interagissent avec elles-mêmes (homomères), la nouvelle protéine interagira aussi avec la copie ancestrale, ce qui introduit une nouvelle interaction (heteromère) (Kaltenegger and Ober, 2015; Pereira-Leal et al., 2007). Puisque ces interactions peuvent avoir des différents motifs de rétention et de fonction (Ashenberg et al., 2011; Baker et al., 2013; Boncoeur et al., 2012; Bridgham et al., 2008), il est important de mieux comprendre comment ces états sont atteints et quelles forces évolutives les favorisent. Dans ce memoire, je cible ces questions avec des simulations in silico de l’évolution des protéines suite à la duplication de gènes en travaillant avec des structures crystallographiques de haute qualité, provenant de la Protein Data Bank (Berman et al., 2000; Dey et al., 2018). Les simulations montrent que les sous-unités et interfaces partagées entraînent une forte corrélation entre les trajectoires évolutives de ces complexes. Ainsi, les simulations prédisent que la préservation de seulement les deux homomères ou seulement l’hétéromère ne devrait pas être fréquente. Toutefois, la simulation qui applique la sélection seulement sur un homomère montre que l’homomère neutre est destabilisé plus rapidement que l’hétéromère neutre. Nous avons comparé ces prédictions avec des résultats expérimentaux du réseau d’interactions protéine-protéine de la levure. Comme suggéré par les simulations, les patrons d’interactions les plus fréquents ont été la formation des trois complexes (deux homomères et un hétéromère) ou la formation de seulement un homomère. Les patrons correspondants à deux homomères sans hétéromères ou un hétéromère sans homomères sont rares. Nos résultats démontrent l’extension de l’hétéromérisation entre paralogues dans le réseau d’interactions physiques protéine-protéine de la levure, les mécanismes sous-jacents et ses implications. / Gene duplication is one of the most important evolutionary mechanisms for the generation of functional diversity. When a gene is duplicated, the new copy shares all of the ancestral copy’s functions because they encode identical proteins. Therefore, the two proteins, called paralogs, will have the same protein-protein interaction network. However, in the case of the duplication of genes encoding proteins that self-interact (homomers), the new protein will also interact with the ancestral copy, introducing a novel interaction (heteromer) (Kaltenegger and Ober, 2015; Pereira-Leal et al., 2007). As these interactions can have different retention and functional patterns (Ashenberg et al., 2011; Baker et al., 2013; Boncoeur et al., 2012; Bridgham et al., 2008), it is important to understand better how these states are reached and what evolutionary forces favor each of them. In this thesis, I approach these questions by means of in silico simulations of protein evolution after gene duplication by working with high-quality crystal structures from the Protein Data Bank (Berman et al., 2000; Dey et al., 2018). The simulations show that the shared subunits and interfaces lead to these complexes having highly correlated evolutionary trajectories. Thus, the simulations predict that the preservation of only the two homomers or only the heteromer is not likely to happen often. Nevertheless, simulating evolution with selection on only one homomer shows that the neutral homomer is destabilized faster than the neutral heteromer. We compared these predictions against experimental results from the yeast protein-protein interaction network. As suggested by the simulations, the most abundant interaction patterns were either the formation of all three complexes (two homomers and one heteromer) or the formation of only one homomer, with motifs corresponding to two homomers without a heteromer or a heteromer without homomers being rare. Our results highlight the extent of heteromerization between paralogs in the yeast protein-protein interaction network, the underlying mechanisms, and its implications

La mise en évidence de l'association entre désordres métaboliques et état dysbiotique remet aujourd'hui en cause la définition et les modes de traitement traditionnels du syndrome métabolique. Or, la composition et l'activité du microbiote intestinal étant grandement déterminées par l'alimentation, les aliments riches en fibres et composés phytochimiques, réputés pour leur action prébiotique, représentent un levier majeur pour traiter les désordres métaboliques et en prévenir le développement. La consommation de framboises a démontré des effets positifs sur les désordres métaboliques, associés dans certaines études à la modulation du microbiote intestinal. En outre, la variabilité interindividuelle constitue un obstacle majeur à l'identification des effets des interventions nutritionnelles et des mécanismes qui les sous-tendent. Ce projet avait pour objectif principal d'évaluer l'impact de la consommation de framboises sur les paramètres du syndrome métabolique, en recourant notamment à des outils omiques pour circonscrire avec davantage de précision ces effets selon les individus. Dans le cadre d'un essai randomisé contrôlé à deux bras parallèles, 28 participants présentant des désordres métaboliques consommèrent 280 g de framboises par jour pendant 8 semaines, tandis que 28 autres maintinrent leur diète habituelle. L'intervention n'a pas démontré d'effet majeur sur les paramètres du syndrome métabolique. Néanmoins, l'application d'une méthode de discrimination fondée sur la variation du transcriptome sanguin a permis d'identifier des sujets « répondeurs » et « non-répondeurs », qui se distinguaient notamment par des signatures microbiennes différentes en amont de l'intervention. Une étude exploratoire a également été menée sur une dimension spécifique de la réponse à l'intervention : les sujets ont été stratifiés en fonction de la variation de leur taux plasmatique d'oxyde de triméthylamine en réponse à la consommation de framboises et leurs signatures microbiennes ont été analysées. Il s'ensuit que les outils omiques, de par la visibilité des processus moléculaires qu'ils offrent, constituent un atout majeur dans la mise en œuvre de telles études d'intervention nutritionnelles, en facilitant la mise en évidence de leurs effets en dépit de la variabilité interindividuelle. / The discovery of the relationship between metabolic disorders and dysbiotic state calls into question both definition and treatment of the metabolic syndrome. However, since the composition and activity of the intestinal microbiota are largely determined by diet, foods rich in fibre and phytochemicals, known for their prebiotic action, represent a major lever for treating metabolic disorders and preventing their development. The consumption of raspberries has been associated with positive effects on metabolic disorders, associated in some studies with the modulation of the intestinal microbiota. In addition, inter-individual variability is a major obstacle in identifying the effects of nutritional interventions and the mechanisms underlying them. The main objective of this project was to assess the impact of raspberry consumption on the parameters of metabolic syndrome, in particular by using omics technologies to define these effects more precisely according to the individuals. In a two-arm parallel-group, randomized, controlled trial, 29 participants with metabolic disorders consumed 280 g of raspberries daily for 8 weeks, while 30 others maintained their usual diet. The intervention did not demonstrate major effects on metabolic syndrome parameters. Nevertheless, the application of a discrimination method based on the variation of whole blood transcriptome allowed to identify "responders" and "non-responders", whose microbial signatures prior to the intervention differed. An exploratory study was also conducted on a specific dimension of response to the intervention: subjects were stratified according to their changes in plasma trimethylamine N-oxide level in response to raspberry consumption and their microbial signatures were analysed. It follows that omics tools, through the visibility they offer on the molecular processes, constitute a major asset in the implementation of such nutritional intervention studies, by facilitating the highlighting of their effects despite inter-individual variability.

La livrée des forêts (Malacosoma disstria Hübner) est un des principaux ravageurs épidémiques des forêts de feuillus de l'Amérique du Nord. Ce lépidoptère polyphage épidémique peut s'alimenter de plusieurs hôtes différents. Au Québec, son hôte primaire est le peuplier faux tremble et des dégâts ont été fréquemment observés sur l'érable à sucre, un hôte secondaire. Les lépidoptères sont sensibles au contenu chimique des feuilles consommées. Le sucre, principal résidu de la photosynthèse, est un important phagostimulant. Une variation de la chimie foliaire est présente d'une essence à l'autre. Au sein d'une même essence, l'environnement de croissance a un impact significatif sur la chimie foliaire. Cette expérience a visé à tester la capacité de discrimination de la livrée des forêts et à connaitre son patron de consommation. Elle a été confrontée à une variation inter et intraspécifique des concentrations en sucres de ses hôtes alimentaires. Les chenilles ont eu à consommer des feuilles d'érable à sucre et de peuplier ayant poussé en pleine lumière, des feuilles d'érable à sucre ayant poussé en sous-bois et des feuilles de ces deux mêmes essences ayant poussé sous des toiles ombragées avec 30% de pénétration lumineuse. Des tests de consommation avec deux choix et des tests de consommation forcée sans choix ont été effectués avec des chenilles de stade quatre dans des pétris fermés. Les insectes dans les pétris ont été filmés durant la première heure des tests et des photos ont été prises à toutes les heures durant 6 heures. Le comportement alimentaire a été analysé à partir des séquences vidéo et les volumes foliaires consommés ont été évalués à partir des photographies. De manière générale, la livrée des forêts a discriminé négativement les feuilles d'érable à sucre ayant poussé à l'ombre. Dans les tests de discrimination avec deux choix et dans les tests de comportement de base sans choix, le traitement de peuplier ayant poussé à l'ombre a été le plus consommé et le traitement d'érable à sucre ayant poussé à l'ombre a été le moins consommé. Ces résultats indiquent que la chenille aurait un grand seuil d'acceptation de nourriture. Elle discriminerait négativement seulement des sources alimentaires dont la très faible stimulation en sucre ne suffirait pas à surpasser la stimulation négative causée par les différents composés secondaires inhibant la consommation. La relation n'est pas linéaire entre la hausse de sucre et de la consommation. Il s'agit d'un phénomène complexe où les interactions entre plusieurs autres facteurs chimiques de la feuille comme les tannins et les glycosides phénoliques, et des facteurs physiques comme l'épaisseur et le contenu en eau, auraient un impact plus grand sur la consommation que seule la variation des concentrations de sucres. ______________________________________________________________________________

À une période où les contacts entre humains et animaux sauvages augmentent régulièrement, il est nécessaire de comprendre les conséquences de ces interactions sur l'écologie des populations animales, que ce soit à court ou à long terme. Les perturbations sont de nature diverse et leurs impacts le sont tout autant. La variation dans la réponse des individus peut avoir des répercussions sur leur distribution, leur utilisation de l'habitat, leur reproduction et ultimement leur survie. Cette variation peut être causée par des facteurs environnementaux, mais également par des traits intrinsèques aux individus (ex.: qui démontrent des différences constantes à travers le temps entre les individus (indices de tempérament)). Quelques études récentes laissent supposer que certains traits de comportement en relation avec la tolérance des animaux humains pourraient expliquer une distribution spatiale non aléatoire des individus dans un habitat présentant une variation des perturbations anthropiques. Dans le but de vérifier cette hypothèse, nous avons utilisé la distance de fuite (FID), qui est utilisée en biologie de la conservation pour évaluer l'impact de la présence humaine sur les populations d'animaux sauvages. Nous avons évalué si les individus montraient des différences constantes de FID à travers le temps, à l'aide de mesures répétées en 2006 (160 observations sur 88 individus) et 2008 (84 observations sur 65 individus), dans la dernière population de girafes de l'Afrique de l'Ouest (Giraffa camelopardalis peralta) localisée au Niger. La distance de fuite variait selon le sexe, l'âge et la distance d'alerte des individus. De plus, les individus montraient des différences de FID permanentes, la répétabilité étant supérieure à l'intérieur de la même année (r = 0.45 en 2006, r = 0.43 en 2008) que lorsque les données étaient rassemblées sur les deux années (r = 0.22). Nous avons ensuite utilisé la distance de fuite moyenne pour chaque individu (FIDm) comme indice de tempérament (de peur) pour expliquer la distribution des girafes en relation avec la présence humaine. Nous avons utilisé les coordonnées GPS (en incluant les données de recensement des années 2007, 2008 et 2009) pour mesurer les distances entre la localisation des groupes de girafes et 1) la route la plus proche (incluant la route goudronnée principale et les routes secondaires faites de latérites), 2) la route goudronnée principale, 3) le village le plus proche. Ces distances sont utilisées ici comme des indices du niveau de perturbation par les humains. La distance de fuite moyenne individuelle (FIDm) de l'année 2006, était positivement associée à ces trois distances chez les femelles. D'autres facteurs comme la présence de jeunes dans le groupe et la taille du groupe semblent également affecter leur distribution. Nos résultats supportent l'hypothèse selon laquelle les individus ayant une plus ou moins forte tolérance aux humains diffèrent dans leur probabilité d'être observés près de zones à forte affluence humaine. Ces résultats pourraient avoir des implications importantes tant pour l'écologie que la conservation des populations animales, spécialement dans un contexte où les perturbations anthropiques mondiales sont en croissance. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Giraffa camelopardalis peralta, distance de fuite, constance, variation inter-individuelle, distribution, perturbation, présence humaine.

Le régime alimentaire d'une espèce a un rôle important dans la structure d'une communauté parasitaire intestinale au point de vue de la diversité et de l'abondance des différents parasites. Il existe cependant des variations intraspécifiques parfois importantes dans les communautés parasitaires chez une même espèce qui peuvent être expliquées par des variations dans leur diète. De plus, plusieurs espèces aviaires profitent des milieux anthropiques pour se nourrir. Ainsi, des altérations aux taux d'interactions hôtes-parasites peuvent engendrer des changements à la structure des communautés parasitaires. Cette hypothèse a rarement été étudiée dans un modèle aviaire sauvage. Le but de cette recherche était d'investiguer les variations dans les communautés parasitaires intestinales d'une espèce aviaire urbaine et omnivore, le goéland à bec cerclé (Larus delawarensis) en période de nidification (n=34) sur l'Ile DesLauriers, et d'étudier si une diète plus axée sur la nourriture d'origine anthropique se traduit en une charge parasitaire totale plus basse. En 2011, trois méthodes complémentaires ayant des échelles temporelles différentes furent utilisées pour caractériser leur régime alimentaire. Les contenus stomacaux furent récoltés donnant un aperçu de leur diète pendant les dernières 24 heures. Pour la première fois dans une étude parasitaire, le lien entre les aires d'alimentation récemment visitées et la communauté parasitaire d'une espèce aviaire fut étudié en utilisant des unités GPS miniatures qui localisaient les déplacements des oiseaux pendant 30 à 72 heures. Des analyses d'isotopes stables d'azote (δ15N) et de carbone (δ13C) (foie) furent faites donnant des renseignements sur l'assimilation de nourriture dans les derniers 10 jours. Parasites les plus communs furent Wardium spp., Diplostomum spp. et Eucoleus spp., transmit par les crustacés, les poissons d'eau douce, et les vers de terre, respectivement. Selon les données GPS, la proportion de temps passé dans les différentes aires d'alimentation par les goélands à bec cerclé tendait à être associée à la structure des communautés parasitaires (p=0.07). Cependant, les variations dans les communautés parasitaires intestinales étaient mieux expliquées par les signatures d'isotopes stables d'azote et de carbone (p<0.001). D'ailleurs, le ratio δ15N était significativement plus bas chez les individus ayant une abondance totale de parasites moindre (p=0.03). Il a récemment été établi que la nourriture anthropique a une signature 15N appauvri. Les résultats de la présente étude suggère donc que les individus se nourrissant plus de nourriture anthropique sont moins infestés de parasites. Ces résultats semblent démontrer que la disponibilité de nourriture d'origine anthropique peut avoir un effet sur la structure des communautés parasitaires d'une espèce aviaire nichant en milieu urbain. Ceci pourrait avoir des implications sur le succès reproducteur du goéland à bec cerclé. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Télémétrie, oiseaux, Laridae, régime alimentaire, isotopes stables, urbanisation