Varroa destructor, principal ectoparasite de l'abeille, est l'un des responsables majeurs des phénomènes de perte de colonies observés partout dans le monde. Depuis son changement d'hôte et l'infestation de colonies d'Apis mellifera dans les années 1970, des traitements essentiellement chimiques ont été proposés pour limiter l'infestation. Pourtant ces dernières années, ces traitements ont fait l'objet d'études critiques à la fois à cause de la résistance émergente du parasite aux différents acaricides et du fait de la sensibilité des abeilles à l'accumulation de produits chimiques dans les différentes matrices de la ruche. De nouveaux traitements alternatifs contre la varroose sont donc nécessaires et très attendus afin d'enrayer rapidement les effets délétères du parasitisme acarien. Cependant, la recherche de ces nouvelles cibles thérapeutiques est limitée par l'absence d'un système d'élevage synchronisé de l'hôte et de son parasite en laboratoire. L'objectif technique de ce travail de thèse était donc de pallier à ce manque en développant une méthode pour coupler l'élevage de larves d'abeilles in vitro avec le transfert à la fois de la phase phorétique et de la phase de reproduction du parasite (respectivement sur les adultes et sur les pupes) dans des conditions de laboratoire. Le système mis au point lors de ces travaux de thèse a permis une étude plus approfondie de l'impact de facteurs variables chez l'hôte sur plusieurs points clés du cycle parasitaire. Les effets de la nutrition larvaire chez l'abeille, la longueur de la phase phorétique, le type d'abeilles adultes sur lequel Varroa reste au cours de cette phase ou encore l'âge des stades larvaires ont ainsi été étudiés. L'analyse des impacts potentiels de ces facteurs a porté principalement sur certains paramètres de la reproduction, du comportement et de la virulence de V. destructor. Les résultats obtenus ont montré que la nutrition larvaire, ou plus précisément la supplémentation de la nourriture larvaire avec des pollens monofloraux et polyfloraux, a un faible impact sur la reproduction du parasite, mais présente une tendance à influencer le poids de l'abeille ainsi qu'à potentiellement augmenter la tolérance de l'abeille à certains des symptômes de la varroose, tels que la perte de poids. La reproduction du parasite n'a pas non plus été affectée par les variations induites dans la phase phorétique. Ni la fertilité du parasite, ni l'expression des deux gènes de la vitellogénine n'ont fluctué lorsque la durée ou l'âge des adultes parasités pendant la phase phorétique variaient. En revanche, la durée du séjour sur les abeilles adultes avant la reproduction est corrélée positivement à la charge virale chez le parasite, ce qui explique pourquoi les varroas ayant vécu une longue phase phorétique induisent plus fréquemment des malformations. Enfin, l'âge des stades juvéniles des abeilles sont tous attrayants pour Varroa destructor, bien que certaines préférences aient été mises en évidence dans notre étude. Si l'attraction pour le 5ème stade larvaire et les abeilles nouvellement écloses est déjà connu, l'attractivité des nymphes aux yeux blancs est un phénomène nouveau qui pourrait être d'importance majeure pour la compréhension du cycle parasitaire. Des analyses approfondies pour isoler les signaux responsables de cette attraction restent nécessaires. En conclusion, les travaux de cette thèse offrent une méthode d'élevage innovante et ouvrent ainsi, pour l'ensemble de la communauté apicole, de nouvelles avenues de recherche passionnantes afin de développer nos connaissances à la fois sur l'abeille, sur le parasite et sur les virus qu'il transporte. Ce travail pourrait permettre d'identifier de nouvelles cibles thérapeutiques pour la conception de traitements alternatifs ciblant spécifiquement le parasite sans nuire à l'abeille. / Varroa destructor is the principal acarian parasite of the honey bee, involved in the phenomenon of colony loss which has been reported worldwide. Since its host shift from Apis cerana to Apis mellifera in the 1970's, chemical treatments have been set up to limit infestation. For many years however, these treatments have been the subject of critical studies both because of the resistance of the parasite to acaricides and of the sensitivity of bees to chemical accumulation in hive matrices. New alternative ways of varroatosis treatment are therefore urgently needed to limit the deleterious effects of the acarian parasitism. However, the search for these alternative therapeutic targets is limited by the lack of a laboratory system to transfer and synchronize the cycles of V. destructor and the honey bee under controlled conditions. The methodological objective of this Phd work was to overcome this issue by developing a method to couple the rearing of honey bee larvae in vitro to the transfer of both the parasite phoretic and reproductive phases (respectively on adults and on pupae) in laboratory conditions. Our system allowed further investigation regarding the impact of variable parameters in the host on several key points of the parasite cycle. The effects of several factors -such as the bee larval nutrition, the length of the phoretic phase, the type of adult bees on which Varroa stays during this phase or the age of pupal development- were studied. The potential impact in the parasite cycle focused mainly on reproductive, behavioural and virulence related parameters. The results obtained from our experiments showed that larval nutrition, tested via the supplementation of the larval food with pollen, had no impact on the reproduction of the parasite but a tendency to influence the weight of the bee, potentially increasing the bee tolerance to some of the symptoms of varroatosis, such as the weight loss. The reproduction of Varroa was not impacted by variations induced in the phoretic phase either. Neither the fertility of the parasite nor the expression of its two vitellogenin genes were impacted by the duration or the age of adults parasitized during the phoretic phase. On the other hand, the length of the stay on adult bees before reproduction positively correlates with the viral loads in the parasite, which explains why varroas experiencing a long phoretic phase induce malformation more frequently in parasitized pupae. Finally, the age of juvenile stages of the honey bees are all attractive to Varroa destructor, although some preferences have been highlighted in our study. If the attraction for 5th instar larvae and newly emerged bees have already been described, the attractions towards the white eyed pupae is a new phenomenon that could be of major importance in the understanding of the parasite cycle. Further analysis to isolate and shed light on the attraction signals involved in the process is needed. Altogether, this thesis has supplied, for the whole scientific beekeeping community, new exciting research avenues and methodologies to develop our knowledge about the bee, the parasite and the viruses it carries. It might allow us, in the future, to design alternative treatment specifically targeting the parasite without injuring the honey bee.

Parmi les substances polluantes, les perturbateurs endocriniens (PE) sont au coeur des préoccupations scientifiques en raison du risque de ces composés pour l'environnement, et en particulier les écosystèmes aquatiques. L'étude de la disponibilité et de l'impact des PE sur les vertébrés aquatiques, en particulier les poissons, a fait l'objet de nombreux projets et publications. Ces travaux ont conduit au développement d'outils de diagnostic pouvant être utilisés in situ, comme par exemple l'induction de la vitellogénine (Vg) chez les mâles, l'inhibition de la croissance ovarienne et testiculaire, le retard dans la maturité sexuelle, la présence d'individus intersexués et les concentrations anormales en hormones stéroïdiennes. En revanche, peu d'attention a été portée aux invertébrés qui représentent pourtant plus de 95 % des espèces animales et jouent un rôle essentiel dans le fonctionnement et la santé des écosystèmes aquatiques. Par conséquent, il en résulte un manque d'outils spécifiques de la perturbation endocrinienne chez ces espèces. Dans ce contexte, le travail proposé se focalise tout d'abord sur l'intérêt et la pertinence de la spectrométrie de masse (LC-MS/MS) pour développer ou transférer entre espèces une méthode de mesure de la Vg chez les invertébrés, incluant les crustacés, les mollusques et les insectes. Ensuite, ce travail s'est intéressé à un crustacé amphipode modèle (Gammarus fossarum) et avait pour objectifs (1) de développer le biomarqueur Vg, via la validation de son rôle fonctionnel dans la reproduction (vitellogenèse, embryogenèse et différences inter-sexe), de sa sensibilité à des composés modèles et jusqu'à son utilisation dans le cadre d'études de terrain à l'aide d'organismes encagés et (2) de développer l'utilisation d'une approche chez la femelle permettant de caractériser le potentiel PE de composés et des systèmes aquatiques, à partir de l'étude de marqueurs individuels / Among pollutants, endocrine disruptors (ED) are in central scientific preoccupation because of the risks of these compounds to the environment, in particular for aquatic ecosystems. The availability and impact study of ED on aquatic vertebrates, in particular fishes, was the subject of many projects and papers. These studies led to the development of diagnostic tools, such as vitellogenin (Vg) induction in male organisms, inhibition of ovarian and testicular growth, delayed sexual maturity, presence of intersex individuals and abnormal concentrations of steroid hormones. However, little attention was paid to invertebrates which account for more than 95% of animal species and play an essential role in functioning and health of aquatic ecosystems. Therefore, the result is a lack of specific tools for endocrine disruption assessment in these species. In this context, the proposed work focuses first on the interest and relevance of mass spectrometry (LC-MS/MS) to develop and to transfer among species a method for measuring Vg in invertebrates species, including crustaceans, molluscs and insects. Then, this work has focused on a model amphipod crustacean (Gammarus fossarum) and aims were (1) to develop the Vg biomarker, through the validation of its functional role in reproduction (vitellogenesis, embryogenesis and inter-sex differences), its sensitivity towards model compounds and to its use in field monitoring, using caged organisms and (2) develop a biotest in the female to assess the ED risk of chemical compounds and aquatic systems, by studying and measuring individual markers

L’abeille domestique (Apismellifera) a un rôle majeur dans les écosystèmes naturels et agronomiques mais est exposée à un nombre croissant de pressions environnementales (nouveaux parasites, xénobiotiques, variations climatiques et malnutrition). Dans ce contexte, la compréhension des phénomènes impliqués dans les réponses au stress ainsi que leurs coûts associés devient cruciale pour mieux appréhender l’impact de ces pressions sur les abeilles. L’émergence d’un stress perturbe généralement l’homéostasie de l’organisme qui doit mettre en place une cascade d’adaptations physiologiques et comportementales pour le surmonter. Cependant, du fait de son mode de vie social, il est raisonnable de penser que les réponses vont se faire dans l’intérêt du groupe et non plus seulement dans l’intérêt de l’individu. Afin de caractériser les réponses au stress et de déterminer leur spécificité en fonction de la nature du stimulus (xénobiotiques, immunitaire, thermique, social), j’ai adopté une approche multidisciplinaire en ciblant l’identification des modifications i) physiologiques associées à la division du travail, ii) du métabolisme énergétique, et iii) comportementales. J’ai démontré quequelque soit leur rôle social (nourrice, gardienne, butineuse), les abeilles répondent de la même manière à un stress donné, si celui-­ci est écologiquement pertinent (hyperthermie et stress immunitaire mais pas xénobiotique). Une tendance à la diminution des ressources énergétiques a également été observée suite à un stress suggérant une modification des performances comportementales. Afin de vérifier cela, je me suis concentrée sur l’activité de butinage; le vol chez les insectes étant un des processus physiologiques les plus coûteux du règne animal. Une altération des performances de butinage a été mise en évidence chez les abeilles soumises à un stress immunitaire avec une réorientation des préférences de butinage au dépens du pollen, plus coûteux àc ollecter et moins riche en ressource énergétique que le nectar ; ceci probablement pour pallier au coût énergétique du stress. En revanche, en réponse àune hyperthermie, une augmentation de l’activité de butinage a été observée mais sans engendrer un coût supplémentaire au niveau des ressources collectées.Ces résultats sont discutés à la lumière du coût énergétique du stress et des conséquences potentielles sur les performances des abeilles, qui infine pourrait perturber l’homéostasie énergétique de la colonie. / Honeybees (Apis mellifera), which play an important role in natural and agronomic ecosystems, are exposed to a growing number of environmental pressures(new parasites, pesticides, climatechangeand poor nutrition). In this context, deciphering the mechanisms underlying stress responses and their costs becomes crucial to better understand theim pact of these pressures. Stress usually represents a challenge to the homeostasis of a norganism. In response, a cascade of physiological and behavioural adaptations enables the organism to cope with the stress. However, dueto their sociallife style, we could suggest that stress response in honeybees will occurin the interest of the colony and not only in the interest of the individual. To characterise the stress response and determine its specificity according to the stimulus (xenobiotic, immune, thermal, social), I developed a multidisciplinary approach to identify changes in i) task-­related physiology, ii) energetic metabolism, and iii) behaviour. I demonstrated that, regardless of their social function (nurse, guard, forager), bees respond in the sameway to a given stress, if itis ecologically-­relevant (heat and immune stress but not pesticides). Atendencytoward decreas ingenergetic resources was also observed following stress exposure, which suggests changes in behavioural performance.In order to test this hypothesis, I analysed changes in foraging activity in response to stress, as insect flight is one of the most costly physiological processes in the animal kingdom. I found that for aging performances were affected by animmune stress : bees changed their foraging preferences at the expense of pollen, probably to reduce the stress energetic cost, given that pollen is more costly to collect and provides alower energetic return than nectar. In contrast, in response to heat stress, an increase in colony for aging activity was observed, without an additional cost on resource collection. These results are discussed in the light of stress energetic cost and its potential consequences onhoneybee performances, which could disrupt the colony’s energetic homeostasis.

L’uranium (U) est naturellement présent à l’état de trace dans l’eau (µg.L-1), sa concentration pouvant atteindre localement quelques mg.L-1 du fait des activités anthropiques. Plusieurs études écotoxicologiques sur Danio rerio ont mis en évidence la toxicité, e.g. le stress oxydant, la génotoxicité mais aussi la reprotoxicité (i.e. moins de pontes et d’œufs pondus chez les poissons contaminés) de l’U dont les mécanismes ne sont pas connus.L’objectif de cette étude est de contribuer à la compréhension de la reprotoxicité de l’U par l’élucidation de mécanismes moléculaires perturbés après contamination. Pour cela, des investigations ont été menées sur les ovaires de poissons zèbre Danio rerio, reproduits (R) ou non (NR), après exposition par voie directe en condition de laboratoire à des concentrations représentatives d’environnements contaminés.Ce travail de thèse a été divisé en deux volets. Un premier volet analytique avait pour but la poursuite des développements de méthodes pour l’identification des complexes U-protéines en condition non dénaturante, autour du couplage de techniques de séparation (chromatographie d’exclusion stérique SEC, électrophorèse hors gel OGE) et de détection sensible par spectrométrie de masse élémentaire (ICP MS) et moléculaire (ESI MS). Le second volet a été dédié à l’étude de la reprotoxicité de l’U à l’échelle moléculaire, avec i) l’étude des complexes natifs U-protéines (approche métallomique), et ii) l’analyse différentielle de l’expression des protéines (approche protéomique).Les développements analytiques ont permis de garder le tampon physiologique et non dénaturant d’extraction pour l’étape de séparation OGE, améliorant le taux de recouvrement en U. En écotoxicologie, les principaux résultats montrent que l’ovaire est un organe accumulateur de l’U et que le statut de reproduction a une influence sur le niveau d’accumulation (R<NR). En revanche, cet état a peu d’influence sur sa distribution protéique pour laquelle 4 fractions (dont 1 principale) ont été identifiées, toutes contenant aussi du phosphore. L’identification des cibles potentielles de l’U et des protéines exprimées différentiellement (vtg, GST, GAPDH,…) a montré que les processus biologiques perturbés suite à la contamination sont de deux niveaux : 1/ générique (stress oxydant) et 2/ plus spécifique de la gonade (développement et maturation des ovocytes). En conclusion, ces deux approches complémentaires ont permis de mettre en évidence un effet direct (complexation) et indirect (expression protéique modulée) de l’U, et de proposer l’hypothèse d’un défaut de maturation des ovocytes après contamination. Ce défaut pourrait impacter le développement embryonnaire et in fine expliquer la reprotoxicité observée lors d’études écotoxicologiques précédentes. / Uranium (U) is naturally presents at trace level (µg.L-1) in aquatic environment; its concentration can increase up to a few mg.L-1 due to human activities. Several ecotoxicological studies have shown uranium toxicity in contaminated zebrafishes Danio rerio, e.g. oxidative stress, genotoxicity and reprotoxicity (i.e. lower number of spawn and eggs laid) but mechanisms are not well known.The objective of this study is to contribute to the understanding of uranium reprotoxicity by elucidating the disrupted molecular mechanisms after contamination. Therefore, investigations have been carried out on ovaries from reproduced (R) and non-reproduced (NR) zebrafishes after waterborne exposure in laboratory conditions at environmentally relevant concentrations.This project was divided into two parts. Firstly, analytical investigations were carried out to continue the development of non-denaturing methods for U-protein identification by coupling separative techniques (size exclusion chromatography SEC, off gel electrophoresis OGE) with elemental (ICP MS) and molecular (ESI MS) sensitive mass spectrometry detection. Secondly, studies of U reprotoxicity were investigated by studying i) native U-protein complexes (metallomics approach) and ii) differential analysis of protein expression (proteomics approach)Analytical developments allowed keeping the physiological and non-denaturing extraction buffer for OGE separation step, improving U recovery. In ecotoxicology, the major results showed that ovary is an U accumulating organ and that the reproduction status modifies the accumulation level (R<NR). However, this status is of little influence on its distribution on proteins with 4 fractions (including a major one) determined, all of them coeluting with phosphorus. The identification of U potential targets and of protein expression differences (vtg, GST, GAPDH…) showed that biological processes disrupted after contamination are at two levels: 1/ generic (oxidative stress) and 2/ more specific to gonad (oocyte development and maturation).As a conclusion, these two complementary approaches showed a direct (complexation) and indirect (modification of protein expression) effects of U, and enabled to hypothesize a lack of oocyte maturation after contamination. This defect could impact embryo development and in fine explain the reprotoxicity observed in previous ecotoxicological studies.

La nutrition est l'ensemble des processus par lesquels un être vivant transforme des aliments pour assurer son fonctionnement. Etudier la nutrition d’un organisme permet de comprendre les rapports entre la nourriture consommée et la santé de l’individu. L'ensemble des organes assurant l'extraction d'énergie est le système digestif, qui transforme les sucres en glucose, les corps gras en acides gras, et les protéines en acides aminés. L’objectif de cette étude est de déterminer l’influence que peut avoir la nutrition pollinique sur la santé de l’abeille domestique, Apis mellifera L.. Pour assurer cette nutrition, l’abeille est inféodée aux ressources florales. Du pollen récolté sur les plantes à fleurs, l’organisme puise les corps gras (ou lipides), les vitamines et les protéines. Or l’accès à ces ressources est variable en qualité, en quantité, et en diversité selon le temps et le milieu. Des problèmes de mortalités et affaiblissements des colonies sont observés depuis une vingtaine d’années, et l’une des causes suspectées est le manque de disponibilité et la faible valeur nutritionnelle des ressources polliniques en zones agricoles céréalières. Nous avons donc testé en conditions contrôlées les effets de la quantité, la qualité et la diversité pollinique sur la physiologie d’abeilles nourrices, sur leur immunité, ainsi que sur leur survie. La nutrition jouant un rôle essentiel dans la prévention de nombreuses maladies, les effets de l’alimentation pollinique ont été déterminés en présence ou non d’un stresseur biotique, Nosema ceranae, dont la prévalence dans les colonies est très élevée. Il s’agit d’une microsporidie invasive qui se développe dans l’intestin de son hôte, provoquant divers effets sublétaux et létaux. Etant donné que la valeur nutritionnelle d’un aliment dépend de sa composition mais aussi de sa digestibilité, une troisième partie porte sur l’influence que peut avoir le stresseur sur les capacités de digestion des protéines contenues dans le pollen par l’abeille. Nos résultats apportent des connaissances sur l’impact d’une déplétion en pollen que peuvent subir les colonies dans un paysage d’agriculture intensive. En effet, des abeilles carencées à plus ou moins 60 %, comme cela peut être observé entre deux cultures à floraison massives, subissent des perturbations au niveau individuel (perturbations du développement physiologique des abeilles nourrices, diminution de leur survie), ce qui peut les rendre moins performantes et plus sensibles aux stress présents dans l’environnement. De plus, nous avons pu démontrer que la valeur nutritionnelle des pollens, influence la tolérance des abeilles à Nosema ceranae. La qualité d’un pollen se définit par sa composition chimique totale (protéines, acides aminés, lipides, vitamines, sucres, etc…), et non pas uniquement par sa teneur en protéines ou acides aminés essentiels. Notre étude met d’ailleurs en évidence l’effet négatif d’une alimentation à base de pollen de maïs sur le développement des glandes hypopharyngiennes, l’expression du gène de la vitellogénine, et la survie des abeilles. Au regard de la présence élevée de cette culture dans les zones d’agriculture intensive et sa haute exploitation par les butineuses, nos résultats sont discutés en fonction des répercussions envisagées sur les colonies. Dans ces milieux, la diversité des ressources polliniques, par l’apport de pollens de qualité, compense la pauvreté nutritionnelle d’autres pollens. Dans nos conditions, nous pouvons observer la plus-value d’une alimentation pollinique polyflorale chez des abeilles infestées par Nosema. Les mesures agro-écologiques œuvrant pour régulariser dans le temps les apports polliniques aux colonies, et pour leur offrir une diversité alimentaire participent donc à renforcer leur capacité à lutter contre les stress présents dans l’environnement. / Nutrition is the set of processes by which a living organism transforms food for its functions. Studying nutrition allows to understanding the relationship between food intake and health of the individual. All organs for extracting energy are the digestive system, which converts sugars into glucose, fats into fatty acids, and proteins into amino acids. The objective of this study is to determine the possible influence of pollen nutrition on the honeybee health, Apis mellifera L. To ensure that nutrition, the bee is subservient to floral resources. Of pollen collected from the flowering plants, the body draws fats (or lipids), vitamins and proteins. Access to these resources is variable in quality, quantity, and diversity depending on the time and the environment. Problems of mortality and weakening of colonies are observed for some twenty years, and one of the suspected causes is the lack of availability and low nutritional value of pollen resources in agricultural areas. We therefore tested under controlled conditions the effects of quantity, quality and diversity of pollen on nurse worker physiology and on their immunity, as well as their survival. Nutrition plays a vital role in the prevention of many diseases, the effects of pollen diet were determined in the presence or absence of a biotic stressor, Nosema ceranae, whose prevalence in the colonies is very high. It is an invasive microsporidia that develops in the intestine of its host, causing various sublethal and lethal effects. Since the nutritional value of a food depends on its composition but also its digestibility, a third part focuses on the possible influence of the stressor on bee ability digestion of the proteins provided by the pollen.Our results provide knowledge on the impact of pollen depletion that may undergo the colonies in an intensive agricultural landscape. Indeed, bees starved to roughly 60%, as can be observed between two cultures massive flowering undergo disturbances at individual level (disturbances of nurse worker physiological development, reduced survival), which may make them less efficient and more susceptible to stress from the environment. In addition, we demonstrated that the nutritional value of pollen influences the Nosema ceranae‘s bee tolerance. The pollen quality is determined by the total chemical composition (proteins, amino acids, lipids, vitamins, sugars, etc ...), not only by its content of essential amino acids or proteins. Our study also demonstrated the negative effect of a diet based on maize pollen on hypopharyngeal glands development, the vitellogenin gene expression, and the bee survival. In view of the high presence of this culture in intensive agriculture areas and high exploitation by foragers, our results are discussed in terms of their impact on the proposed settlements. In these environments, the diversity of pollen resources by providing pollen of quality compensates nutritional poverty of other pollens. In our conditions, we can observe the gain of power of a polyfloral pollen in Nosema infested bees. Agro-ecological measures working to regularize, in time, the pollen contributions to the colonies, and to provide them with food diversity thus participate in building their capacity to fight against stress in the environment