Cette étude vise à comparer l’histoire évolutive des parasitoïdes du genre Horismenus (Hymenoptera: Eulophidae) à celle de leurs hôtes bruches (Coleoptera: Bruchidae) et plante hôte (Phaseolus vulgaris L.) cultivée dans le contexte d’agriculture traditionnelle, au sein de son centre de domestication Mésoaméricain. Nous avons analysé la structure génétique de 23 populations de quatre espèces de parasitoïdes au Mexique, en utilisant un fragment du gène mitochondrial COI afin de les comparer aux structures précédemment publiées des hôtes bruches et du haricot commun. Nous avons prédit que les structures génétiques des populations d’hôtes (bruches et plante) et de parasitoïdes seraient similaires puisque également influencées par la migration entremise par l’humain (HMM) étant donnée que les parasitoïdes se développent telles que les bruches à l’intérieur des haricots. Compte tenu des stratégies de manipulation reproductive utilisées par l’alpha-protéobactérie endosymbionte Wolbachia spp. pour assurer sa transmission, la structure génétique des populations de parasitoïdes inférée à partir du génome mitochondrial devrait être altérée conséquemment à la transmission conjointe des mitochondries et des bactéries lors de la propagation de l’infection dans les populations de parasitoïdes. Les populations du parasitoïde H. missouriensis sont infectées par Wolbachia spp. Tel que prédit, ces populations ne sont pas différenciées (FST = 0,06), ce qui nous empêche d’inférer sur une histoire évolutive parallèle. Contrairement aux bruches, Acanthoscelides obtectus et A. ovelatus, la HMM n'est pas un processus contemporain qui influence la structure génétique des populations du parasitoïde H. depressus, étant donné la forte différenciation (FST = 0,34) qui existe entre ses populations. La structure génétique observée chez H. depressus est similaire à celle de sa plante hôte (i.e. dispersion aléatoire historique à partir d'un pool génique ancestral très diversifié) et est probablement le résultat d’un flux génique important en provenance des populations de parasitoïdes associées aux haricots spontanées à proximité des champs cultivés. L’étude de l’histoire évolutive intégrant plusieurs niveaux trophiques s’est avérée fructueuse dans la détection des différentes réponses évolutives entre les membres du module trophique face aux interactions humaines et parasitaires, et montre la pertinence d’analyser les systèmes écologiques dans leur ensemble. / This study aims to compare the evolutionary history of Horismenus parasitoids (Hymenoptera: Eulophidae) to that of their bruchid beetle hosts (Coleoptera: Bruchidae) and their domesticated host plant (Phaseolus vulgaris L.) in the context of traditional agriculture within their Mesoamerican center of domestication. We analyzed the genetic structure of 23 populations of four Horismenus species in Mexico using COI mitochondrial gene fragments and compared the structures to previously published data on bean plant and beetle hosts. We predicted that because parasitoids complete their development within their beetle hosts, within the bean, the genetic structure of both the host and the parasitoid would be similar and equally influenced by human-mediated migration (HMM). Furthermore, because of reproductive manipulation strategies often used by the alpha-proteobacteria endosymbionte Wolbachia spp. to ensure its transmission, the genetic structure of parasitoid populations inferred from mitochondrial genome would be bias consequently to the conjoint transmission of mitochondria and the bacteria according to propagation of the infection within parasitoids populations. The populations of H. missouriensis parasitoids are infected by Wolbachia spp. As predicted, these populations are not differentiated (FST = 0.06) which prevents us to infer on a parallel evolutionary history. Unlike their bruchids hosts, Acanthoscelides obtectus and A. ovelatus, the HMM is not a contemporary process influencing H. depressus population genetic structure according to the strong populations differentiation (FST = 0.34). The genetic structure observed within H. depressus populations is similar to that of its host plant (i.e. historical random dispersal from a highly diversified ancestral gene pool) and is probably the result of extensive gene flow from parasitoids associated with wild beans populations adjacent to crop fields. The study of evolutionary history integrating multitrophic levels has proved to be fruitful in detecting different evolutionary responses among members of the trophic module face to human and parasite interactions, but also points out the pertinence of analyzing ecological systems as a whole.

En raison de leur rôle central dans la physiologie et le développement des plantes, les phythormones ont depuis longtemps été considérées comme des médiateurs chimiques déterminants dans la capacité des insectes à contrôler leur environnement végétal. Les mécanismes permettant aux insectes de manipuler la balance phytohormonale permettant ainsi la régulation des apports nutritifs et la modulation des défenses végétales demeurent néanmoins pour la plupart inconnus, en particulier pour les insectes galligènes et mineurs de feuilles. L’objectif de ma thèse visait à caractériser les capacités de modulation phytohormonale par les insectes manipulateurs de plantes avec un accent particulier sur le lépidoptère mineur de feuille Phyllonorycter blancardella. Nous avons ainsi développés une caractérisation spatio-temporelle de la réponse des plantes aux attaques des larves mineuses au niveau moléculaire et biochimique. Une comparaison entre différents systèmes biologiques nous a permis d’évaluer les similitudes entre les stratégies adoptées par les les insectes galligènes et les insectes mineurs de feuilles, d’identifier l’origine possible des phytohormones impliquées dans la manipulation de la plante et le rôle des bactéries endosymbiotiques d’insectes dans ces interactions. / Because phytohormones lie at the very core of molecular mechanisms controlling the plant physiology and development, they have long been hypothesized to be involved in insect-induced plant manipulations. Insects are using phytohormones to manipulate their host plants for their own benefit, regulating nutrient provisioning and plant defenses. However, a mechanistic understanding of how phytohormones operate in plant reconfigurations by plant-manipulating insects, especially by gall-inducing and leaf-minging insects, is lacking. The objective of my Ph.D. was to provide an extensive characterization of how plant-manipulating insects modulate the plant global hormonal balance with a specific focus on the leaf-mining moth Phyllonorycter blancardella. We thus developed a time course characterization of plant transcriptomic and biochemical responses following attack by leaf-mining larvae. A comparative analysis between different biological systems allowed us to estimate similarities in strategies developed leaf-mining and gall-inducing insects, to identify the possible origin of phytohormones involved in the plant manipulation and to estimate the role of insect endosymbiotic bacteria in these interactions.

Les Oniscidea présentent une diversité remarquable de systèmes chromosomiques de déterminisme du sexe (hétérogamétie mâle XX/XY ou hétérogamétie femelle ZW/ZZ), dont l'origine reste encore largement inconnue à ce jour. Il a été proposé que ces différents systèmes puissent être le produit de la coévolution entre les isopodes terrestres et Wolbachia, une bactérie endosymbiotique féminisante transmise verticalement par voie ovocytaire. Dans le but de caractériser l'impact de l'endosymbiose à Wolbachia sur l'évolution des mécanismes de déterminisme du sexe, nous avons utilisé une combinaison d'approches génomique, transcriptomique et d'expression de gènes. Tout d'abord, le génome de l'espèce Armadillidium nasatum (caractérisée par un système XX/XY) a été généré et ensuite annoté structurellement et fonctionnellement. A partir de ce génome, des approches de génomique comparatives ont permis la caractérisation de séquences liées au chromosomes Y, afin de mieux comprendre les processus impliqués dans la dégénérescence des gonosomes. Afin d'identifier des effecteurs liés au déterminisme ou à la différenciation du sexe, une approche par gènes candidats a permis de caractériser des gènes à domaines DM, connus pour être impliqués dans le déterminisme du sexe de nombreuses espèces, et d'en mesurer l'expression au cours du temps. Enfin, une phylogénie des Oniscidea a été réalisée en parallèle d'expériences de réversion de sexe afin d'estimer le nombre et la direction des transitions de systèmes d'hétérogamétie au cours de l'évolution des isopodes terrestres. Ces travaux contribuent à illustrer l'impact de l'endosymbiose sur l'évolution des mécanismes de déterminisme du sexe de l'hôte. / Oniscidea show a remarkable diversity of chromosomal sex determination systems (male heterogamety XX/XY or female heterogamety ZW / ZZ). However, the origin of such diversity is still largely unknown to date. It has been proposed that these different systems may be the product of the coevolution between terrestrial isopods and Wolbachia, a feminizing endosymbiotic bacteria transmitted vertically through oocytes. In order to characterize the impact of Wolbachia endosymbiosis on the evolution of sex determination mechanisms, we used a combination of genomic, transcriptomic and gene expression approaches. First, the genome of the species Armadillidium nasatum (characterized by an XX/XY system) was generated and then structurally and functionally annotated. From this genome, a comparative genomic approach allowed us to characterize sequences Y-linked, in order to better understand the processes involved in the sex chromosome degeneration. In order to identify effectors potentially related to sex determination or differentiation, a candidate gene approach has been used to characterize DM-domain genes, known to be involved in the sex determination pathways of many species, and then to measure their expression over development. Finally, a Oniscidea phylogeny was generated in parallel with sex-reversal experiments in order to characterize the number and the direction of the transitions of heterogenetic systems during the terrestrial isopods evolution. This work emphasize the impact of endosymbiosis on the evolution of host sex determination mechanisms.

Les éléments transposables (ET) sont l'une des principales forces guidant l'évolution des génomes. La présence de copies dégradées a permis de bien caractérisée la dynamique des ET eucaryotes. A contrario, chez les procaryotes, les ET sont considérés comme récents, ce qui complique l'étude de leur dynamique. Les séquences d'insertion (IS) sont les ET procaryotes les plus abondants. Les modèles prédisent que les IS, arrivés par transferts horizontaux, subissent une forte augmentation de leur nombre, puis sont éliminés. De plus, les modèles prédisent que les génomes des bactéries intracellulaires devraient avoir peu ou pas d'IS. Le séquençage des génomes de bactéries intracellulaires obligatoires, comme Wolbachia, a remis en cause les modèles, car certains ont une grande quantité d'IS. Notre travail portait sur l'étude des génomes de cinq souches de Wolbachia ayant des caractéristiques diverses. Nous avons réalisé une annotation détaillée des IS pour chaque génome et testé nos hypothèses basés issues de l'analyse in silico sur un panel de souches. Nous avons confirmé que les génomes de Wolbachia ont une forte abondance d'IS. La majorité des copies d'IS étaient dégradées, ce qui a permis d'étudier leur dynamique. L'activité passée des IS de Wolbachia n'a pas été constante au cours du temps avec des alternances de phases de forte activité et de quiescence. Les phases de forte activité doivent être précédées de transferts horizontaux, qui ont été expérimentalement détectés en abondance. Enfin, des analyses d'expression suggèrent que l'activité des IS n'est pas uniquement contrôlée par les éléments eux-mêmes, mais dépend également de l'environnement génomique des copies.

Conifer seed-infesting chalcids of the genus Megastigmus (Hymenoptera: Torymidae) are important forest pests. At least one species, M. spermotrophus Wachtl, has been shown to be able to manipulate the seed development of its host, Douglas-fir (Pseudotsuga menziesii) in remarkable ways, such as redirecting unfertilized ovules that would normally abort. The mechanism of host manipulation is currently unknown. Microbial associates and venoms are two potential mechanisms of host manipulation. Microbial associates are emerging as an important player in insect-plant interactions. There is also evidence that venoms may be important in gall-induction by phytophagous wasps. PCR and 16S rRNA pyrosequencing was used to characterize the microbial associates of Megastigmus and transcriptomic sequencing was used to identify putative venoms that were highly expressed in female M. spermotrophus. The common inherited bacterial symbionts Wolbachia and Rickettsia were found to be prevalent among several populations of Megastigmus spp. screened using a targeted PCR approach. A member of the Betaproteobacteria, Ralstonia, was identified as the dominant microbial associate of M. spermotrophus using 16S rRNA pyrosequencing. The transcriptome of M. spermotrophus was assembled de novo and three putative venoms were identified as highly expressed in females. One of these putative venoms, Aspartylglucosaminidase, (AGA) appears to have originated through gene duplication within the Hymenoptera and has been identified as a major venom component of two divergent parasitoid wasps. AGA was identified as a promising candidate for further investigation as a potential mechanism of early host manipulation by M. spermotrophus. / Graduate / 0353 / 0410 / 0715 / apaulson@shaw.ca

Orientador: Cláudia Pio Ferreira / Abstract: This thesis presents two manuscripts previously sent to publication in scientific journals. In the first manuscript, a delay differential equation model is developed to study the dynamics of two Aedes aegypti mosquito populations: infected by the intracellular bacteria Wolbachia and non-infected (wild) individuals. All the steady states of the system are determined, namely extinction of both populations, extinction of the infected population and persistence of the non-infected one, and coexistence. Their local stability is analyzed, including Hopf bifurcation, which promotes periodic solutions around the nontrivial equilibrium points. Finally, one investigates the global asymptotic stability of the trivial solution. In the second manuscript, after rearing soybean looper Chrysodeixis includens in laboratory conditions, thermal requirements for this insect-pest are estimated, from linear and nonlinear regression models, as well as the intrinsic growth rate. This parameter depends on the life-history traits and can provide a measure of population viability of the species. / Doutor

The Hermit butterfly Chazara briseis is a species from the family Nymphalidae, inhabiting mostly short-stemmed dry steppes. In Central Europe, it is critically endangered. It is therefore currently the subject of many conservation activities, including reintroductions. In such translocations of individuals, it is important that the native and source populations be as closely related as possible in all respects. Therefore, individuals of two forms of this species, Ch. briseis pannonica (Austrian population) and Ch. briseis bataia (Czech population) were bred and their reproductive characteristics were recorded and the differences between the two forms were observed. During two seasons 5 Austrian and 8 Czech females were successfully bred. The Austrian and Czech populations differed mainly in the timing of adult hatching and the beginning of the laying of eggs by females - Austrian individuals are phenologically shifted to one week to 14 days earlier. Individual populations of the same species may also differ from each other in the presence of Wolbachia pipientis. This bacterium can affect the sex ratio in a population as well as the reproduction behavior of individuals. There was a suspicion of its presence in the Czech population. Therefore, a part of the Czech population was treated with...

The unifying concept of endosymbiosis and the ‘holobiont’ is that the interaction of the microbial community and the host’s biology can affect myriad processes from speciation to physiology to behavior. This study explored the role of the microbiome as a potential facilitator of rapid evolution of social behavior in a socially polymorphic species of spider, Anelosimus studiosus. Adult females were collected from solitary and social colonies at two geographically distinct locations, and behaviorally assayed to assign individuals to ‘docile’ or ‘aggressive’ phenotypes. Microbiomes of each individual were analyzed by 16s rRNA sequencing. Correlations were found with external influences on the microbiome (colony type, local environmental microbiota, and among colony), and also between the microbiome and individual’s behavioral phenotype. While causation has not yet been established, these data suggest that demographics and ecology affect the microbiome, and that behavior may be affected by the microbiome.

The traditional view of a lifelong monogamy between a king and a queen has recently been challenged in termites. In several species, multiple parthenogenetically-produced secondary queens replace the primary queen and mate with the primary king; this strategy is referred to as “Asexual Queen Succession” (AQS). The aim of my thesis was to investigate the modalities of reproduction and the ecology of neotropical soil-feeding termites from the Termitinae, with a focus on the inquiline termite Cavitermes tuberosus in the Termes group.In the first axis, we investigated the modalities of reproduction of C. tuberosus. (i) AQS is the main reproductive strategy of this species. (ii) The evolution of AQS requires the propensity of parthenogens to develop into neotenic queens. In C. tuberosus, secondary queens develop from a developmental stage of “aspirants” which participate to the social tasks usually undertaken by workers, as long as the primary queen is alive. (iii) In AQS species, a female-biased sex ratio is expected in the dispersing reproductives. In C. tuberosus, sex ratio varies among years and according to the type of reproductives, and the population sex ratio is balanced. These results raise hints on queen-king conflict over the sex ratio.In the second axis, we described the ecology and symbioses of C. tuberosus. (iv) Wolbachia, an endosymbiotic bacterium mainly known for manipulating the reproduction of arthropods in order to enhance its own transmission, infects all individuals in societies. This bacterium, particularly abundant in a gut-associated bacteriome, may play a role in the nutrition of C. tuberosus; both partners would have evolved a mutualistic symbiosis. (v) Inquiline termites live in a nest built by other termite species and do not forage outside. Physico-chemical measures and microbiota sequencing revealed that C. tuberosus is a generalist nest-feeder.Finally, we expanded our study of the breeding systems in the phylogenetic proximity of C. tuberosus. (vi) We described Palmitermes impostor, a new genus and species as a sister-group to the genus Cavitermes. (vii) AQS is the main reproductive strategy in P. impostor, and queens of Spinitermes trispinosus and Inquilinitermes inquilinus are able to reproduce parthenogenetically. Therefore, it appears likely that the conditional use of sexual and asexual reproductions is a preadaptation common to the whole Termes group, and that it evolved into a stable element of their breeding system at least in some species.Overall, our results open new perspectives in the understanding of reproductive strategies in termites and their relationships with their bacterial symbionts. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Certaines populations d'Armadillidium vulgare (A. vulgare) présentent une descendance comportant un excès de femelles. Cette anomalie est dûe à une bactérie intracytoplasmique du genre Wolbachia [Gram(-)], responsable de la féminisation des mâles. Ces derniers présentent alors toutes les caractéristiques d'une femelle et transmettent la bactérie à leur descendance. Cependant, ce taux de transmission n'est pas contant. De plus, lors d'injections expérimentales de Wolbachia à des mâles sains de la même espèce, la bactérie s'implante dans tous les tissus (y compris les hémocytes), et l'individu présente une régression de ses caractères sexuels secondaires. Par contre, la même injection réalisée chez certains isopodes d'un genre différent conduit à l'élimination totale de la bactérie. Ainsi, Wolbachia semble capable d'interagir avec le système immunitaire de son hôte mais semble également capable de lui échapper.<br /> Chez les crustacés, les hémocytes sont le siège de l'immunité innée, qui comporte deux types de réponses, une réponse cellulaire et une réponse humorale. La première concerne tous les phénomènes de phagocytose, d'encapsulation et de formation de nodules. La deuxième met en jeu de nombreuses protéines responsables de la mélanisation, de la coagulation et de l'activité antimicrobienne. Ces protéines sont stockées dans les granules des hémocytes et sont libérés dans l'hémolymphe lors d'une infection microbienne.<br /> Chez les isopodes terrestres, aucune étude n'avait été réalisée sur la réponse immunitaire, nous nous sommes donc intéressés aux deux aspects de cette réponse. L'observation en cytologie fine des hémocytes et des organes hématopoïétiques d'A. vulgare infectés ou non par Wolbachia, nous a permis d'une part d'identifier les différents types d'hémocytes et de les comparer à ceux décrits chez les crustacés décapodes et, d'autre part, de suspecter une désorganisation du cytosquelette des cellules infectées par Wolbachia.<br /> La recherche d'activité antimicrobienne a conduit à l'isolement et à la caractérisation d'un peptide antibactérien (armadillidine) produit et stocké dans les hémocytes mais également à mettre en évidence deux peptides (potentiellement antimicrobiens) issus du clivage de l'hémocyanine. <br /> Afin d'identifier les protéines impliquées dans la réponse humorale, une cartographie bidimentionnelle des protéines hémocytaires des deux types d'animaux a été réalisée. L'analyse de ces cartes a permis de mettre en évidence de nombreuses protéines, connues chez les crustacés décapodes et chez d'autres invertébrés, impliquées dans la réponse immunitaire. <br /> Cette étude contribue à la compréhension des mécanismes impliquées dans la réponse immunitaire et devrait permettre d'appréhender la relation d'A. vulgare avec Wolbachia.