The purpose of this study was to determine whether defoliation, a condition of stress caused by Choristoneura fumiferana herbivory, induces a disturbed pathologic condition in presumably normal tissue produced by the affected balsam fir trees. Techniques used in this investigation included dry weight determination, light microscopy, scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), and biochemical and physical analyses. Terminal branch sections that contained shoots with buds and needles were cut from the upper crown on opposite sides of the tree. Collections were made from several previously selected trees in Vermont during April, June and July. The collected materials were labelled, placed in plastic bags and returned to the laboratory for histological and electron microscopic studies. The shoots derived from buds of stressed trees were shorter and produced fewer needles than shoots derived from equivalent position in nondefoliated buds. Unlike July-collected buds, the April buds did not exhibit distinct apical meristem zonation. The ultrastructural study of defoliated April-collected buds differed from nondefoliated buds, in that nondefoliated buds, were very active prior to bud burst and shoot elongation. This activity was indicated by the substantial increase in the number of Golgi-associated vesicles, several large vacuoles with heavy electron dense granular inclusions, abundant rough endoplasmic reticulum, proplastids and cell plate formation. Defoliated bud cells, unlike the nondefoliated bud cells did not contain a high population of cells exhibiting Golgi-associated rich regions, mitochondria, and apparent ce 11 p 1 ate formation. The absence or reduced presence of these metabolic indicators, in defoliated Aprilcollected buds suggest that the defoliated buds are metabolically disturbed. The eventual elongation of shoots of reduced length and number of needles as observed in June-collected buds indicates that activity was not completely inhibited in defoliated buds. The smaller bud size in defoliated balsam fir could also mean that prior accumulation of substances by the bud was effectua1 in that bud development may have been delayed. These findings indicate that Choristoneura fumiferana herbivory alters bud development.

Le changement climatique continue d'affecter la dynamique des paysages forestiers à grande échelle. Cependant, il demeure incertain comment ces changements affecteront les forêts futures et en particulier les épidémies des insectes ravageurs forestiers. Le changement climatique affecte l’émergence des insectes, en perturbant notamment la synchronisation phénologique entre les insectes herbivores et leurs arbres hôtes. De telles perturbations peuvent avoir des conséquences importantes sur le moment de l’émergence, l'étendue et la gravité de l'épidémie. Cette étude vise à comprendre comment le changement climatique pourrait affecter la synchronie phénologique entre la tordeuse des bourgeons de l'épinette (Choristoneura fumiferana), un défoliateur indigène, et ses espèces hôtes (Abies balsamea et Picea mariana) et comment cela pourrait affecter l'étendue des épidémies de la tordeuse des bourgeons de l'épinette dans la région de la Côte-Nord au Québec, Canada. Nous avons exploré les effets de deux facteurs expérimentaux sur l'étendue des épidémies à l'aide d'un modèle de simulation stochastique spatialement explicite à base d’agents (MBA): (1) la température quotidienne représentée selon deux niveaux d'augmentation (+2°C et +4°C) relative à une base de référence 2016 et (2) la variation de la phénologie des arbres hôtes correspondant aux différents niveaux d'incertitude (SD) concernant le moment du débourrement des bourgeons. Nous avons évalué comment ces facteurs ont affecté la variation de l'étendue des épidémies de la tordeuse des bourgeons de l'épinette et la complexité spatiale du patch épidémique sur un horizon de simulation de 20 ans. Nos résultats de simulation indiquent que la synchronisation phénologique arbres hôtes-insectes est fortement affectée par les changements de température, mais de manière non linéaire. Une augmentation de 2°C a permis de réduire l'étendue de l'épidémie en raison de la faible survie des larves, tandis qu'une augmentation de 4°C a entraîné une survie plus élevée des insectes et des épidémies plus importantes. Notre modèle peut aider à prévoir la dynamique future des forêts et faciliter l'élaboration de meilleures stratégies de gestion pour réduire l'effet des épidémies sur les paysages forestiers. / Climate change continues to affect forest landscape dynamics at a global scale. However, it remains uncertain how these changes will affect future forests and in particular outbreaks of forest insect pests. Climate change can affect outbreaking insects by disrupting phenological synchrony between herbivorous insects and their host trees. Such disruptions can have important consequences for outbreak timing, extent, and severity. This study aims to understand how climate change could affect the phenological synchrony between the spruce budworm (Choristoneura fumiferana), a native outbreaking defoliator, and its host trees (Abies balsamea and Picea mariana), and how this might affect the extent of spruce budworm outbreaks in the Côte-Nord region in Quebec, Canada. We explored the effects of two experimental factors on outbreak extent using a spatially explicit stochastic agent-based simulation model (ABM): (1) daily temperature represented as two levels of increase (+2°C and +4 °C) relative to a 2016 baseline, and (2) variation in host phenology represented as four different levels of uncertainty (SD) around the timing of budburst. We assessed how these factors affected variation in spruce budworm outbreak extent and outbreak patch spatial complexity over a 20-year simulation horizon. Our simulation results indicate that host trees-insect phenological synchrony is strongly affected by temperature changes, but in a non-linear way. An increase of 2°C was found to reduce outbreak extent due to poor larval survival, while an increase of 4°C resulted in higher insect survival and larger outbreaks. Our model can help to forecast future forest dynamics and facilitate the development of better management strategies to reduce the effect of outbreaks on forest landscapes.

Notre équipe a identifié le thé Labrador [Rhododendron groenlandicum L. (Ericaceae)] comme une plante potentiellement antidiabétique de la pharmacopée traditionnelle des Cris de la Baie James orientale. Dans la présente étude, nous avons évalué les effets néphroprotecteurs potentiels de la plante. De la microalbuminurie et de la fibrose rénale ont été développées chez des souris alimentées avec une diète grasse (DG). Le R. groenlandicum améliore d’une façon non-significative la microalbuminurie, avec des valeurs de l’aire sous la courbe (ACR) diminuant de 0.69 à 0.53. La valeur de la fibrose rénale qui était, à l’origine, de 4.85 unités arbitraires (UA) dans des souris alimentées à la DG, a chuté à 3.27 UA après avoir reçu un traitement de R. groenlandicum. Le R. groenlandicum a réduit la stéatose rénale de presque la moitié alors que l’expression du facteur de modification Bcl-2 (Bmf) a chuté de 13.96 UA à 9.43 UA. Dans leur ensemble les résultats suggèrent que le traitement avec R. groenlandicum peut améliorer la fonction rénale altérée par DG. Dans l’étude subséquente, notre équipe a identifié 17 espèces de la forêt boréale, de la pharmacopée traditionnelle des Cris de la Baie James orientale, qui ont présenté des activités biologiques prometteuses in vitro et in vivo dans le contexte du DT2. Nous avons maintenant examiné ces 17 extraits afin d’identifier lesquels possèdent un potentiel cytoprotecteur rénale en utilisant des cellules Madin Darby Canine Kidney (MDCK) mises à l’épreuve dans un médium hypertonique. Nous concluons que plusieurs plantes antidiabétiques Cris exercent une activité de protection rénale qui pourrait être pertinente dans le contexte de la néphropathie diabétique (ND) qui affecte une proportion importante des Cris. La G. hispidula et la A. balsamea sont parmi les plantes les plus puissantes dans ce contexte et elles semblent protectrices principalement en inhibant la caspase 9 dans la voie de signalisation apoptotique mitochondriale. Finalement, nous avons utilisé une approche de fractionnement guidée par un test biologique pour identifier les fractions actives et les composés de A. balsamea avec un potentiel de protection rénale in vitro dans des cellules MDCK mises au défi avec un médium hypertonique. La fraction d’hexane (Hex) possède le potentiel le plus élevé parmi toutes les fractions de solvant contre les dommages cellulaires induits par le stress hypertonique. Dans des études précédentes, trois composés purs ont été identifiés à partir de la fraction Hex, à savoir, l’acide abiétique, l’acide déhydroabiétique et le squalène. L’acide abiétique se distinguait par son effet puissant dans le maintien de la viabilité des cellules MDCK (AnnV-/PI-) à un niveau relativement élevé (augmentation de 25.48% relative au stress hypertonique, P<0.0001), ainsi qu’une réduction significative (diminution de 20.20% par rapport au stress hypertonique, P<0.0001) de l’apoptose de stade précoce (AnnV+/PI-). L’acide abiétique peut donc servir à normaliser les préparations traditionnelles d’A. balsamea et à trouver des applications potentielles dans le traitement de la néphropathie diabétique. Les trois études ont été intrinsèquement liées les unes aux autres, par conséquent, nous avons réussi à identifier R. groenlandicum ainsi que A. balsamea comme nouvelles plantes prometteuses contre la néphropathie diabétique. Nous croyons que ces résultats profiteront à la communauté crie pour la gestion des complications diabétiques, en particulier la néphropathie diabétique. En parallèle, nos données pourraient faire avancer l'essai clinique de certaines plantes médicinales de la pharmacopée traditionnelle des Cris de la Baie James orientale du Canada. / Our team has identified Labrador tea [Rhododendron groenlandicum L. (Ericaceae)] as a potential antidiabetic plant from the traditional pharmacopeia of the Eastern James Bay Cree. In the present study, we assessed the plant’s potential renoprotective effects. Microalbuminuria and renal fibrosis was developed in high fat diet (HFD)-fed mice. Meanwhile, there was a tendency for R. groenlandicum to improve microalbuminuria, with the values of area under the curve (ACR) reducing from 0.69 to 0.53. Renal fibrosis value was originally 4.85 arbitrary units (AU) in HFD-fed mice, dropped to 3.27 AU after receiving R. groenlandicum treatment. R. groenlandicum reduced renal steatosis by nearly one half whereas the expression of Bcl-2-modifying factor (Bmf) diminished from 13.96 AU to 9.43 AU. Taken altogether, the results suggest that R. groenlandicum treatment can improve renal function impaired by HFD. In the following study, our team has identified 17 Boreal forest species from the traditional pharmacopeia of the Eastern James Bay Cree that presented promising in vitro and in vivo biological activities in the context of type 2 diabetes (T2D). We now screened the 17 plants extracts for potential renal protective activity using Madin Darby Canine Kidney (MDCK) cells challenged with hypertonic medium. Cytoprotective potential as well as underlying mechanisms were investigated. We conclude that several Cree antidiabetic plants exert renal protective activity that may be relevant in the context of diabetic nephropathy that affects a significant proportion of Cree diabetics. G. hispidula and A. balsamea are amongst the most powerful plants in this context and they appear to exert their modulatory effect primarily by inhibiting caspase 9 in the mitochondrial apoptotic signaling pathway. We used a bioassay-guided fractionation approach to identify active fractions and compounds of A. balsamea with renal protective potential in vitro in MDCK cells challenged with hypertonic medium. The hexane (Hex) fraction possessed the highest potential among all solvent fractions against cell damage induced by hypertonic stress. In previous studies, three pure compounds were identified from the Hex fraction, namely, abietic acid, dehydroabietic acid and squalene. Abietic acid stood out by its strongest effect in maintaining MDCK cell viability (AnnV-/PI-) at a relatively high level (25.48% increase relative to hypertonic stress, P<0.0001) as well as a significant reduction (20.20% decrease relative to hypertonic stress, P<0.0001) of early stage apoptosis (AnnV+/PI-). Abietic acid may thus serve to standardize A. balsamea traditional preparations and find potential applications in the treatment of diabetic nephropathy. The three studies were inherently associated with each other, as a result we had successfully identified R. groenlandicum as well as A. balsamea as novel medicinal plants against diabetic nephropathy. We believe such findings will benefit the Cree community for the management of diabetic related complications, especially diabetic nephropathy. Meanwhile, our data might advance the clinical trial of certain medicinal plants from the traditional pharmacopeia of the Canadian Eastern James Bay Cree.

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Le diabète de type 2 est une maladie chronique dont l’incidence est en augmentation continuelle. Le risque de développer le diabète de type 2 chez les populations autochtones du Canada est de trois à cinq fois plus élevé que le reste de la population canadienne. La forêt boréale comporte plusieurs plantes médicinales ayant un potentiel pour le traitement ou la prévention du diabète. Certaines de ces plantes font partie de la médecine traditionnelle et alternative Crie. Des enquêtes ethnobotaniques ont amené notre équipe de recherche à identifier 17 extraits de plantes médicinales utilisées par les Cris d’Eeyou Istchee (Baie James, Québec) pour traiter les symptômes du diabète. Parmi ces extraits, certains ont montré des activités anti-diabétiques au niveau des cellules musculaires, des adipocytes et dans des études in vivo réalisées chez des animaux. Le but de cette thèse est d’élucider l’effet de ces 17 plantes sur l’homéostasie hépatique de glucose, d’identifier l’espèce la plus prometteuse et isoler ces constituants actifs. De même, le bleuet nain du genre Vaccinium angustifolium fait partie de la forêt boréale canadienne et est connu pour ses activités anti-diabétiques. Une biotransformation du jus de bleuet lui confère une activité antioxydante accrue et un profil biologique différent. Le deuxième but de cette thèse est d’élucider les mécanismes d’action par lesquels le jus de bleuet biotransformé (BJ) exerce son effet anti-diabétique et d’identifier ses principes actifs. Les résultats ont montré que trois extraits de plantes Cris se sont démarqués par leur effet sur l’homéostasie hépatique de glucose. Picea glauca exerce son effet en diminuant la production de glucose alors que Larix laricina agit en augmentant le stockage de glucose. Abies balsamea a montré le profil le plus prometteur, elle agit simultanément en diminuant l’activité de la Glucose-6-phosphatase (G6Pase) via la stimulation des voies insulino-dépendante et - indépendante et en augmentant l’activité de la Glycogène synthétase (GS) suite à la phosphorylation de la Glycogène synthase kinase-3. Le fractionnement de l’extrait d’Abies balsamea guidé par les deux bioessais a mené à l’isolation de trois composés actifs; l’acide abiétique (AA), l’acide déhydroabiétique (DAA) et le squalène (SQ). Les principes actifs ont montré le même mécanisme d’action que l’extrait brut en diminuant l’activité de la G6Pase et augmentant celle de la GS ainsi qu’en activant les voies de signalisation impliquées. Le DAA ii s’est démarqué par son effet le plus puissant et très comparable à celui de l’extrait d’Abies balsamea dans toutes les expériences. De son côté le BJ a montré un effet sur la diminution de la production hépatique de glucose, l’augmentation de son stockage ainsi que l’augmentation de son transport dans le muscle. Son fractionnement guidé par les bioessais a permis d’isoler sept fractions dont trois étaient les plus actives. L’identification des constituants de ces fractions actives a mené à isoler quatres composés phénoliques; l’acide chlorogénique, l’acide gallique, l’acide protocatéchique et le catéchol. Le catéchol s’est démarqué avec ses effets les plus puissants en diminuant l’activité de la G6Pase, augmentant celle de la GS et en stimulant le transport de glucose dans le muscle. Les résultats de cette thèse indiquent que la diminution de la production hépatique de glucose peut s’ajouter au profil anti-diabétique de certaines plantes médicinales Cries et surtout à celui d’A.balsamea dont les composés actifs peuvent aider dans le développement de nouvelles molécules anti-diabétiques. De plus, les résultats de cette thèse ont montré que l’activité antidiabétique du BJ implique le contrôle de l’homéostasie de glucose au niveau du foie et du muscle. L’identification du catéchol comme principe actif avec potentiel anti-diabétique prometteur pourra servir pour des fins thérapeutiques ultérieures. / Type 2 diabetes is a chronic disease for which incidence is continuously increasing. The risk of developing type 2 diabetes among Aboriginal people in Canada is three to five times higher than the rest of the Canadian population. The boreal forest has several medicinal plants with potential for the treatment or prevention of diabetes. Some of these plants are part of the Cree traditional and alternative medicine. Ethnobotanical surveys led our research team to identify 17 medicinal plant extracts used by the Crees of Eeyou Istchee (James Bay, Quebec) to treat symptoms of diabetes. Some extracts showed anti-diabetic activities in muscle cells, adipocytes and in vivo studies in animals. The aim of this thesis is to elucidate the effect of these 17 plants on hepatic glucose homeostasis, to identify the most promising species and isolate its active constituents. Similarly, Canadian lowbush blueberry, Vaccinium angustifolium.Ait, is part of the Canadian boreal forest and is known for its anti-diabetic activities. Biotransformation of blueberry juice gives it an increased antioxidant activity and a different biological profile. The second aim of this thesis is to elucidate the mechanisms of action by which biotransformed blueberry juice (BJ) exerts its anti-diabetic effect and identify its active constituents. The results showed that three Cree plants stood out with their effect on hepatic glucose homeostasis. Picea glauca exerts its effect by reducing glucose production whereas Larix laricina works by increasing its the storage. Abies balsamea showed the most promising profile, simultaneously and powerfully reducing glucose-6-phosphatase (G6Pase) involving both insulin-dependent and -independent pathways and stimulating Glycogen synthase (GS) via phosphorylation of Glycogen synthase kinase-3 (GSK-3). Bioassay-guided fractionation of Abies balsamea led to the isolation of three active compounds; Abietic acid (AA), dehydroabietic acid (DAA) and squalene (SQ). The active constituents have shown the same mechanism of action as the crude extract by decreasing the activity of G6Pase, increasing that of the GS and activating signaling pathways. DAA stood out for its most powerful effect close to that of the crude extract in all experiments. Our results showed that anti-diabetic activity of BJ involves decrease in hepatic glucose production, increase of storage and enhancement of glucose uptake in muscle. Its bioassayiv guided fractionation led to isolate seven fractions, three of which were the most active. Identification of components in the active fractions resulted in four isolated phenolic compounds; chlorogenic acid, gallic acid, protocatechuic acid and catechol. Catechol stood out with its most powerful effects by decreasing the activity of G6Pase, increasing the GS and stimulating glucose transport in muscle. Our results thus confirm that the reduction of hepatic glucose production likely contributes to the therapeutic potential of several anti-diabetic Cree traditional plant and especially that of Abies balsamea whose active compounds may help in the development of new anti-diabetic molecules. In addition, the results of this thesis showed that the anti-diabetic activity of BJ involves control of glucose homeostasis in the liver and muscle. Identification of catechol as an active compound with anti-diabetic promising potential can be used for future therapeutic purposes.