Les larves des insectes endoparasitoïdes se développent aux dépens d’un hôte, conduisant à sa mort. Leur réussite dépend de leur capacité à neutraliser la réponse immunitaire de l’hôte (formation d’une capsule mélanisée) et réguler sa physiologie, via l’injection de venin lors de l’oviposition. Bien que les parasitoïdes subissent des changements importants de leur environnement, son impact sur la composition protéique de leur venin a rarement été étudié. Dans cette thèse, j’ai étudié (i) l’impact de la température sur l’interaction immunitaire Drosophile – Leptopilina boulardi et la composition de son venin et (ii) le potentiel évolutif du venin en réponse à différents hôtes. La température influe sur le succès parasitaire de L. boulardi via la capacité de l’hôte à encapsuler et/ou celle du parasite à s’échapper de la capsule. De plus, il y a une plasticité de la composition du venin avec la température. Par ailleurs, une 1ère évolution expérimentale a montré une évolution rapide de composition du venin en réponse à la résistance/sensibilité de l’hôte et un coût à la présence de certains facteurs du venin. La 2nd évolution expérimentale sur des espèces hôtes différentes suggère (i) une spécialisation des parasitoïdes sur l’hôte d’élevage et (ii) une évolution différentielle de la réussite parasitaire (virulence) et de la composition du venin. Le venin assurant la réussite sur différents hôtes contiendrait donc une combinaison de protéines « spécialisées » pour chaque hôte et des protéines à effet « large-spectre » sur certains hôtes testés. Les résultats suggèrent un fort potentiel adaptatif des parasitoïdes en réponse à différents paramètres biotiques et abiotiques. / Endoparasitoid wasp larvae develop at the expense of a host, leading to its death. Their success depends on their ability to overcome the immune response of the host (formation of a melanized capsule) and regulate its physiology, via the injection of venom upon oviposition. Although parasitoids undergo significant changes in their environment, its impact on the protein composition of their venom has rarely been tested. In this thesis, I studied (i) the impact of temperature on the Drosophila - Leptopilina boulardi immune interaction and the composition of its venom and (ii) the evolutionary potential of venom in response to different hosts. Temperature influences the parasitic success of L. boulardi via the ability of the host to encapsulate and / or that of the parasite to escape from the capsule. Besides, there is a plasticity of the venom composition with temperature. A first experimental evolution showed a rapid evolution of the composition of the venom in response to the resistance / susceptibility of the host, and a cost to the presence of certain factors of the venom. The second experimental evolution on different host species suggests (i) a specialization of parasitoids on the rearing host and (ii) a differential evolution of the parasite success (virulence) and the composition of the venom. The venom ensuring success on different hosts would therefore contain a combination of "specialized" proteins for each host as well as "broad-spectrum" effect proteins on some hosts tested. The results suggest a strong adaptive potential of parasitoids in response to different biotic and abiotic parameters.

Les insectes parasitoïdes emploient un mode de vie particulier situé à mi-chemin entre prédation et parasitisme. Ce sont des insectes qui effectuent leur développement larvaire aux dépends d'un autre arthropode, généralement un insecte, qui va mourir à l'issue de l'interaction. Comme pour tout parasite obligatoire, le succès reproducteur d'un parasitoïde dépend en grande partie de sa capacité à infester avec succès son hôte. De son côté, l'hôte étant totalement consommé avant d'avoir laissé une descendance en cas de réussite parasitaire, son succès reproducteur dépend de sa capacité à échapper au parasitisme. Au niveau immunitaire, la réponse de la plupart des insectes aux corps étrangers tels que les œufs de parasitoïdes est la réaction d'encapsulement, qui consiste en l'élaboration d'une capsule multicellulaire mélanisée autour de l'intrus. En réponse à ce mécanisme de résistance, de nombreuses adaptations visant à éviter l'encapsulement, appelées stratégies de virulence, ont été sélectionnées au cours de l'histoire évolutive des parasitoïdes. L'issue de l'interaction entre un parasitoïde et son hôte est donc fortement influencée par les adaptations réciproques des espèces hôtes et parasitoïdes considérées, mais aussi par les variations de virulence et de résistance existant au sein de chaque espèce, un aspect qui a été négligé jusqu'à présent. <br />Le travail de thèse présenté ici porte sur les variations de virulence du parasitoïde et les variations de résistance de l'hôte à l'origine de variations dans l'issue du parasitisme dans le modèle Leptopilina boulardi - Drosophila yakuba. Deux lignées du parasitoïde L. boulardi, présentant des capacités de virulence contrastées vis à vis de l'hôte D. yakuba, ont été étudiées et comparées pour leur comportement de sélection d'hôte et leur stratégie de virulence. Les résultats obtenus suggèrent une relation entre capacités de virulence et comportement de choix d'hôte chez L. boulardi et démontrent l'existence chez une même espèce de parasitoïde de stratégies parasitaires différentes utilisées contre deux espèces hôtes. Les effets physiologiques du parasitisme sur l'immunité de l'hôte sont décrits et l'étude de la nature des facteurs de virulence est abordée. Les bases génétiques et physiologiques de la variation de résistance à L. boulardi chez l'hôte D. yakuba ont été par ailleurs étudiées à l'aide de deux lignées hôtes respectivement sensible et résistante. <br />L'ensemble des données obtenues au cours de cette thèse ont été comparées avec les données disponibles dans le modèle L. boulardi - D. melanogaster dans une approche permettant d'aborder les problèmes de spécificité d'hôte au niveau physiologique et moléculaire.

Les symbioses eucaryotes/micro-organismes constituent une importante source d'innovation évolutive et de diversité écologique. Ces associations sont très répandues chez les insectes, en particulier chez les insectes parasitoïdes (insectes parasites d'autres insectes) qui hébergent en particulier une grande diversité de virus transmis verticalement. Leurs effets directs sur les parasitoïdes ainsi que les effets indirects sur la structure des communautés sont à l'heure actuelle mal compris. Nous avons abordé ces questions au travers l'étude d'un virus héritable (LbFV) ayant la particularité de manipuler le comportement de superparasitisme de son hôte, l'hyménoptère parasitoïde de drosophiles Leptopilina boulardi. La mise au point d'un outil moléculaire diagnostic de l'infection nous a permis de montrer que ce virus, spécifique à L. boulardi, peut atteindre de fortes prévalences dans les populations d'hôtes. Nous avons également mis en évidence un effet de la présence du virus sur les interactions compétitives interspécifiques au sein de la communauté des parasitoïdes de drosophiles. L'approche intégrée de ce travail constitue une étape importante dans la connaissance du rôle des virus héritables sur l'écologie et l'évolution de leurs hôtes

Les éléments transposable (ET) sont des séquences d'ADN qui ont la capacité de se déplacer au sein des génomes. Pour contrebalancer les effets négatifs liés à l'activité des ET, il existe chez leurs hôtes des mécanismes régulant l'activité de transposition. Une fois qu'un ET est régulé, l'accumulation progressive de mutations dans sa séquence conduit fatalement à la perte définitive de son activité de transposition. J'ai cherché au cours de cette thèse à mieux comprendre le succès et le maintien de ces séquences répétées, avec d'une part l'étude des transferts horizontaux (TH) d'ET, un moyen d'échapper aux mécanismes de régulation , et d'autre part l'étude de leur régulation. Dans la première partie de ma thèse, je me suis intéressé à l'étude des TH entre deux espèces proches de drosophiles. Dans cette étude, j'ai développé une nouvelle méthode bioinformatique permettant la détection de séquences transférées horizontalement entre deux génomes eucaryotes qui m'a permis détecter de nombreux TH d'ET. Ce travail m'a aussi conduit à développé une nouvelle méthode de contrôle du taux de faux positifs moyen applicable aux tests multiples unilatéraux. Dans la deuxième partie de ma thèse, j'ai étudié la régulation des ET par la voie des petits ARN, un mécanisme de l'ARN interférence. Dans cette étude, j'ai analysé des données de séquençage de petits ARN, ainsi que d'ARN totaux issues de différentes populations de D. simulans. Ce travail a conduit au développement d'un pipeline d'analyse permettant d'étudier des différences d'expression entre des séquences répétées ainsi que d'une nouvelle procédure de contrôle qualité de ce type de donnée / Transposable elements (TEs) are repeated DNA sequences that are able to move (transpose) within their host genome. To counteract the negative effects of their TEs, regulation mechanisms of the TE transposition are present in the host genome. Once a TE is regulated, the progressive accumulation of mutations in its sequence will inevitably lead to the definitive loss of its transposition capacity. My work during this thesis is was to better understand the succss and the maintaining of these peculiar repeated sequencest, with the study of horizontal transfers (HTs) of TEs enabling them to escape host regulation mechanisms, and the study of this regulation. The first part of my thesis concerns the study of HTs between two closely related drosophila species. I have developed a new bioinformatic method for the detection of HTs between two eukaryotic genomes. The development of this method brought me to work on the unilateral multiple testing problematic for which I have developed a new procedure to control the expected false discovery rate (FDR). The second part of my thesis focuses on the regulation of TEs by the small RNA pathway, an RNA interference mechanism. For this study, I have analyzed sequencing data of small RNAs and total RNAs. For this work, I have developed an analysis pipeline, to study differences of expression between repeated sequences. Some features of the small RNA dataset required the development of a new procedure to parse them. This procedure was extended and implemented in a software to be used for the quality control of next generation sequencing data

La variation des comportements sociaux est une problématique très importante pour appréhender l’évolution de la socialité dans le règne animal. Par l’étude des interactions entre les paramètres génétiques et environnementaux sur les comportements sociaux de la drosophile (Drosophila melanogaster), cette thèse s’inscrit dans cette problématique et cherche à mettre en évidence les paramètres déterminants pour la expliquer la variation des comportements sociaux des individus. Au cours de ce travail de recherche, on a pu étudier et mettre en évidence l’existence de comportements sociaux chez la drosophile tels que l’apprentissage et l’utilisation des informations sociales dans un contexte de recherche spatiale, le comportement d’agrégation et l’établissement de nombreuses interactions. Ces comportements sont les premiers pas vers plus de socialité et leur étude est indispensable pour comprendre l’évolution vers plus de coopération et de communication entre les individus. L’utilisation de deux lignées issues du polymorphisme génétique du gène foraging (phénotypes Rover et Sitter) a permis de mettre en évidence des différences de comportements entre les individus et d’étudier les interactions entre paramètres génétiques et environnementaux. Les individus de phénotype Sitter témoignent d’un comportement plus social que les individus Rover, utilisant préférentiellement l’information sociale, ils forment aussi des agrégats plus importants semblant attirés par le plus grand nombre. On note aussi que la variation de la composition génétique du groupe entraine une modification du comportement d’agrégation du groupe. Ainsi, les variations interindividuelles influencent le comportement collectif. Le dernier volet de cette thèse s’intéresse aux interactions entre les individus au sein de 12 populations différentes de l’espèce Drosophila melanogaster. Cette approche a permis de révéler une grande variation de l’organisation sociale des individus au sein d’une même espèce et ouvre de nouvelles perspectives pour étudier l’évolution de la socialité.Ce travail de recherche permet d’apporter de nouveaux éléments sur les facteurs influençant la variation des comportements sociaux et de mettre en avant de nouvelles perspectives pour l’étude de leur évolution. / The social behavior variation is a very important issue for understanding evolution of sociality in animal kingdom. By studying genetic and environmental interactions influence on social behavior in Drosophila melanogaster, this thesis fits with this problematic and focus on the parameters which could explain the social behavior variations. In this research work, we studied and highlighted the existence of social behavior in Drosophila like learning and using social information in a spatial learning task, aggregation behavior and numerous social interactions. These behaviors are the first step before more sociality and their study with no-social species is essential to understand the evolution toward more sociality. The use of two lines from genetic polymorphism of the foraging gene (Rover and Sitter phenotypes) reveals differences in behavior between individuals and enable us to study the influence of genetic and environment parameters. Sitter individuals show more social behavior than Rover ones, using more social information and adopting more aggregation behavior. Variation of the genetic composition of the group influence the aggregation level of Rover individuals. They show more gregarious behavior with majority of Sitter individuals. These observations raise the question of the effects of the information source variations on the social behavior and their implication in interactions variations. The last part of this thesis focuses on the interactions between individuals in 12 different populations of Drosophila melanogaster. This approach revealed an important variation in social organization within species and opens new perspectives to study the evolution of sociality.This research bring new elements on factors influencing the change in social behavior and highlight new perspectives for the study of their evolution.

Durant cette thèse, nous avons cherché à (1) déterminer le rôle du climat et de facteurs biotiques associés à celui-ci dans la sélection d'adaptations locales chez des parasitoides de drosophiles (2) comprendre comment la plasticité phénotypique des traits d'histoire de vie a évolué en réponse à l'environnement et aux stratégies de maturation de ces organismes. Contrairement aux consommateurs primaires pour lesquels la température d'origine affecte directement l'évolution des histoires de vie, il semblerait que les facteurs biotiques dépendants du climat comme la distribution des hôtes et la compétition interspécifique soient le moteur principal de la sélection naturelle chez les parasitoides. La distribution des hôtes expliquerait les très fortes variations géographiques observées sur des échelles fines, comme l'existence de populations proovogéniques ou synovogéniques au sein d'une même espèce, ainsi que de populations capables ou non de lipogenèse à l'age adulte. Cette dernière variation aurait notamment affecté les compromis entre traits et l'évolution du taux de métabolisme. La force de la plasticité phénotypique présente également de fortes variations géographiques. Celles-ci peuvent être attribuées à la variabilité de l'environnement d'origine et non aux histoires de vie des organismes. Prédire l'évolution des parasitoides en réponse au réchauffement global nécessite donc d'intégrer non pas seulement un effet direct du climat, mais également les facteurs biotiques et la variabilité environnementale associés au climat.

Les symbioses eucaryotes/micro-organismes constituent une importante source d’innovation évolutive et de diversité écologique. Ces associations sont très répandues chez les insectes, en particulier chez les insectes parasitoïdes (insectes parasites d’autres insectes) qui hébergent en particulier une grande diversité de virus transmis verticalement. Leurs effets directs sur les parasitoïdes ainsi que les effets indirects sur la structure des communautés sont à l’heure actuelle mal compris. Nous avons abordé ces questions au travers l’étude d’un virus héritable (LbFV) ayant la particularité de manipuler le comportement de superparasitisme de son hôte, l’hyménoptère parasitoïde de drosophiles Leptopilina boulardi. La mise au point d’un outil moléculaire diagnostic de l’infection nous a permis de montrer que ce virus, spécifique à L. boulardi, peut atteindre de fortes prévalences dans les populations d’hôtes. Nous avons également mis en évidence un effet de la présence du virus sur les interactions compétitives interspécifiques au sein de la communauté des parasitoïdes de drosophiles. L’approche intégrée de ce travail constitue une étape importante dans la connaissance du rôle des virus héritables sur l’écologie et l’évolution de leurs hôtes / Eukaryots/microorganisms symbiosis is an important source of evolutionary novelty and ecological diversification. These associations are widespread in insects, particularly in parasitoids (insects that parasitize other insects) where a broad diversity of vertically transmitted viruses are found. However, their direct and indirect effects on host community are poorly understood. In this thesis, we used a system involving a Drosophila parasitoid, Leptopilina boulardi and a heritable virus LbFV that manipulates the behaviour of the parasitoid by increasing its tendency to lay eggs in a host that is already parasitized (superparasitism). Using a viral molecular marker developed in this work, we showed very high prevalences of the virus in L. boulardi populations. Additionally, we found a strong effect of the virus on interspecific competition in the Drosophila parasitoid community. The integrative approach of this work is an important step in understanding the role of heritable viruses in parasitoid ecology and evolution

Plus de 150 années de recherches sur les Microsporidies ont conduit à une connaissance relativement basique de divers aspect de leur biologie. Malgré cela, peut d’informations existent concernant la génétique et les mécanismes moléculaire des interactions hôte-pathogène qui gouvernent les infections aux Microsporidies.Dans un premier temps, je décris comment détecter, traiter et éradiquer les infections microsporidiales avec Tubulinosema ratisbonensis dans des lignées de Drosophila melanogaster. Jusqu’à présent, les connaissances concernant les défenses de l’hôte chez la drosophile contre les parasites intracellulaire obligatoires restent incomplète due au manque d’un bon modèle d’infection. De ce fait, j’ai développé des modèles d’infection de D. melanogaster par la microsporidie T.ratisbonensis, à la fois en culture cellulaire et drosophiles adultes. Mes travaux sur le modèle d’infection cellulaire englobent des approchent en transcriptomique et métabolomique qui analysent les deux cotées de cette relation hôte-pathogène. En fin, je présente les fonctions biologiques des glycosylphosphatidyl inositoles de Toxoplasma gondii. / More than 150 years of Microsporidia research led to a basic understanding of many aspects of microsporidial biology, yet little is known about the genetic basis and molecular mechanisms of the intimate host-parasite relationship that govern Microsporidia infections.Here, I first report on the detection, prophylaxis, and eradication measures against microsporidial infestations with Tubulinosema ratisbonensis, infecting cultures of Drosophila melanogaster. To date,knowledge about Drosophila host defense against obligate intracellular parasites remained incomplete for lack of good infection models.To this end, I have developed infection models of Drosophila by the microsporidian T. ratisbonensis,both in cell lines and in adults. The work on the cellular infection model encompasses transcriptomics and metabolomics approaches, which aim to attempt both sides of the host-pathogen equation. Finally, I report on the biological roles of glycosylphosphatidyl inositols of Toxoplasma gondii.

Cette thèse de doctorat s’inscrit dans le développement et l’utilisation de méthodes mathématiques et informatiques qui exploitent les données temporelles d’expression des gènes issues de puces à ADN afin de rationaliser et de modéliser les réseaux de régulation génique. Dans cette optique, nous nous sommes principalement intéressés aux données d’expression des gènes de la drosophile (Drosophila melanogaster) pendant son développement, du stade embryonnaire au stade adulte. Nous avons également étudié des données concernant le développement d’autres eucaryotes supérieurs, la réponse d’une bactérie soumises à différents stress et le cycle cellulaire d’une levure. Ce travail a été réalisé selon trois volets principaux :la détection des stades de développement et des perturbations, les classifications de profils d’expression et la modélisation de réseaux de régulation.<p><p>Premièrement, l’observation des données d’expression utilisées nous a conduits à approfondir l’étude des phénomènes survenant lors des changements de stades de développement de la drosophile. Dans ce but, deux méthodes de détection automatique de ces changements ont été développées et appliquées aux données temporelles disponibles sur le développement d’eucaryotes supérieurs. Elles ont également été appliquées à des données temporelles relatives à des perturbations externes de bactéries. Cette étude à montré qu’une formulation mathématique simple permettait de retrouver les instants expérimentaux où une perturbation ou un changement de stade de développement est observé, à partir uniquement des profils d’expression. Par ailleurs, la réponse à une perturbation externe s’avère non distinguable d’une succession de stades de développement, sur la base des seuls profils temporels d’expression.<p><p>Deuxièmement, en raison des dimensions du problème constitué par les données d’expression de plusieurs milliers de gènes et de l’impossibilité de distinguer le rôle dans la régulation des gènes qui présentent des profils d’expression similaires, il s’est avéré nécessaire de classifier les gènes selon leurs profils d’expression. En nous basant sur les résultats obtenus lors de la détection des stades de développement, la démarche suivie est de regrouper les gènes qui présentent des profils temporels d’expression aux comportements similaires non seulement au cours de la série temporelle complète, mais également dans chacun des stades de développement. Dans cette optique, trois distances ont été proposées et utilisées dans une classification hiérarchique des données d’expression de la drosophile.<p><p>Troisièmement, des structures de modèles linéaires et non linéaires ainsi que des méthodes d’estimation et de réduction paramétriques ont été développées et utilisées pour reproduire les données d’expression du développement de la drosophile. Les résultats de ce travail ont montré qu’avec une structure de modèle linéaire simple, la reproduction des profils expérimentaux était excellente et que, dans ce cas, le réseau de régulation génique de la drosophile pouvait se contenter d’une faible connectivité (en moyenne 3 connexions par classe de gènes) et ce, sans hypothèse a priori. Toutefois, les modèles linéaires ont ensuite sérieusement été remis en question par des analyses de robustesse aux perturbations paramétriques et de stabilité des profils après extrapolation dans le temps. Dès lors, quatre structures de modèles non linéaires et cinq méthodes de réduction paramétrique ont été proposées et utilisées pour concilier les critères de reproduction des données, de robustesse et de stabilité des réseaux identifiés. En outre, ces méthodes de modélisation ont été appliquées à un sous-ensemble de 20 gènes impliqués dans le développement musculaire de la drosophile et pour lesquels 36 interactions ont été validées expérimentalement, ainsi qu’à des profils synthétiques bruités. Nous avons pu constater que plus de la moitié des connexions et non-connexions sont retrouvées par trois modèles non linéaires. Les résultats de cette étude ont permis d’éliminer certaines structures de modèle et méthodes de réduction et ont mis en lumière plusieurs directions futures à suivre dans la démarche de modélisation des réseaux de régulation génique. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L'objectif de ce travail est de développer et d'évaluer des approches méthodologiques pour la<p>prédiction de séquences cis-régulatrices. Ces approches ont été intégrées dans la suite logicielle<p>RSAT (Regulatory Sequences Analysis Tools). Ces séquences jouent un rôle important dans la<p>régulation de l'expression des gènes. Cette régulation, au niveau transcriptionnel, s'effectue à<p>travers la reconnaissance spécifique entre les facteurs de transcription et leurs sites de fixation<p>(TFBS) au niveau de l'ADN.<p>Nous avons développé et évalué une série d'outils bioinformatiques qui utilisent les matrices<p>position-poids pour prédire les TFBS ainsi que les modules cis-régulateurs (CRM). Nos outils<p>présentent l'avantage d'intégrer les différentes approches déjà proposées par d'autres auteurs tout<p>en proposant des fonctionnalités innovantes.<p>Nous proposons notamment une nouvelle approche pour la prédiction de CRM basé sur la<p>détection de régions significativement enrichies en TFBS. Nous les avons appelés les CRER (pour<p>Cis-Regulatory Elements Enriched Regions). Un autre aspect essentiel de toute notre approche<p>réside dans le fait que nous proposons des mesures statistiques rigoureuses pour estimer<p>théoriquement et empiriquement le risque associé aux différentes prédictions. Les méthodes de<p>prédictions de séquences cis-regulatrices prédisent en effet un taux de fausses prédictions<p>généralement élevé. Nous intégrons un calcul des P-valeurs associées à toutes les prédictions.<p>Nous proposons ainsi une mesure fiable de la probabilité de faux positifs.<p>Nous avons appliqué nos outils pour une évaluation systématique de l'effet du modèle de<p>background sur la précision des prédictions à partir de la base de données de TRANSFAC. Nos<p>résultats suggèrent une grande variabilité pour les modèles qui optimisent la précision des<p>prédictions. Il faut choisir le modèle de background au cas par cas selon la matrice considérée.<p>Nous avons ensuite évalué la qualité des matrices de tous les facteurs de transcription de<p>drosophile de la base de données ORegAnno, c'est à dire leur pouvoir de discrimination entre les<p>TFBS et les séquences génomiques. Nous avons ainsi collecté des matrices des facteurs de<p>transcription de drosophile de bonne qualité.<p>A partir des matrices de drosophile que nous avons collectées, nous avons entamé une analyse<p>préliminaire multi-genome de prédictions de TFBS et de CRM dans la région de lʼenhancer dorsocentral<p>(DCE) du complexe achaete-scute de drosophile. Les gènes de ce complexe jouent un<p>rôle important dans la détermination des cellules système nerveux périphérique de drosophile. Il a<p>été prouvé expérimentalement qu'il existe un lien direct entre le phénotype du système nerveux<p>périphérique et les séquences cis-régulateurs des gènes de ce complexe.<p>Les outils que nous avons développés durant ce projet peuvent s'appliquer à la prédiction des<p>séquences de régulation dans les génomes de tous les organismes. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished