Plus de 800000 inséminations artificielles ovines en semence fraîche sont réalisées chaque année en France. Pour rester performants, les centres d'insémination ovins sont intéressés par une augmentation du nombre de doses utiles à l'insémination qu'un bélier peut produire (fonction du volume, de la concentration et de la motilité du sperme) et par une amélioration de la probabilité de réussite de l'insémination. Pour répondre à ces attentes, l'objectif de l'étude était d'estimer les facteurs environnementaux et génétiques de la production de semence et de la réussite de l'insémination en utilisant les méthodologies les mieux adaptées à la structure des données et à la spécificité des caractères étudiés. Les données des six principaux CIA ovins français, qui effectuent 96\% des IA françaises, ont servi aux analyses. Les données de production de semence étaient caractérisées par le nombre de répétitions des mesures intra et inter-année pour chaque bélier. Nous avons tenu compte de ces répétitions en ajustant dans un premier temps un modèle à répétabilité simple sur les données. Dans un deuxième temps, pour tenir compte de l'évolution de la corrélation entre mesures dans le temps, nous avons appliqué un modèle ''character process'' comportant trois effets environnementaux aléatoires: une environnement à long terme, un à court terme et la résiduelle. Dans pratiquement tous les cas, le modèle s'ajustant le mieux aux données était le modèle ''character process'' de processus spatial exponentielle pour l'environnement à court terme et autoregressive d'ordre 1 pour l'environnement à long terme. Les résultats obtenus étaient cohérents entre les races de l'étude et avec la littérature. Les principaux facteurs de variation de la production de semence retenus sont la combinaison année*saison, l'âge du bélier, l'intervalle de temps entre collectes et le nombre de sauts effectués par l'animal au moment de la collecte. Les héritabilités estimées sont moyennes (0.12 à 0.33) pour le volume, la concentration et le nombre de spermatozoïdes et plus faible pour la motilité (de 0.02 à 0.14). La réussite de l'insémination est mesurée en ovin par une variable binaire codée 1 si il y a mise-bas sur IA et 0 sinon. Elle est le résultat de la combinaison entre la fertilité de la femelle et la fécondance du mâle. Nous avons réalisé une première analyse conjointe des deux caractères en supposant que les effets génétiques et environnementaux du mâle et de la femelle s'associaient de manière additive (modèle additif). Les résultats obtenus étaient cohérents entre races et avec la littérature. Les principaux facteurs de variation de la réussite de l'IA étaient la combinaison année*saison, l'âge de la femelle, l'intervalle de temps avec la mise bas précédente, la motilité de sperme, l'inséminateur et la combinaison élevage*année. L'héritabilité de la fertilité femelle était faible (4 à 8\%), celle de la fécondance mâle était inférieure à 0.5\%. Pour être plus en adéquation avec les processus biologiques sous-jacent de la reproduction, nous avons considéré une autre modélisation conjointe: le modèle produit. Ce dernier considère qu'il existe deux phénotypes binaires sous jacent indépendants, la fécondance mâle et la fertilité femelle, et qu'il n'y a réussite de l'IA que si il y a réussite pour ces deux phénotypes. La probabilité de réussite de l'IA est le produit des probabilités de réussite des deux phénotypes non observés. Nous avons testé ce modèle sur des données simulées et montré qu'il était possible d'obtenir de bonnes estimations des paramètres. En revanche, appliquer un modèle additif alors que les données proviennent d'un modèle produit fournit des estimations biaisées, notamment pour les hautes valeurs génétiques. Nous avons réalisé une première application du modèle produit sur les données réelles. Enfin, nous avons estimé la corrélation génétique entre la fertilité femelle et la production laitière. Nous avons obtenus une corrélation génétique antagoniste similaire à ce qui a été reporté en bovin (-0.23).

Les changements environnementaux actuels entrainent des modifications importantes dans les pressions de sélection qui agissent sur les populations naturelles. Cependant, la capacité de réponse des populations à ces modifications et l’importance relative des différents mécanismes comme la plasticité phénotypique et les changements de la composition génétique des populations restent encore trop peu connus. L’objectif général de ma thèse était donc d’évaluer les rôles de la plasticité phénotypique et de la variation génétique sur le potentiel évolutif en population naturelle. Pour ce faire, j’ai utilisé comme modèle d’étude l’Hirondelle bicolore (Tachycineta bicolor), un passereau migrateur qui est suivi dans le Sud du Québec depuis 2004 dans un environnement hétérogène. Dans un premier temps (chapitre 2), j’ai évalué les déterminants environnementaux de la date de ponte et évalué leurs effets à des niveaux individuels et populationnels de plasticité phénotypique. Comme observé chez de nombreuses espèces aviaires, la température avait un effet important sur la synchronisation de la ponte, similaire au niveau individuel et populationnel, avec les dates de ponte plus hâtive lorsque les températures étaient plus chaudes. Par contre, ces relations semblaient contraintes par la densité locale d’hirondelles, considérée dans ce système d’étude comme un indice de la qualité de l’environnement. Plus précisément, les réponses plastiques à la température étaient moins prononcées à faible densité, c’est-à-dire dans les habitats plus contraignants. Ces résultats suggèrent donc que malgré la présence de plasticité phénotypique chez une espèce donnée, son efficacité pour pallier les changements climatiques peut être inégale entre les populations. Dans un deuxième temps (chapitre 3), je me suis intéressée à 4 gènes candidats liés à la phénologie (CLOCK, NPAS2, ADCYAP1 et CREB1) montrant de la variation de type courtes répétitions en tandem, et à leur relation avec deux traits phénologiques, la date de ponte et le temps d’incubation. Ces analyses ont montré plusieurs relations entre la variation observée à ces gènes et celle des traits phénologiques étudiés, dans la plupart des cas en interaction avec des variables environnementales (densité locale, latitude ou température printanière). Par exemple, les femelles avec en moyenne des allèles plus courts au gène CLOCK pondaient plus tôt que celles avec des allèles plus longs, une relation plus marquée à densité locale élevée. Les différents résultats suggèrent l’importance que peuvent prendre les interactions génotype-environnement, qui sont rarement prises en compte dans les études de gènes candidats, et qui pourraient expliquer une partie des résultats discordants entre les celles-ci. Dans un troisième temps (chapitre 4), j’ai vérifié la faisabilité d’une étude en génétique quantitative avec les données récoltées dans le système d’étude utilisée, caractérisé par un fort taux de reproduction hors couple et un faible recrutement des oisillons. Plus précisément, j’ai testé à l’aide de données empiriques et simulées la précision et l’exactitude des estimations d’héritabilité et de corrélations génétiques pour trois types de traits, morphologiques, reproducteurs et d’oisillons. Les résultats suggéraient un manque de précision important pour les traits morphologiques et reproducteurs, de même que des biais considérables lors de l’utilisation du pédigrée social plutôt que du pédigrée génétique. Ces analyses révèlent entre autres l’utilité des simulations pour tester adéquatement la faisabilité d’une étude en génétique quantitative sur une population donnée. Dans une dernière étude (chapitre 5), j’ai documenté les effets de l’hétérogénéité environnementale et de l’utilisation de différentes approches de génétique quantitative sur les prédictions de réponses évolutives en population naturelle. Plus particulièrement, cette étude s’est concentrée sur trois traits morphologiques (masse, longueur de l’aile et du tarse) mesurés à différents moments au cours du développement des oisillons. Les différentes analyses ont montré une sélection plus forte à faible densité locale pour la masse à 12 jours ainsi que des variations dans les composantes de variances phénotypiques selon la qualité de l’environnement (densité locale faible ou élevée) pour la plupart des combinaisons trait-âge étudiées. Il en résultait une tendance à des réponses évolutives prédites plus grandes à faible densité locale. Par contre, les prédictions obtenues avec l’équation du reproducteur et le second théorème de la sélection différaient fréquemment, et contrastaient grandement avec les tendances phénotypiques observées. En somme, les résultats de ma thèse suggèrent que les possibilités d’ajustement aux changements environnementaux par la plasticité phénotypique et d’adaptation par des changements génétiques entre les générations peuvent varier selon l’environnement expérimenté par une population. Mes recherches contribuent à une meilleure compréhension des facteurs et mécanismes influençant la persistance à long terme des populations naturelles face aux modifications dans les pressions de sélection.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

En forêt tropicale humide Amazonienne, les facteurs gouvernant l'évolution des espèces d'arbres restent peu connus et continuellement débattus. En particulier, les micro-variations environnementales attirent beaucoup d'attention car elles induisent de profondes modifications de structure et composition des communautés. Les variations micro-environnementales associées à la topographie ont couramment été évoquées comme facteur de radiations adaptatives chez les espèces d'arbres. Cependant, l'hypothèse de l'adaptation locale n'a jamais été testée au niveau intra-spécifique chez les arbres de forêt amazonienne alors que l'on sait que la diversité génétique des arbres tropicaux est couramment structurée à faibles échelles spatiales par des processus neutres (en particulier du fait de restrictions de flux de gènes). Dans cette étude, j'ai étudié le processus de différentiation génétique d'une espèce d'arbre (Eperua falcata, Fabaceae) dans les paysages forestiers de Guyane française grâce à la combinaison d'une approche phénotypique (génétique quantitative) et d'une approche moléculaire (génétique des populations). Je me suis attachée à répondre à trois questions principales : 1) Comment se distribue la diversité génétique dans les paysages forestiers de Guyane française ? 2) Quelles forces évolutives sont impliquées dans le processus de différentiation génétique à faible échelle spatiale ? 3) Est-ce que le processus d'adaptation locale contribue à structurer la diversité génétique à faible échelle spatiale ? / In the tropical rainforest of Amazonia, the factors driving the evolution of tree species remain poorly understood, and the relative influence of neutral and adaptive processes is continuously debated. In particular, local habitat patchiness draws much attention, as profound changes in the structure and composition of forest communities occur among micro-habitats. Thus, micro-environmental variations related to topography have frequently been invoked as drivers of adaptive radiation leading to sympatric speciation in Neotropical trees. On one hand, the hypothesis of local adaptation has never been investigated at the intra-specific level, i.e. within species currently undergoing population differentiation; on the other hand, many tree species are genetically structured over local scales due to neutral processes, mainly limited gene flow (caused by restricted pollen and seed dispersal). In this study, I used populations of a common tree species of the Guiana Shield - Eperua falcata (Fabaceae) - to study how neutral and adaptive processes shape the distribution of genetic diversity across forest landscapes characterized by local micro-habitat patchiness. I asked three main questions by combining both phenotypic (quantitative genetics) and molecular (population genetics) approaches: 1) How is the genetic diversity structured in forest landscapes of French Guiana? 2) Which evolutionary drivers are relevant to explain the structure of genetic diversity at local scale? 3) Does local adaptation contribute to structure genetic diversity within continuous populations?

Le potentiel évolutif des populations naturelles à répondre aux changements environnementaux détermine leur capacité à s'adapter et à survivre. Pour achever une évolution adaptative, la fitness doit être héritable, i.e. doit être transmise des parents à leurs descendants par des gènes. Pour pouvoir mesurer le potentiel évolutif d'une population en milieu naturel, il est primordial d'avoir au préalable des informations sur la fitness des individus qui la composent, mais aussi de connaître la fitness de leurs descendants. Les mesures de fitness sont extrêmement rares, en particulier pour les espèces marines, où les relations entre les générations sont rarement connues. Dans cette thèse, je présente le premier pedigree construit pour une population de poissons marins sur la base du suivi génétique mené depuis plus de 10 ans sur les poissons-clowns orange de l'île de Kimbe (Papouasie-Nouvelle Guinée). Le pédigrée comprend 2927 individus et révèle une philopatrie natale sur 5 générations. L'approche en génétique quantitative révèle que la fitness locale a une très faible valeur d'héritabilité (<1%). La variation génétique additive et les effets maternels sont également très faibles (<1%). En revanche, l'habitat est le principal facteur qui explique les différences de fitness locale observées entre les individus (jusqu'à 96,5%). Ensemble, ces résultats suggèrent que, bien que l'environnement impose une forte pression de sélection sur la fitness locale, la population de poissons-clowns orange a un très faible potentiel d'évolution face aux changements environnementaux. / The evolutionary potential of wild populations to respond to environmental change will determine their capacity to adapt and survive. However, in order to achieve evolutionary change, variation in the contribution of an individual to the next generation — its fitness — must have a genetic basis and be heritable. The study of the evolutionary potential of populations requires longitudinal and relatedness data with different environments to partition the contribution of genes, maternal effects and environment on fitness. Estimates of genetic heritability of fitness traits are extremely rare, especially for marine species, where inter-generational relationships are rarely known. Here, we present the first multi-generational pedigree for a marine fish population by repeatedly genotyping all individuals in a population of the orange clownfish (Amphiprion percula) at Kimbe Island (Papua New Guinea) over a 10-year period. Based on 2927 individuals, our pedigree analysis revealed that longitudinal philopatry was recurrent over five generations. We show that local reproductive success has a very low (<1%) but significant heritability. We also show that additive genetic variation and maternal effects on local fitness are both extremely low (<1%). Habitat is the major driver that explain differences in the contribution of individuals to the next generation in the local population (until 96.5%). Together these results suggest that while the environment imposes strong selection pressures on the local fitness, the low heritability indicates the orange clownfish population has little evolutionary potential to adapt to local environmental changes.

Le but de ma thèse est de développer des méthodes statistiques permettant d'estimer la position des gènes qui influencent l'expression d'un caractère à valeurs continues (QTL). Je propose d'abord un algorithme numérique permettant d'approcher la densité de transition des fréquences d'haplotypes sous un modèle de diffusion à deux loci avec recombinaison. Je montre aussi que cette méthode peut être utilisée pour calculer la vraisemblance de la position d'un gène. Je présente ensuite une méthode de cartographie de QTL par maximum de vraisemblance. Je calcule la vraisemblance à l'ordre 1 en utilisant l'espérance des fréquences d'haplotypes sous un modèle de Wright-Fisher à 3 loci avec recombinaison, dont je dérive une expression approchée. Je m'intéresse enfin au problème de la détection de QTL dans le cas de populations structurées. J'étudie la loi asymptotique du Transmission Desequilibrium Test (TDT) et en déduis des résultats concernant son erreur de première espèce et sa puissance

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Le contrôle génétique et l'environnemental de l'angle des microfibrilles (MFA), les corrélations génétiques du MFA avec d'autres caractères du bois et de croissance, et par conséquent les implications pour la sélection sont très peu documentés pour les Eucalyptus. Les objectifs de cette étude étaient d'établir la variation spatiale du MFA, de la densité du bois (ρ) et de sa rigidité (E); de déterminer les relations entre MFA et propriétés du bois et enfin d'estimer le contrôle génétique et environnemental des caractères du bois et de la croissance dans le cadre de tests clonaux et de test de descendances d'Eucalyptus au Brésil et au Congo. Méthodes classiques, résonance, diffraction des rayons-X et la spectroscopie proche infrarouge ont été combinées pour évaluer les propriétés du bois. La variation du MFA représente 44% de la variation du module spécifique (E/ρ) du bois. La densité du bois est le principal déterminant de la rigidité et de la résistance du bois alors que le MFA joue un rôle secondaire. Les estimations de l'héritabilité sont de modéré à élevées pour le MFA, ρ, E, la lignine de Klason (KL) et les caractères de croissance, selon la position spatiale et le dispositif expérimental. Le contrôle génétique du MFA, ρ et E et leurs corrélations génétiques avec KL et la circonférence à 1.3 mètre des arbres varient avec l'âge. Les résultats suggèrent que les arbres à forte croissance sont génétiquement plus aptes à produire du bois de faible densité et un MFA plus faible pour assurer la rigidité du bois nécessaire à leur développement. La plupart des propriétés du bois sont génétiquement corrélées négativement avec la croissance, bien que corrélations génétiques favorables entre propriétés du bois sont observés. Les corrélations génétiques et environnementales sont parfois de signes opposés selon les caractères considérés. Ceci peut s'expliquer par l'effet pléiotropique des gènes et/ou par le déséquilibre de liaison. Les conséquences de ces résultats sur les stratégies de sélection sont discutées selon l'usage final du bois d'Eucalyptus. / The genetic and environmental control of microfibril angle (MFA), the genetic correlations with other wood and growth traits, and therefore the implications for selection are poorly documented for Eucalyptus. Thus, the objectives of this study were to determine the spatial variation of the MFA, wood density (ρ) and stiffness (E); to determine the relationship between MFA and wood traits and finally to estimate the genetic and environmental control of wood and growth traits from clonal and progeny tests of Eucalyptus in Brazil and Congo. Conventional methods, resonance, X-ray diffraction and spectroscopy were combined to evaluate the wood properties. MFA variation accounted for 44 percent of the variation in specific modulus (E/ρ) of wood. The ρ was the prime determinant on wood stiffness and strength while the MFA played a secondary role. The heritability estimates were moderate to high for the MFA, ρ, E, Klason lignin (KL) and growth traits according to the spatial position and the experimental design. Genetic control of the MFA, ρ and E and their genetic correlations with KL and circumference of 1.3 meters of trees varied with age. The results suggest that tree with potential to grow fast are genetically more likely to produce low ρ and also to decrease the MFA for ensuring stiffness required for their development. Most wood properties were genetically negatively correlated with growth, although favorable genetic correlations between many wood traits were observed. Genetic and environmental correlations were sometimes of opposite signs according to the considered trait. This can be explained by the pleiotropic effect of genes and / or linkage disequilibrium. The implications of these findings for selection strategies are discussed according to the final use of Eucalyptus wood.

La hernie est une maladie racinaire affectant les Brassica, causée par Plasmodiophora brassicae. Le déploiement de variétés présentant des facteurs génétiques de résistances est le moyen de lutte principal contre cette maladie. Toutefois, l’efficacité de ces variétés résistantes dans les nouveaux systèmes d’agriculture durable, à bas intrant azoté, est encore à évaluer. Dans ce contexte, les questions de recherche posées dans cette thèse sont les suivantes : i) La modulation de la résistance à la hernie par la réduction de l’apport azoté est-elle génotype/isolat dépendante ? ii) Y-a-t-il un effet de la réduction des apports azotés sur l’architecture génétique de la résistance à la hernie chez le colza ? iii) Quels sont les réponses transcriptomiques et métabolomiques impliquées dans la réduction du développement des symptômes en condition de carence azotée ? Le criblage de la réponse de nombreux génotypes de colza vis-à-vis de plusieurs isolats de P. brassicae a été réalisé dans deux conditions de fertilisation azotée (8 mM et 1 mM de nitrate). Basé sur ces expériences, le contrôle génétique du développement des symptômes et de la production des spores de repos lors de l’infection par deux isolats (eH et K92-16) a été étudié par génétique de liaison chez une population biparentale et par génétique d’association chez un panel de colza d’hiver. Enfin, les réponses moléculaires impliquées dans la réduction du développement des symptômes observée chez le génotype ‘Yudal’ en condition 1mM ont été étudiées par des méthodes de RNA-seq et de métabolomique. L’impact de la fertilisation azotée sur la quantité de symptômes et la production de spores de repos est variable selon la combinaison génotype/isolat. Les modulations observées entraînent une augmentation de la résistance en condition 1mM. La fertilisation azotée module également l’effet (R2) de certains des Quantitative Trait Loci (QTL) impliqués dans la résistance. Dans le cas de l’isolat eH, elle affecte principalement l’effet des QTL C09 et C02. L’augmentation de résistance observée chez le génotype ‘Yudal’ en condition 1mM, vis-à-vis de l’isolat eH, semble liée à la surexpression de gènes impliqués dans l’assimilation des nitrates (famille NRT2) et dans le transport de l’auxine. / Clubroot is a Brassica root disease caused by Plasmodiophora brassicae. The use of varieties including genetic resistance factors is the most efficient strategy to manage clubroot disease. However, efficiency of these resistant varieties newly integrated in low-input agricultural systems (especially low nitrogen input) needs to be evaluated. In this context, the research questions investigated in this thesis are: i) Is clubroot resistance modulation by nitrogen fertilization genotype/isolate dependent? ii) Is there an effect of nitrogen fertilization reduction on the genetic architecture of clubroot resistance in rapeseed? iii) What are the transcriptomic and metabolomic responses implicated in symptom reduction under low nitrogen fertilization? To answer these questions, clubroot responses of several rapeseed genotypes were screened using different P. brassicae isolates under two nitrogen fertilizations (8mM and 1mM of nitrate). Based on this experiment, genetic control of symptom development and resting spore production during inoculation using two isolates (eH and K92-16) was studied by linkage analyses using a bi-parental population and by genome wide association using a winter rapeseed diversity set. Last, molecular responses implicated in symptom development, observed in ‘Yudal’ genotype under 1mM condition, were studied using RNA-seq and metabolomic methods. We revealed that impact of nitrogen fertilization on symptom quantity and resting spore production are dependent to genotype/isolate combination. Modulations observed were characterized by an increase of resistance under 1mM condition. Additionally, nitrogen fertilization modulates also the effect (R²) of some Quantitative Trait Loci implicated in clubroot resistance (QTL). Using eH isolate, nitrogen fertilization principally impacts C09 QTL and C02 QTL effects. Ultimately, increase of resistance observed on ‘Yudal’ genotype under 1mM condition, using eH isolate, seems to be related with overexpression of genes implicated in nitrate assimilation (NRT2 family) and auxin transport.