En milieu naturel, la vie en société implique que de nombreuses actions, activités ou décisions soient réalisées en groupe. Dans la littérature, nous retrouvons un certain nombre de définitions concernant ces décisions collectives, mais très peu de travaux se sont intéressés aux mécanismes gouvernant l'apparition de ces formes de coopération. En particulier, l'étude d'espèces d’arthropodes sociaux ou grégaires a été délaissée au profit des espèces eusociales et des groupes de vertébrés. <p><p>Ce travail de thèse repose sur un ensemble d'expériences et de modélisations destinées à approfondir notre compréhension des mécanismes gouvernant les décisions collectives chez les insectes grégaires. Pour mener à bien ce travail, nous avons quantifié les réponses individuelles et collectives chez la blatte Periplaneta americana, dans un milieu caractérisé par la présence de sites de repos (de qualité identique ou différente). Il s'agit de comprendre et de caractériser les différentes dynamiques qui, sur base des préférences individuelles pour les différents sites de repos et des interactions sociales, permettent à l'échelle de la population l'émergence d’un choix collectif, et au niveau individuel, à l’exploitation optimale de son environnement. <p><p>Nos résultats ont montré que malgré l'absence de communication ou de perception à longue distance (ex :orientation visuelle, phénomènes de suivi de piste), sans comparaison ni connaissance parfaite du milieu (ex :la localisation et le nombre d’abris ou de congénères) les blattes sont capables de discriminer collectivement entre des alternatives spatialement dispersées et de faire le meilleur choix (associé au maintien de la cohésion). Ce phénomène de choix collectif est un sous-produit des différentes dynamiques agrégatives gouvernées par les compétitions entre processus d’amplification et permet au groupe de résoudre un problème qui est au-dessus des capacités individuelles. Dans nos expériences, cela se manifeste par une double augmentation en fonction de la taille du groupe: (1) un individu tend à s'installer plus souvent dans un site de repos et (2) un individu a plus de chances de se retrouver sous le site de repos optimal. Une analyse plus fine des comportements individuels, rendue possible par l'utilisation de la RFID, a montré qu’au sein des blattes, deux stratégies existaient: les initiateurs et les explorateurs. Enfin, l'utilisation de robots (sociétés mixtes blattes/robots) nous a permis de valider notre modèle théorique mais aussi d’introduire artificiellement des conflits d'intérêt entre les membres du groupes :la présence de ces individus clefs peut modifier la réponse collective de manière dramatique.<p><p>Après avoir comparé nos travaux avec la littérature actuelle, nous avons discuté de la valeur générique de tels processus agrégatifs, prérequis essentiel pour la coordination et la synchronisation des activités des individus. L'agrégation constitue une des conditions nécessaires et indispensables à l'apparition d’une vie sociale permettant le développement d’une coopération plus élaborée.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Spiroplasma citri est un mollicute phytopathogène transmis de plante à plante par des cicadelles du genre Circulifer selon un mode persistant circulant-multipliant. Les franchissements de l’épithélium intestinal et des glandes salivaires sont basés sur un mécanisme d’endocytose/exocytose. Ce processus d’invasion met en jeu, au sein de complexes protéiques, des protéines bactériennes spécifiques qui reconnaissent des motifs déterminés présents à la surface des cellules eucaryotes. La recherche de protéines de l’insecte vecteur interagissant avec S. citri a notamment conduit à l’identification de l’actine. Cette interaction a pu être confirmée à la fois in vitro et in vivo. L’interaction de l’actine avec son partenaire chez S. citri, qui s’est avéré être la phosphoglycérate kinase (PGK), est impliquée dans l’internalisation du spiroplasme dans les cellules de l’insecte. La région minimale de liaison à l’actine de la PGK a également été déterminée.La réalisation d’un mutant de S. citri dépourvu de PGK a été entreprise avec le plasmide navette pGOT mais n’a pas permis la sélection de spiroplasmes mutés dans ce gène essentiel. Néanmoins, la recherche de l’évènement de recombinaison chez les clones obtenus a permis de mettre en évidence la mutation de deux gènes chez ces derniers.L'ensemble des protéines impliquées dans la transmission du spiroplasme, identifiées au préalable chez ce dernier, n’étant pas essentielle au cours de ce processus, une étude préliminaire des complexes multi-protéiques contenant plusieurs de ces protéines a été réalisée. L’identification de complexes impliquant à la fois la PGK, la P32 et les ScARPs pourrait permettre de mieux comprendre les mécanismes régissant la vection de S. citri par son insecte. / Spiroplasma citri is a phytopathogenic mollicute transmitted from plant to plant by leafhoppers of the genus Circulifer in a persistent and propagative manner on condition to cross the intestinal and salivary glands barriers of the insect. These crossings are based on a endocytosis/exocytosis mechanism which involves bacterial protein complexes in order to recognize specific patterns on the surface of eukaryotic cells.Specific molecular interactions between S. citri proteins and those of C. haematoceps were investigated using far Western technology and had notably led to the identification of actin. This interaction has been confirmed both in vitro and in vivo. The interaction of actin with his partner in S. citri, which has been identified as the phosphoglycerate kinase (PGK), is involved in the internalization of spiroplasma into the insect cells. The minimal actin-binding region of PGK was also determined.The realization of a S. citri PGK mutant was carried out using the shuttle plasmid pGOT but the selection of spiroplasmas mutated in this essential gene failed. Nevertheless, findings in the localization of recombination events in S. citri chromosome, allowed us to identify mutations in two genes that could be tested in our experimental transmission system.The set of proteins involved in the spiroplasmal transmission, previously identified as non essential proteins in the invasion process, prompted us to study the role of multi-protein complexes containing several of these proteins. Identification of complexes involving both the PGK, the P32 and ScARPs should enable us to better understand mechanisms governing the transmission of S. citri by its insect.

Plusieurs insectes se développant dans des milieux nutritionnellement déficients vivent en symbiose durable avec des bactéries intracellulaires (endosymbiotes) qui complémentent leur alimentation et améliorent leur pouvoir adaptatif. Alors que ces associations ont été largement étudiées sur les plans physiologiques et évolutifs, peu de travaux se sont consacrés à l’étude des mécanismes impliqués dans la tolérance et le contrôle des endosymbiotes par l’hôte. L’objectif de cette thèse est d’étudier, chez les charançons des céréales du genre Sitophilus, les particularités moléculaires et immunitaires du bactériome, un organe que l’insecte développe pour héberger les symbiotes et les isoler de sa réponse immunitaire systémique. Le bactériome du charançon exprime une réponse immunitaire modulée : des études transcriptomiques ont montré que les effecteurs de l’immunité sont peu exprimés dans cet organe, à l’exception d’un gène codant un peptide antimicrobien, la coléoptéricine A. Cette dernière interagit avec les endosymbiotes et participe à leur confinement intracellulaire. Dans une première partie, j’ai montré avec une approche d’interférence à l’ARN que l’expression du gène colA serait contrôlée par un système original qui impliquerait les gènes relish et tollip. Cette régulation « interne » au bactériome semble assurer le maintien des endosymbiotes et l’homéostasie de l’organe. Afin de comprendre comment le bactériome répond à une infection par les bactéries exogènes, j’ai suivi par RT-qPCR l’expression de gènes effecteurs de l’immunité dans le bactériome après injection systémique de bactéries à Gram positif ou négatif. Ceci a mis en évidence une réponse « externe », induite en cas d’infection, et qui aurait un rôle de protection des endosymbiotes contre les bactéries exogènes. Enfin, je me suis consacré à l’étude des changements de régulation accompagnant le passage du stade larvaire au stade adulte, marqué par une symbiose très dynamique. Le nombre d’endosymbiotes augmente fortement pendant les premiers jours de vie imaginale, puis diminue jusqu’à leur élimination complète par recyclage autophagique. Une analyse RNAseq a permis d’identifier les voies de signalisation dont l’activité accompagne cette dynamique. Une approche de RT-qPCR a également montré que l’immunité du bactériome est maintenue à un faible niveau d’activation pendant tout le processus de recyclage. Ce travail montre qu’au cours de leur évolution, les insectes ont sélectionné plusieurs stratégies pour assurer le maintien et l’ajustement de leur charge endosymbiotique en fonction de leurs besoins physiologiques : une signalisation immunitaire assurerait le confinement intracellulaire des endosymbiotes, et un ensemble de processus cellulaires incluant l’apoptose et l’autophagie semble être en associé aux voies métaboliques pour assurer le contrôle de la dynamique bactérienne et garantir le compromis bénéfice/coût de la symbiose. / Many insect species living on nutritionally unbalanced media depend on intracellular mutualistic bacteria, called obligatory endosymbionts, for their development and reproduction. Endosymbionts are housed in specialized host cells called bacteriocytes, that group together to form the bacteriome organ. Although such associations have been widely investigated on a physiological and evolutionary point of view, little is known about the mechanisms involved in the tolerance and the control of endosymbionts by the host. This work aims at deciphering the molecular and immune specificities of the bacteriome using the model system Sitophilus oryzae, the cereal weevil, and its obligate endosymbiont Sodalis pierantonius. The weevil bacteriome expresses a modulated immune response: transcriptomic studies showed that immune effector genes were lowly expressed despite the massive bacterial presence, with the exception of colA, a gene encoding for Coleoptericin A, an antimicrobial peptide. Coleoptericin A interacts with endosymbionts and participates in their intracellular seclusion. In a first chapter, I used RNA interference to demonstrate that colA gene expression may be controlled by an original system involving the genes relish and tollip. This “internal” regulation for endosymbiont control seems to maintain bacteriome homeostasis. In a second chapter, in order to understand how the bacteriome responds to an infection by exogenous bacteria, I followed up by RT-qPCR the expression of immune effector genes in the bacteriome after injection of Gram positive and Gram negative bacteria. This highlighted an “external” immune response, inducible upon infections, which may enable endosymbiont protection against exogenous intruders. In a third and last chapter, I focused on the regulation changes that accompany the switch from the larval stage to the imaginal stage, the latter being characterized by a very dynamic symbiosis. Endosymbiont load drastically increases during the first days of imaginal life, then rapidly decreases until complete elimination of the bacteria by autophagic recycling. RNAseq analysis allowed the identification of signaling pathways linked to this dynamic. A complementary RT-qPCR approach also showed that bacteriome immunity was laid low during the whole recycling process. This work shows that several strategies have been selected during host-symbiont coevolution to ensure the maintenance of the endosymbionts and the adjustment of their population depending on the insects physiological needs: immunity allows the intracellular seclusion in the bacteriocytes, and cell processes including autophagy and apoptosis are associated to metabolic pathways to control the endosymbiotic dynamics and secure the cost and benefit trade-off of symbiosis.

Dans un contexte où l’utilisation de substance chimique en agriculture est de plus en plus décriée, il est nécessaire de trouver de nouveaux moyens de protections des cultures, tout en maintenant une agriculture économiquement performante. Ainsi, un peptide extrait de graines de pois nommée PA1b (Pea Albumin 1 sous-unité b), présentant une forte activité insecticide a été découvert au laboratoire. PA1b provoque chez l’insecte modèle du laboratoire, le charançon des céréales Sitophilus sp., 100% de mortalité. L’action de PA1b passe par la liaison à un récepteur présent chez les charançons sensibles, et cette liaison est absente chez les charançons résistants ; ce récepteur est une pompe à protons nommée V-ATPase pour Vacuolar ATPase. Elle est composée de 14 sous-unités organisées en deux complexes protéiques nommés V1 (intracellulaire) et V0 (membranaire). PA1b agissant à l’extérieur des cellules seul le complexe V0 composé des sous - unités a, c, d et e pouvait être le récepteur de notre toxine. Mon premier objectif de thèse a été de comprendre le mode d’action de PA1b, en identifiant d’abord la ou les sous-unités réceptrices de PA1b, puis en recherchant par quel mécanisme la liaison de PA1b induit la mort de l’insecte. Nous avons cloné chez le charançon tous les gènes du complexe Vo, puis j’ai complémenté des levures déficientes pour ces gènes. Ce travail, mais également celui réalisé en collaboration avec d’autres équipes, nous a permis de proposer un modèle de perception de PA1b qui implique les sous-unités c et e de la V-ATPase, et permet également de proposer des hypothèses pour les différentes résistances au peptide. Par des méthodes d’immunohistologie et de biochimie, j’ai ensuite montré de manière concordante que la liaison de PA1b à la V-ATPase déclenche un phénomène d’apoptose qui conduit à la mort cellulaire, puis à la mort de l’insecte. Le second objectif de ma thèse était la mise en place d’un système de production hétérologue de PA1b. Grâce à l’expression hétérologue par infiltration de feuille de tabac (Nicotiana benthamiana) nous avons mis en place une technique de production efficace de la protéine PA1b. Après avoir déterminé les parties du gène codant PA1b nécessaires à la production de la protéine fonctionnelle, le système de production a ensuite été simplifié par la construction d’une cassette d’expression. Ainsi six isoformes de PA1b présents chez le pois, dont l’activité individuelle restait inconnue, ont été produits et testés, permettant de montrer que le caractère amphiphile de PA1b était primordial pour son activité. Par cette technique nous avons mis en place un système de production rapide et efficace permettant de tester la toxicité de nombreux isoformes de PA1b. Ce travail sera une aide précieuse pour le projet, dont l’un des objectifs majeurs est l’optimisation de PA1b, c’est-à-dire de déterminer la séquence peptidique la plus toxique. / In a context where chemical pesticides are increasingly criticized, new crops protection strategies that do not affect agriculture efficiency and productivity, must be found. A new peptide extracted from pea (Pisum sativum) seeds, named PA1b (Pea albumin 1 subunit b), and showing an important insecticide activity, was discovered in our laboratory. PA1b induces 100% mortality in our insect model, the cereal weevil, Sitophilus sp. PA1b acts by interacting with a receptor, this interaction is present in sensitive weevil, but not present in resistant weevil. The PA1b receptor is the vacuolar H+ -ATPase (V-ATPase), a multi-subunit proton pump. The V-ATPase is composed of two functional protein complexes named V1 (in the cytoplasm) and V0 (in the membrane). As PA1b is known to act only in the extracellular space, thus only the V0 complex, composed on the subunits a, c, d and e, can be the toxin receptor. The first aim of this thesis is to understand the PA1b mode of action: (i) identifying the subunit(s) acting as the receptor(s), (ii) understanding how the binding mechanism of PA1b on the receptor lead to the insect death. The weevil V0 complex genes were cloned and we used them for a functional complementation tests in yeasts strains deleted for these genes. Our data, together with those obtained through collaboration, lead to the proposal of model for the PA1b perception signaling which would involve subunits c and e of the V-ATPase. The identification of the PA1b receptor allows us to propose a hypothetical model explaining resistance mechanism to the peptide. Using immunohistology and biochemistry methods, we showed that PA1b-receptor interaction induced cells death triggered by apoptosis thus leading to insect death. The second aim of this thesis was the development of a PA1b heterologous production system. Through Agrobacterium tumefaciens mediated transient transformation by infiltration in tobacco leaves (Nicotiana benthamiana) an efficient system for PA1b production was developed. After identification of the essential parts of the complex PA1 gene necessary for efficient PA1b production, we created an expression cassette to simplify our heterologous production system. We used the system to produce six pea PA1b-isoformes with unknown individual toxic activity. The isoforms toxicity was experimentally determined, and our data showed that the amphiphilic properties of PA1b are essential for the maintenance of its toxic activity. For the first time, we implemented a quick and efficient production system, which allows to produce and to test many naturals or synthetics PA1b isoforms. This work will be useful to achieve one of the most important objectives of the research on this molecule, that is the identification.

Les plantes possèdent de multiples systèmes de défense contre les insectes phytophages. Dans un contexte agronomique, manipuler ces défenses au moyen de la sélection pourrait contribuer à réduire les dommages causés par les insectes ravageurs en augmentant la résistance naturelle des plantes. Cette stratégie se heurte cependant à des contraintes très fortes lorsqu'il s'agit de l'appliquer aux insectes. Après avoir détaillé ces contraintes, nous proposons une démarche alternative aux méthodes classiques. Celle-ci vise à identifier des traits-clés de la plante qui modulent son interaction avec le ravageur. Si de tels traits sont identifiés et validés expérimentalement, ils permettront ensuite de conduire la sélection sans nécessiter d'insecte. Nous avons testé cette démarche dans un système composé du colza (Brassica napus) et du méligèthe Meligethes aeneus, un ravageur majeur de cette culture. Le méligèthe est un coléoptère pollinivore dont les adultes sont généralistes mais ne pondent que sur certaines brassicacées. Les dégâts agronomiques sont causés par ces adultes qui, avant que la floraison ne démarre, détruisent les boutons floraux pour atteindre le pollen qu'ils contiennent. Quatre étapes cruciales de l'interaction ont été étudiées : l'attraction à distance, l'alimentation des adultes, la production et la ponte des œufs, et le développement larvaire. Six génotypes de colza ont été comparés dans une série d'expérimentations au laboratoire. La mise en relation des résultats de préférence/performance de l'insecte avec des profilages métaboliques larges de tissus floraux a permis d'identifier des traits-clés candidats. Les conclusions principales de ce travail sont (i) que la composition biochimique du périanthe est déterminante dans la stimulation de l'alimentation des adultes, et que cette stimulation pourrait être largement sous l'influence d'un petit nombre de composés dont le saccharose ; (ii) que cette stimulation détermine de façon majeure, par un effet domino, la production d'œufs en contraignant l'ovogenèse ; (iii) que la qualité nutritionnelle du pollen impacte à la fois les larves et les adultes, et que cette qualité pourrait être déterminée en bonne partie par la concentration en amidon et en certains glucosinolates (des métabolites secondaires typiques de quelques familles végétales dont les brassicacées). La combinaison des différents résultats obtenus permet également de proposer des hypothèses plus générales, parmi lesquelles le fait que le contexte agronomique dans lequel l'interaction a lieu ait largement influencé, voire perturbé, l'interaction qui liait le méligèthe et les brassicacées sauvages avant que les cultures de colza ne se généralisent. Cette thèse a montré qu'une nouvelle voie était peut-être envisageable pour contribuer à protéger les cultures de façon durable contre les insectes ravageurs, en particulier pour les systèmes agronomiques où les dégâts sont causés à un stade temporairement sensible de la culture. / Plants display multiple defense systems against phytophagous insects. Manipulating these defenses by means of selection could contribute to decrease damages caused by insect pests, by increasing natural resistance of crops. This strategy faces great constraints when applied to insects. We first detail these constraints and then propose an alternative approach to classical methods. It consists in identifying key plant traits that determine the intensity of the interaction between the plant and the pest. If such traits are identified, selection could be conducted on the basis if these sole traits, without needing any insect. We tested this approach in a system composed of oilseed rape (Brassica napus) and the pollen beetle (Meligethes aeneus), a major pest of this culture. This coleopteran generalist pollen feeder lays eggs only on certain brassicaceous plants. Agronomical damage arise before plant flowering and are caused by adults, which destroy flower buds to get the pollen they contain. Four crucial steps of the interaction were studied: attraction, adult feeding, egg production and oviposition, and larval development. Six oilseed rape genotypes were compared in a series of experiments conducted in the laboratory. By linking insect preference/performance to large metabolic profiling of bud tissues, we identified candidate key traits. Main conclusions of this work are (i) that biochemical composition of the perianth, especially a few compounds among which sucrose, is determinant for feeding intensity; (ii) that feeding stimulation has an important impact on egg production by constraining oogenesis; (iii) that pollen nutritional quality, probably mostly determined by starch and some glucosinolates, interacts with both pollen beetle larvae and adults. Combination of several results also allows drawing more general hypotheses about the oilseed rape - pollen beetle interaction. One of these is that the agronomical context in which the interaction takes place may have largely influenced, or even disturbed, the interaction that linked this insect and wild brassicaceous plants before oilseed rape cultivation. This thesis showed that a new way might be possible to protect cultures against insect pests. It could be both efficient and sustainable, especially in systems where agronomical damage is caused at a temporary vulnerable plant stage.

L’apport de fer est essentiel pour la plupart des organismes vivants, incluant la majorité des bactéries pathogènes. Cependant, le fer libre est toxique : il est lié à des protéines de stockage et de transport (e.g. ferritine, hémoprotéines…) et voit son homéostasie finement régulée. Afin d’extraire le fer de ces protéines, les bactéries utilisent divers systèmes tels que des protéines de surface ou encore des sidérophores. Bacillus cereus est une bactérie Gram-positive sporulante, pathogène opportuniste chez l’homme, 2ème cause en France de toxi-infection alimentaire collective. Chez B. cereus, la protéine de surface IlsA et le sidérophore bacillibactine (BB) sont impliqués dans l’acquisition du fer de la ferritine exogène et elles sont importantes pour l’infection de l’insecte modèle Galleria mellonella. Mes travaux présentaient deux parties : tout d’abord, l’étude de l’import du complexe BB-Fe3+ dans la cellule par FeuA, protéine de liaison de ce complexe à la surface de la bactérie, souligne le rôle central du couple BB-FeuA. La délétion des gènes codants pour ces deux molécules limite l’acquisition par B. cereus du fer de la ferritine, de l’hème, de l’hémoglobine et du fer inorganique in vitro. En revanche, elle présente un phénotype de virulence in vivo comparable à la souche de référence dans le cas d’injection intra-hémocœlique de larves de G. mellonella. Ce résultat surprenant suggère un probable rétrocontrôle sur l’expression de facteurs de virulence lorsque B. cereus ne produit ni BB ni FeuA, et se trouve par conséquent fortement carencé en fer. Le second volet de mes travaux s’intéresse à l’expression des gènes liés à l’homéostasie du fer in vivo, au cours de l’infection de l’intestin de larves de G. mellonella axéniques. Nous avons choisi une approche de type microgénomique, en prélevant les échantillons par microdissection laser, sur de façon à prélever de petits échantillons dans une zone définie, puis en analysant l’expression de quelques gènes ciblés par RT-qPCR et ddPCR à 3h et 16h post ingestion. Nos résultats montrent que : i) la colonisation intestinale de G. mellonella est impactée lorsque B. cereus est dépourvu du couple BB-FeuA ; ii) ilsA est exprimé lors de l’infection intestinale ; iii) les gènes ciblés impliqués dans l’homéostasie du fer sont activés dès le début de l’infection, suggérant un rôle dans l’adaptation et la pathogénicité ; iv) une faible modulation de l’expression est observée entre les deux temps. Ces travaux ouvrent de nouvelles connaissances fondamentales sur l’homéostasie du fer et des perspectives quant à l’utilisation de nouvelles techniques pour l’étude in situ des interactions hôte-pathogène. / Iron acquisition is essential for most living organisms, including many pathogenic bacteria. However, free iron is toxic: it is bound into storage or transport proteins (e.g. ferritin, hemoproteins…) and iron homeostasis is tightly regulated. To scavenge iron from these sources, bacteria possess several systems to acquire the bound iron, by surface proteins or siderophores. Bacillus cereus is a sporeforming Gram-positive bacterium, opportunistic human pathogen, 2nd cause of food-borne disease in France. It has been demonstrated that the B. cereus surface protein IlsA and the siderophore bacillibactin (BB) are involved in iron acquisition from ferritin and that these two molecules are important for infection of the insect model G. mellonella. My thesis project focused on two parts: first the study of the BB-Fe3+ complex import into the cell by the siderophore binding protein FeuA highlights the central role of both BB and FeuA. The deletion of the genes encoding for these two molecules limits iron acquisition by B. cereus from ferritin, heme, hemoglobin and inorganic iron in vitro. On the other hand, the virulence phenotype during intra-haemocelic infection of G. mellonella is similar to the Wild-type strain. These results suggest a possible feedback on the expression of virulence factor genes when B. cereus is unable to synthetize both BB and FeuA, and therefore are under high stress. The second part of my work focused on the expression of genes involved in iron homeostasis in vivo, during gut infection of germ-free larvae of G. mellonella. We chose to perform a microgenomic approach, using laser-capture microdissection to get small samples in targeted areas, and then analysing the expression of chosen genes by RT-qPCR and ddPCR at two time points post ingestion The results show that : i) the colonisation of G. mellonella gut is impacted when B. cereus is deprived of both BB and FeuA ; ii) ilsA is expressed during gut infection ; iii) iron homeostasis is involved in adaptation and pathogenicity from the early step of infection of the insect gut ; iv) only weak gene expression modulation occured between the two timepoints This work gives new fundamental knowledge about B. cereus iron homeostasis, and highlights the use of new techniques regarding the in situ study of host-pathogen interactions.

Picea glauca (Moench) Voss (l’épinette blanche) est l’un des principaux hôtes de la tordeuse des bourgeons de l’épinette (TBE), le défoliateur épidémique le plus dommageable de l’est du Canada qui est à l’origine de la mortalité d’arbres et de pertes économiques d’envergure considérables. Un mécanisme constitutif de résistance contre la TBE a récemment été découvert. Dans la présente thèse, nous avons étudié ce mécanisme basé sur l’accumulation foliaire du picéol et du pungénol, deux acétophénones découlant de la surexpression du gène Pgglu-1. Ces trois facteurs sont désignés comme étant des «biomarqueurs de résistance». Nous avons aussi étudié la picéine, un acétophénone glycosilé qui est le précurseur du picéol, et l’ensemble des quatre facteurssont désignés «biomarqueurs de défense». La première partie de la thèse présente une approche de génétique quantitative s’appuyant sur l’analyse de 874 arbres représentant 33 familles et 71 lignées clonales répartis dans sept emplacements de l’est du Canada. Nos objectifs étaient : i) de déterminer le contrôle génétique des biomarqueurs de défense, ii) d’estimer les corrélations génétiques et phénotypiques entre les quatre traits de défense, iii) d’évaluer la présence de compromis entre les biomarqueurs de défense et la croissance primaire. Nous avons conclu que l’héritabilité au sens strict du picéol, du pungénol et de l’expression du gène Pgglu-1 était modérée (0,55, 0,50 et 0,58 respectivement), et obtenu des estimés un peu plus élevées pour l’héritabilité au sens large du picéol et du pungénol (0,66 et 0,60 respectivement), ce qui indique que ces traits de résistance sont soumis à un contrôle génétique additif. Les traits de résistance et la croissance montrent des corrélations génétiques positives (de 0,14 à 0,30), ce qui suggère que le mécanisme de résistance n’entraine pas un effet négatif sur la croissance de l’épinette blanche. Dans la deuxième partie de la thèse, nous avons étudié l’interaction insecte-hôte en menant des essais d’élevage d’insectes sur différents clones d’épinettes blanches. Nos objectifs étaient iv) de caractériser la variation développementale des acétophénones de défense, v) d’évaluer l’influence du stade phénologique de l’hôte sur le niveau de résistance indiqué par la performance biologique de la TBE et vi) de déterminer si les traits de résistance sont inductibles. Nous concluons que la variation des acétophénones dépend du phénotype de résistance de l’arbre, et que l’efficacité des traits de résistance dépend du synchronisme entre le Piceaglauca et l’alimentation des insectes. Finalement, nous avons démontré que ce mécanisme de résistance peut être inductible. / Picea glauca (Moench) Voss (white spruce) is one of the main hosts of the spruce budworm (SBW), anepidemic defoliator that is the most damaging in forests of eastern North America causing tree mortality and large economic losses. A constitutive resistance mechanism against the SBW was recently discovered. In this thesis, we studied this mechanism based on the foliar accumulation of aglycon acetophenones ̶piceol and pungenol ̶resulting from the expression of the Pgglu-1gene; and we refer to them as resistance biomarkers. Picein, the glycoside precursor of piceol was also investigated and we refer to all four traits togetheras defense biomarkers. The first part of this thesis presents a quantitative genetic study, which analysed 874 trees representing 33 full-sib families and 71 clonal lines from seven field locations in Eastern Canada. The goals were to i) determine the genetic control of the defense biomarkers, ii) estimate the genetic and phenotypic correlations among the four defensive traits and growth, and iii) evaluate the occurrence of trade-offs between the defense biomarkers and primary growth. Narrowsense heritability of piceol, pungenol and Pgglu-1 gene expression was moderate (0.55, 0.50 and 0.58, respectively). Slightly higher broad sense heritability estimates were obtained for acetophenones (0.66 and 0.60 respectively), indicating that additive genetic effects playa major role in these resistance biomarkers. Positive genetic correlations were found between the resistance traits and growth (from 0.14 to 0.30), suggesting that the resistance mechanism does not compromise growth in white spruce. In the second partof the thesis, we studied the insect-host interaction by use of insect rearing trials in severalwhite spruce clones. Our objectives were to iv) characterize the developmental and phenological variation of the defense acetophenones, v) evaluate the impact of the matched and delayed host phenology windows on the biological performance of the SBW, and vi) assess the inducibility potential of the resistance traits. Weshow that there are considerable variations in the acetophenone accumulation profiles between individual trees supporting their classification as Resistant (R) and Non-Resistant (NR); that the efficiency of the resistance traits is influenced by the synchronization between the P. glauca phenology and the insect feeding. Finally, we show that the resistance mechanism can be inducible.

Le disulfure de diméthyle (DMDS), molécule volatile libérée par les Allium, est un fumigant prometteur en remplacement du bromure de méthyle. Par l'utilisation des techniques d'électrophysiologie (patch-clamp), de biologie moléculaire et d'imagerie calcique sur neurones d'insectes, nous avons identifié de nouvelles cibles altérées par le DMDS à une faible concentration (1 µM). Le DMDS modifie l'activité spontanée régulière des DUM neurones en des bouffées de potentiels d'action séparées par des phases de silence. Cette altération de fréquence est la conséquence d'effets sur plusieurs cibles. Nous avons montré que le DMDS décale la dépendance vis-à-vis du potentiel de l'activation et de l'inactivation du courant Na2 vers de potentiels plus négatifs, rendant la cellule plus excitable. Dans un deuxième temps nous avons mis en évidence que le DMDS induit une augmentation de la concentration en calcium intracellulaire via l'activation des canaux TRPg et une sortie de calcium des stocks intracellulaires. Cette variation de calcium module, en cloche, les courants potassium dépendants du calcium (KCa). Grâce à l'étude du mode d'action du DMDS sur DUM neurones et au développement de nouvelles techniques associant la biologie moléculaire à l'électrophysiologie, nous avons apporté de nouveaux arguments en faveur de l'existence de deux courants KCa distincts. Parallèlement, grâce à une technique d'électroencéphalographie par télémétrie sur souris, nous avons révélé que le DMDS est susceptible d'engendrer des anomalies de l'activité électroencéphalographique.

Parmi les modes de communication les plus exploités chez les insectes, la communication chimique figure en bonne place. D’ailleurs, la recherche moderne consacrée aux signaux chimiques émis et perçus par les individus d’une même espèce n’a de cesse de se développer depuis plus de 50 ans. A travers ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés à ces phéromones associées au comportement sexuel de Gastrophysa viridula (Coleoptera :Chrysomelidae). Nous avons menés, dans ce cadre, plusieurs bioessais comportementaux liés pour la plupart à des analyses chimiques par chromatographie gazeuse couplée à une spectrométrie de masse (GC-MS).<p>La fonction la plus évidente de la phéromone sexuelle de G. viridula est l’induction du comportement sexuel mâle. Cet « aphrodisiaque », probablement constitué de plusieurs composés cuticulaires (des alcanes méthylés lourds), est émis par la femelle et déclenche par contact la sortie de l’édéage des mâles. Etonnamment, ces composés se retrouvent aussi chez les mâles de G. viridula dont le comportement sexuel est alors induit au contact de composés cuticulaires mâles. Ceci constituerait la cause proximale des comportements homosexuels observés chez les mâles de G. viridula. Nous avons ensuite étudié le rôle des composés cuticulaires dans l’isolement sexuel entre G. viridula et G. cyanea. Le comportement sexuel des mâles des deux espèces est en effet induit préférentiellement par les femelles conspécifiques. Pour G. viridula, cette préférence est visiblement attribuable aux composés cuticulaires. Enfin, les signaux chimiques sont parfois indicateurs du degré de compétition spermatique rencontré par un mâle et permettent à celui-ci d’ajuster la quantité de spermatozoïdes transmis à une femelle. Avant d’étudier l’implication de tels signaux chez G. viridula, nous avons souhaité mettre en évidence un ajustement de la quantité de spermatozoïdes transmis par des mâles soumis à divers degrés de compétition spermatique. Nos résultats ne nous permettent malheureusement pas de signaler un tel effet.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Au sein des écosystèmes, les Composés Organiques Volatils (COVs) émis par les plantes jouent un rôle majeur dans les interactions trophiques. Ces signaux olfactifs vont renseigner les insectes phytophages sur la présence de leurs hôtes mais permettent aussi de recruter les ennemis naturels. Il a été montré que certains de ces composés pouvaient être utilisés pour manipuler le comportement des insectes phytophages s’attaquant aux cultures. La stratégie push-pull, vise à combiner des stimuli positifs et négatifs pour un insecte ravageur afin de le repousser d’une culture tout en l’attirant sur une plante piège implantée en périphérie du champ où il pourra être contrôlé. L’objectif de cette thèse est d’améliorer notre compréhension et nos connaissances sur la manipulation de la communication chimique entre les plantes et les insectes phytophages à l’aide de COVs de synthèse et de préférence d’hôte afin de mettre en place sur le terrain une stratégie de type push-pull pour protéger une culture de la mouche du chou (Delia radicum). Dans un premier chapitre, nous montrons que dans un système push-pull composé (i) de diffuseur de diméthyldisulfure DMDS (composante push) et (ii) d’une bordure de choux chinois supplémenté avec de l’acétate d’hexenyl (Z-3-HAC) (composante pull), il est possible de modifier fortement le comportement d’oviposition de D. radicum sans impacter de façon négative ses principaux ennemis naturels. Les limites agronomiques et d’utilisation du DMDS atteintes, nous avons recherché d’autres COVs ayant un effet répulsif. Lors d’une seconde expérimentation en push-pull, l’eucalyptol (1-8 cinéol) à permis de réduire le nombre de pupes de D. radicum retrouvées aux pieds des plants de brocoli de 60%. Suite à ce résultat encourageant, nous avons qualifié au laboratoire l’effet inhibiteur de ce monoterpène sur l’oviposition de la mouche du chou et en avons conclu qu’il permet de masquer le bouquet de COVs attractif d’un hôte. L’efficacité de la composante push étant fortement liée à la diffusion des COVs, nous avons ensuite testé au laboratoire et sur le terrain un nouveau type de diffuseur à base de cires végétales, permettant d’émettre l’eucalyptol de manière passive mais régulière pendant plusieurs semaines. L’étude réalisée montre le fort potentiel du diffuseur qui est à la fois bon marché, facile d’utilisation et fiable en terme de diffusion, permettant ainsi d’envisager son utilisation dans des stratégies de lutte intégrée à grande échelle. Parallèlement à l’étude de la composante push, nous avons cherché à améliorer l’efficacité de la composante pull. Le chou chinois (Brassica rapa) permet grâce à sa forte attractivité de capter et détourner la pression de phytophagie de la culture d’intérêt. Nous montrons qu’au sein de sa grande diversité, certaines variétés comme Richi (appartenant à la sous espèce pekinensis) sont préférentiellement attaqué par la mouche du chou, ce qui en fait de bons candidats au développement d’une composante pull efficace. A la lumière de la bibliographie et de nos résultats, nous proposons une réflexion générale sur le système étudié. Ainsi, nous concluons que, au moins dans le cas de la mouche du chou, les COVs ne peuvent probablement pas être les seuls outils considérés dans le développement d’une stratégie push-pull. / Within ecosystems, Volatile Organic Compounds (VOCs) emitted by plants play a major role in trophic interactions. These olfactive signals will inform phytophagous insects about the presence of their hosts, but they also allow to recruit their natural enemies. It has been shown that some of these compounds could be used to manipulate the behaviour of insect crop pests. The push-pull strategy aims at combining positive and negative stimuli to push a pest out of a crop and lure it into a trap crop located in the periphery of the field, where it can be controlled. The objective of this thesis is to improve our understanding and our knowledge on the manipulation of chemical communication between plants and phytophagous insects, using synthetic VOCs and host preference as tools, to protect a crop against the cabbage root fly (Delia radicum). In a first chapter, we show that in a push-pull made of (i) DMDS dispensers as a push component and (ii) chinese cabbage strips supplemented with hexényl acetate (Z-3-HAC) as a pull component, it is possible to strongly reduce oviposition behaviour in D. radicum without impacting its natural enemies. Agronomic limits to the use of DMDS led us to search for other repulsive VOCs. In a second push-pull field experiment, using eucalyptol (1-8 cinéol), reduced by 60% the number of D. radicum pupae produced in the crop. This encouraging result led us to characterize the inhibition effect of this monoterpene in the lab and concluded that it allows to mask the attractive blend of VOCs released by the host. The efficiency of the push component being strongly linked to that of the VOC diffusion, we have then tested both in the laboratory and in the field a new kind of dispenser made of vegetal waxes, allowing to diffuse eucalyptol passively but regularly during several weeks. This study shows the good potential of this device, which is affordable, easy to use and reliable in terms of diffusion, in integrated pest management strategies at a large scale. In parallel of our studies on the push component, we have also sought to increase the efficiency of the pull component. Thanks to its strong attractivity toward D. radicum, Chinese cabbage (Brassica rapa), allows to divert pest pressure from the cash crop. We show that within its important genetic diversity, some cultivars such as Richi (of the pekinensis subspecies) are preferentially attacked by D. radicum, which makes them good candidates to develop an efficient pull component. Using both the literature and our own results, we finally propose a general discussion on the system studied. We conclude that, at least in the case of the cabbage root fly, VOCs are probably not the sole tools to consider when trying to develop a push-pull strategy.