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.

Les analyses d’association visent à mieux comprendre l’architecture génétique des caractères quantitatifs comme ceux reliés à l’adaptation, la croissance et la structure du bois, et mettre en évidence les gènes qui les contrôlent. Ces connaissances sont utiles pour notamment mieux appréhender le potentiel de résilience dans le contexte de changements climatiques, ainsi que pour la conservation et l’amélioration génétique des arbres forestiers. Cette thèse porte sur l’épinette blanche (Picea glauca [Moench] Voss) avec deux objectifs principaux : 1) développer une compréhension plus intégrée des caractères quantitatifs, et ; 2) développer des stratégies permettant de mieux exploiter les analyses d’association face aux contraintes génétiques et statistiques liées à leur utilisation chez les arbres forestiers. La thèse s’appuie sur deux études d’association qui portent respectivement sur la croissance et les caractéristiques physiques du bois (chapitre 2), et la résistance contre la tordeuse des bourgeons de l’épinette (TBE, Choristoneura fumiferana Clemens) (chapitre 3). Nous avons d’abord analysé les caractéristiques du bois ainsi que la croissance en utilisant un seuil de significativité statistique permissif (P < 0,05; sans correction pour tests multiples) pour maximiser la découverte de gènes comportant des SNPs significatifs. Selon les caractères étudiés, entre 229 et 292 gènes ont été identifiés, qui ont ensuite été soumis à des analyses complémentaires portant sur leurs annotations fonctionnelles et leur expression tissulaire. Les gènes associés aux caractères du bois se sont montrés surreprésentés dans un groupe de co-expression préférentiel au xylème secondaire. Une analyse de réseau de ce groupe de gènes a permis d’identifier certains facteurs de transcription de type MYB et NAC ayant un niveau de connectivité élevé, dont notamment PgNAC-7 qui était le gène ‘hub’ le plus connecté, suggérant un rôle dans la régulation des caractères physiques du bois. L’étude des caractères de défense contre la TBE s’est appuyée sur trois méthodes d’analyse d’association considérant soit un locus à la fois, plusieurs loci, ou encore plusieurs caractères simultanément. Les analyses ont permis d’identifier 33 gènes ayant des fonctions métaboliques variées et expliquant une proportion élevée de la variation phénotypique observée. Des corrélations phénotypiques faiblement positives ont également été observées entre la croissance et les facteurs de résistance contre la TBE, indiquant l’absence d’un compromis métabolique entre ces caractères. Nos résultats indiquent que les stratégies proposées dans la présente thèse pourraient être appliquées à d’autres caractères quantitatifs et permettre de développer des connaissances utiles pour mieux comprendre l'architecture génétique des caractères complexes chez les arbres forestiers. / The general aim of association analyses is to decipher the genetic architecture of quantitative traits such as those related to adaptation, growth and wood structure, and to highlight the genes that control them. This knowledge is useful to better understand the potential for resilience toward climate change, and for the genetic conservation and improvement of forest trees. This thesis focuses on white spruce (Picea glauca [Moench] Voss) and has two main objectives: 1) develop a more integrated understanding of quantitative traits, and; 2) develop strategies to better exploit association analyses despite the genetic and statistical constraints related to their use in forest trees. The thesis is based on two association studies, which focus respectively on growth and wood physical traits (Chapter 2), and resistance to spruce budworm (SBW, Choristoneura fumiferana Clemens) (Chapter 3). We first analyzed wood and growth traits using a permissive threshold of statistical significance (P < 0.05, without correction for multiple tests) to maximize the discovery of genes carrying significant SNPs. For each of the traits studied, between 229 and 292 such genes were identified, which were then subjected to further analyses based on their functional annotations and their tissue expression. The genes associated with wood traits were over-represented in a co-expression group that is preferential to secondary xylem. A network analysis of this group of genes allowed identifying certain transcription factors of MYB and NAC types with a high level of connectivity, including PgNAC-7 which was the most connected hub gene, suggesting a role in the regulation of wood physical traits. The study of SBW defence traits was based on three methods of association analysis considering one locus at a time, several loci, or several traits simultaneously. The analyses identified 33 genes with various metabolic functions, which explained a major proportion of the observed phenotypic variation. Weakly positive phenotypic correlations were also observed between growth and resistance traits against SBW, indicating the absence of a metabolic trade-off between these traits. Our results indicate that the strategies proposed in this thesis could be applied to other quantitative traits to develop a better understanding of the genetic architecture of complex traits in forest trees.

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 maïs Bt, une forme transgénique du maïs exprimant une toxine du Bacillus thuringiensis, a été rapidement adopté par les producteurs québécois malgré plusieurs interrogations quant à son utilité réelle et ses impacts environnementaux. Des essais réalisés en 2003 et 2004 sur deux sites agricoles ont montré ici peu de différences de rendement entre les cultivars Bt et conventionnels. Des échantillonnages au champ ont aussi permis de calculer un indice de biodiversité de l'entomofaune similaire, peu importe les lignées testées. En particulier, les lignées transgéniques n'ont montré aucun impact sur les populations de coccinelles et de pucerons, alors que des différences étaient observées d'une lignée conventionnelle à l'autre. Des expériences en serre sur la performance biologique du puceron modèle Rhopalosiphum padi ont confirmé les données de terrain. Une étude protéomique comparant le taux de divergence métabolique inter-hybrides a montré des différences marquées entre les hybrides conventionnels, comparées à de faibles taux de divergence entre les hybrides conventionnels et leurs contreparties transgéniques. En somme, ces résultats suggèrent un impact négligeable des hybrides transgéniques sur la biodiversité des insectes dans les cultures de maïs au Québec, expliqué en partie par une forte ressemblance de ces hybrides avec leur lignée mère.

Commercialisées depuis 1996, les plantes génétiquement modifiées produisant une toxine insecticide (toxine Cry) dérivée de Bacillus thuringiensis et appelées plantes Bt ciblent certains Lépidoptères ou Coléoptères ravageurs. Au fil des ans, les surfaces cultivées en plantes Bt sont de plus en plus importantes et contrôlent de larges populations d'insectes. Pour limiter le risque de développement de populations résistantes, une stratégie agricole appelée 'Haute Dose / Zone Refuge' est actuellement recommandée aux Etats-Unis par l'Environmental Protection Agency. Cette stratégie préventive nécessite la plantation d'une 'zone refuge' composée de plantes non-Bt utilisables par le ravageur ciblé et plantée à proximité de la 'zone Bt' qui synthétise une haute dose de toxine Cry. <p><p>Mon projet de recherche s’inscrit dans le cadre de l’évaluation de l'efficacité de cette stratégie et s’articule en deux phases :une phase expérimentale et une phase théorique. La première se concentre sur la caractérisation en laboratoire de l'impact des toxines Cry sur la biologie d'un ravageur. Cette phase constitue un support au volet théorique :la mise au point d’un modèle mathématique évaluant l'efficacité de la stratégie HD/R. L'originalité de ce projet repose entre autre sur l'interactivité entre ces deux volets.<p><p>Volet expérimental. Impact des toxines Cry sur la biologie de Plodia interpunctella. Nous évaluons séparément l'impact d'une gamme de concentrations de deux toxines Cry (CryXX et CryYY) sur une série de paramètres comportementaux et biologiques d'un insecte commun des denrées stockées: Plodia interpunctella (Hübner) (Lepidoptera :Pyralidae). Ces paramètres sont sélectionnés car leur variation pourrait avoir un impact sur l'efficacité de la stratégie HD/R dans le contrôle de la résistance. Il est donc pertinent de les quantifier pour intégrer dans le modèle des ordres de grandeur réalistes et générer des résultats qui ne sont pas uniquement basés sur des spéculations théoriques.<p><p>Volet théorique A. Efficacité de la stratégie HD/R pour des plantes Bt synthétisant une ou deux toxines simultanément. La stratégie 'HD/R' a été développée pour prévenir la résistance envers les plantes Bt synthétisant une seule toxine. Or, depuis 2003, de nouvelles variétés de coton Bt synthétisant simultanément deux toxines Cry sont commercialisées (BollgardII® et WidestrikeTM). Nous évaluons, grâce au modèle que nous avons développé, l'efficacité de cette stratégie lors d'une utilisation exclusive de plantes Bt synthétisant une ou deux toxines.<p><p>Volet théorique B. Impact du ralentissement du développement des insectes sur les plantes Bt sur l'efficacité de la stratégie HD/R. Le volet expérimental met en évidence un allongement de la durée du développement des larves se nourrissant sur une diète contaminée en toxine Cry. Ce ralentissement induit une séparation temporelle entre l'émergence des adultes de la zone Bt et de la zone refuge et perturbe une hypothèse principale de la stratégie HD/R: le croisement aléatoire entre adultes, indépendamment du génotype et de la zone d'origine. Dans ce troisième chapitre, nous étudions l'impact de la perturbation du croisement aléatoire sur l'efficacité de la stratégie HD/R. Nous testons également deux options pour optimiser la stratégie en cas d'asynchronie: l'utilisation de plantes Bt synthétisant une faible concentration en toxine (atténuant le décalage entre l'émergence des adultes) ou l'augmentation de la taille de la zone refuge (favorisant la survie des individus porteurs d'allèle de sensibilité et donc optimisant la dilution de la résistance à la génération suivante). <p><p>Ce travail s'intègre dans une problématique actuelle et utilise des outils de biologie théorique (théories de la dynamique et de la génétique des populations) ainsi que le développement d'un modèle mathématique. Il apporte des éléments de réponse et de réflexion sur l'optimisation de la gestion de la résistance des insectes mais c'est aussi une illustration de la complémentarité entre la biologie expérimentale et théorique.<p><p><p>/<p><p>On the market since 1996, genetically modified plants synthesizing an insecticidal toxin (Cry toxin) stemmed from Bacillus thuringiensis, called Bt plants, target several insect pests (Lepidoptera or Coleoptera). Bt crops cover increasingly larger areas and control important pest populations The Insect Resistance Management Strategy (IRM) strategy currently recommended in the U.S.A. to limit the development of resistant populations is the High Dose / Refuge zone (HD/R) strategy. This pre-emptive strategy requires a refuge zone composed by non-Bt plants, usable by the target insect and in close proximity of the Bt zone synthesizing a high toxin concentration.<p><p>My research project contributes to the effectiveness assessment of this HD/R strategy. It is structured on two main parts: an experimental, and a theoretical section. The first part characterizes the impact of Cry toxins on the biology of an insect pest. It is the basis of the theoretical part: the implementation of a mathematical model, which evaluates the effectiveness of the HD/R strategy.<p>The originality of this project is based on the interactivity of these two components.<p><p>Experimental section. Impact of the Cry toxins on the biology of Plodia interpunctella. We assess the impact of a range of concentrations of two Cry toxins (CryXX et CryYY) on several behavioural and biological parameters of a common pest of stored products: Plodia interpunctella (Hübner) (Lepidoptera :Pyralidae). These parameters are selected because their variation could influence the effectiveness of a HD/R strategy. So, it is important to quantify these parameters so that realistic values can be integrated in our model. The results of the model are thus not based on theoretical assumptions alone.<p> <p>Theoretical section A. Effectiveness of a HD/R strategy with Bt plants synthesizing one or two toxins. Initially, the HD/R strategy has been developed to limit the resistance towards Bt plants synthesizing one toxin. However, since 2003, new Bt cotton varieties synthesize two toxins simultaneously (BollgardII® et WidestrikeTM). We assess, with our model, the effectiveness of this strategy for Bt plants synthesizing one or two toxins.<p><p>Theoretical section B. Impact of the slowing down of the insect development reared on Bt plants on the effectiveness of the HD/R strategy. The experimental part demonstrates that larvae reared on a Bt diet have a protracted development duration. The consequence of this is a temporal separation between adult emergence in the two zones (Bt zone and refuge zone). This could affect the main assumption of the HD/R strategy, i. e. random mating independently of the genotype and of the native zone. In this third chapter, we study the impact of random mating disruption on the effectiveness of a HD/R strategy. We test two options to optimise the strategy in case of asynchrony: the use of Bt plants synthesizing a lower toxin concentration (limiting emergence asynchrony) or increasing the refuge zone size (favouring the survival of insect carrying one or two susceptible allele and thus optimising the dilution of resistance at the next generation). <p><p>This work is applied to a current issue. It uses some of the tools of theoretical biology (theories of population dynamics and population genetics) and develops a mathematical model. It provides some responses and some elements of thought about insect resistance management. It is also an illustration of the complementarity between experimental and theoretical biology.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

pollinisateurs (abeilles et syrphes) dans les paysages agricoles, en présence d'une culture entomophile, le colza. Son originalité réside dans la prise en compte des pratiques agricoles, et non pas uniquement de la quantité d'habitats semi-naturels, pour évaluer l'impact de l'intensification agricole. A l'échelle de 14 sites européens, les abeilles sont affectées négativement par l'intensification agricole (mesurée par la quantité de pesticides et fertilisants azotés et par la charge en bétail) et positivement par la quantité d'habitats semi-naturels. A l'échelle du paysage, nous avons montré que : (1) les abeilles et les syrphes se concentrent au niveau des parcelles de colza, culture nectarifère fortement attractive ; (2) le rôle des habitats semi-naturels diffère en fonction du type de paysage : dans le bocage, les haies et les prairies jouent un rôle important ; dans l'openfield, les chemins (sites de nidification des abeilles terricoles) et les bordures de parcelles (sources de fleurs) semblent jouer un rôle majeur ; (3) une analyse de l'histoire récente (sur 5 ans) met en évidence le rôle positif de la présence de prairies temporaires dans les rotations culturales sur la richesse spécifique des abeilles solitaires. Une étude de la répartition spatiale des insectes pollinisateurs au sein des parcelles de colza indique que (1) dans le bocage, l'ensemble des insectes considérés utilise à la fois les bordures et l'intérieur des parcelles. Les bourdons, dont les capacités de vol sont les plus importantes, fréquentent préférentiellement le centre des parcelles, où nous avons montré que la quantité de ressources est maximale ; (2) dans l'openfield, où la surface en colza est plus élevée, nous observons un effet « dilution », qui rend plus difficile la compréhension du comportement des insectes. En améliorant les connaissances sur l'utilisation de l'espace par les insectes pollinisateurs, ce travail permet de mieux estimer les flux de pollen, et donc les risques potentiels associés à la mise en place de cultures transgéniques.

Les pucerons sont parmi les principaux ravageurs des cultures dans les régions tempérées. Leur succès comme parasites de plantes repose sur leur fort potentiel reproductif dû à la parthénogénèse durant le printemps et l'été ainsi qu’à la symbiose avec Buchnera aphidicola. Cette bactérie symbiotique obligatoire fournit aux pucerons les acides aminés essentiels qui sont déficients dans leur alimentation déséquilibrée (la sève élaborée des plantes), et contribue ainsi à leur développement et reproduction. Le premier volet de ce travail de thèse a consisté à déterminer les besoins en acides aminés des différents stades embryonnaires, afin d’identifier des facteurs clé de l’association symbiotique au cours du développement du puceron du pois Acyrthosiphon pisum. Cette étude, conduite sur des embryons prélevés in vivo ou mis en culture in vitro, a révélé i) des exigences métaboliques évoluant au cours de développement du puceron, ii) une dépendance au compartiment maternel pour l’approvisionnement des embryons en acides aminés, et iii) de forts besoins en acides aminés aromatiques, notamment en tyrosine, pour les stades embryonnaires tardifs et le premier stade larvaire précoce. Le deuxième volet de cette thèse a alors eu pour objectif l’identification de gènes cibles à l’intérieur des voies révélées par l’approche métabolique. A l’aide d’une puce à ADN dédiée au génome du d’A. pisum, les profils d’expression des gènes du puceron ont été analysés au cours de son développement embryonnaire. L’analyse fonctionnelle des différents groupes de gènes montre que ceux liés au métabolisme des acides aminés présentent de hauts niveaux d’expression et des variations significatives entre les différents stades. La voie métabolique des acides aminés aromatiques et tout particulièrement les gènes menant à la synthèse de la tyrosine, ainsi que les gènes/voies liés à la formation et à la maturation de la cuticule, sont parmi les plus sollicités chez les embryons tardifs. L’ensemble des résultats obtenus par les approches métabolique et transcriptomique suggère une synthèse et une accumulation de tyrosine au cours du développement embryonnaire, en vue de son utilisation comme précurseur pour la sclérotisation et le tannage cuticulaire après la ponte. Le dernier volet de ce travail de thèse a consisté en une analyse fonctionnelle du rôle du gène ACYPI007803, codant l’enzyme catalysant la synthèse de la tyrosine à partir de la phénylalanine, par la technique d’ARN interférence (RNAi). Une augmentation de la mortalité des larves pondues par les femelles traitées est corrélée à la diminution de l’expression du gène cible dans les compartiments symbiotiques (les chaines embryonnaires et les bactériocytes maternels) et confirme le rôle clé du gène ACYPI007803 dans le développement des embryons chez le puceron du pois. / Aphids are among the main crop pests in temperate regions. Their success as parasites of plants is based on their strong reproductive output due to parthenogenetic reproduction during spring and summer and to their symbiosis with Buchnera aphidicola. This obligatory symbiotic bacterium supplies aphids with essential amino acids poorly available in their unbalanced food (the phloem sap of plants), and so contributes to their development and reproduction. The first part of this work consisted in determining amino acid needs of different embryonic stages, in order to identify key factors of the symbiotic association during the pea aphid development. This study, led on embryos taken in vivo or cultivated in vitro in culture media, allowed us to identify: i) the evolution of metabolic requirements of embryos during development, ii) a dependence of embryos from the maternal compartment for their supply in amino acids, and iii) strong needs in aromatic amino acids, particularly in tyrosine, of the late embryonic stages and the early first larval stage of the pea aphid. The second part of this thesis had for objective the identification of key genes inside pathways revealed by the metabolic approach. Using a dedicated oligonucleotides microarray, the gene expression profiles of the aphid were analysed during the development of the insect. The functional analysis of different gene groups showed that genes involved in amino acids metabolism are globally over-expressed, but they also showed significant transcriptional regulations in the switches between the different stages studied here. The metabolic pathway of aromatic amino acids and particularly the genes involved in the biosynthesis of tyrosine, as well as genes / pathways involved in the formation and the maturation of the cuticle, were among the most solicited in the late embryos. These transcriptomic results, taken together with those obtained by the metabolic approach, suggest that the amino acid tyrosine is synthesized and accumulated by the pea aphid during its embryonic development, in order to later be used as precursor for the sclerotization and the cuticular tanning, processes that occur after insect laying. The last part of this work consisted in a functional analysis of the gene ACYPI007803, coding the enzyme catalysing the tyrosine synthesis from the phenylalanine, by using the RNA interference (RNAi) technique. An increase of the mortality of larvae laid by the treated females was correlated with the decrease of the expression of the target gene in the symbiotic compartments (the embryonic fraction and the maternal bacteriocytes) so confirming the key role of the ACYPI007803 gene in the development of the pea aphid embryos.

Le métabolisme est la somme des réactions chimiques dans un organisme. L’énergie leur permet d’effectuer la biosynthèse, le maintien des fonctions vitales et l’activité physique. Si l’énergie est transformée en chaleur nous pouvons déterminer le taux de transformation d’énergie chimique en taux métabolique (TM) et nous pouvons donc calculer les besoins énergétiques d’un animal. Le principal objectif de ce travail est d’évaluer le métabolisme énergétique chez la punaise hématophage Rhodnius prolixus. Nos résultats montrent, que le TM de l’alimentation chez R. prolixus atteint jusqu’à 17 fois le TM au repos. Le quotient respiratoire est de 0,83 pendant le repos et 0,52 pendant l’alimentation. De plus, la désactivation des protéines permettant gérer le choc thermique, diminuent le TM pendant la digestion. Le coût énergétique (CE) de la marche peut atteindre jusqu’à 1,7 fois le CE pendant le repos. Finalement, le CE de la production d’un oeuf chez R. prolixus est approximativement de 11,7 J. L’ensemble de nos résultats apportent des outils qui fournissent des éléments nécessaires pour mieux contrôler la transmission de maladies vectorielles. / Metabolism is the sum of all the chemical reactions in an organism. Energy uptake allows animals to perform biosynthesis, maintenance, and external work. If the energy produced is converted into heat, we can estimate the energy metabolism as the rate of conversion of chemical energy into metabolic rate (MR), which allows the calculation of energy requirements. The main objective of this work is to assess the metabolic cost of physiological work in the blood-sucking bug Rhodnius prolixus. Our results show that feeding is costly. The MR during feeding in R. prolixus reaches up to 17 times the MR during rest. The mean respiratory quotient is 0.83 during rest and 0.52 during feeding. We showed that the deactivation of Heat Shock Proteins on R. prolixus, causes a diminution of MR during digestion. Then, we showed that the energy cost (EC) during walking can reach up to 1.7 times the EC during rest. Finally, we found that the EC of production of one egg of R. prolixus was 11.7 J. All our results provide tools to a better understanding of biology and ecology of an hematophagous insect to provide the necessary elements to better control of transmission of vector-borne diseases.

Dans la nature, les animaux doivent localiser des sources de nourriture pour acquérir<br />les ressources énergétiques nécessaires à leur survie et/ou à leur reproduction. Pour un grand<br />nombre d'espèces animales, localiser des ressources et s'alimenter représente un<br />investissement en temps, en énergie, et implique de s'exposer à un risque de prédation. Les<br />animaux ont donc développé des stratégies d'optimisation de recherche de nourriture afin de<br />minimiser les risques de prédation. Chez les insectes hématophages, l'attraction pour leurs<br />hôtes est fortement dirigée par la chaleur, et différents facteurs chimiques (odeurs émises par<br />l'hôte). Chez ces insectes, une modulation importante des systèmes de perception associés à<br />la localisation d'hôtes (olfaction, thermoperception, vision...) a été observée en fonction du<br />comportement et des rythmes d'activité de leurs hôtes, qui jouent à la fois le rôle de proie et<br />de prédateur. Le principal objectif de cette thèse est de caractériser les possibles facteurs<br />endogènes capables de moduler le comportement de recherche de l'hôte chez la punaise<br />hématophage Rhodnius prolixus. La sensibilité olfactive de cet insecte peut être modulée au<br />cours de la journée. Nos résultats montrent qu'il existe une modulation spécifique de la<br />réponse comportementale à différentes odeurs impliquées dans différents comportements<br />présents à différents moments de la journée. De plus, le comportement de recherche de l'hôte<br />peut être modulé par l'état physiologique des individus, l'état de développement et/ou l'état<br />nutritif. Nous avons pu montrer que le comportement de recherche de l'hôte ne s'exprime pas<br />immédiatement après la mue, mais que son développement est progressif. L'état nutritif des<br />individus influe également sur leur comportement de recherche d'hôtes. Un seul repas à<br />réplétion va entrainer une inhibition puis une répulsion des insectes face aux facteurs attractifs<br />des hôtes. Des mécanismes physiologiques et comportementaux ont donc été sélectionnés,<br />inhibant le comportement de recherche de l'hôte à des moments de la vie de l'insecte où il ne<br />serait pas nécessaire de s'exposer aux hôtes. L'ensemble des résultats est discuté en intégrant<br />les facteurs modulant le comportement de recherche de l'hôte chez les triatomines et les<br />insectes hématophages en général, ainsi que l'impact que cela peut avoir sur la transmission<br />des pathogènes.

Les recherches menées au cours des dernières années ont permis de mettre en évidence les nombreuses fonctions écologiques des composés organiques volatils (COVs) émis par les plantes. Cette thèse a eu pour objectif d'utiliser ces connaissances dans un cadre de protection des cultures. Nous avons essayé de poser les bases d'une stratégie de type " Push-Pull " contre la mouche du chou (Delia radicum) en utilisant des sources d'odeurs synthétiques (diffuseurs de COVs) ou des sources d'odeurs naturelles (plantes compagnes). A partir d'observations menées en plein champ nous avons sélectionné plusieurs brassicacées présentant des taux d'infestations contrastés vis-à-vis de la mouche du chou. Des expérimentations de laboratoires combinant des études comportementales et des analyses chromatographiques ont permis (i) d'établir un lien entre l'infestation et l'attractivité de certaines plantes (ii) d'identifier de nouveaux COVs potentiellement impliqués dans les prises de décisions comportementales de D. radicum. En parallèle, des études de terrain ont permis de tester l'efficacité de diffuseurs de COVs synthétiques au sein de parcelles expérimentales, que ce soit (i) pour favoriser le recrutement d'ennemis naturels (ii) attirer (composante " Pull ") ou repousser (composante " Push ") la mouche du chou. Enfin, l'utilisation de plantes pièges concentrant le ravageur semble être intéressante pour modifier la répartition de la mouche du chou à l'échelle de la parcelle en vue de protéger des cultures d'intérêt telles que le brocoli.