Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le genre de plantes carnivores à Nepenthes comporte au moins 120 espèces, réparties dans le sud est asiatique avec les iles de Bornéo et de Sumatra comme centres d'endémisme et de diversité. Ce sont des lianes, dont les feuilles modifiées en urnes comportent un faisceau d'adaptations physicochimiques et morphologiques qui concourent à l'attraction, la capture et la digestion d'arthropodes. La très grande diversité morphologique du genre est couplé e à une diversité fonctionnelle : les mécanismes de rétention sont variables d'une espèce à l'autre. A côté de cette diversité interspécifique, certaines espèces voient la morphologie et le fonctionnement de leurs urnes se modifier au cours de leur ontogénie. Cette thèse fait le lien entre les mécanismes du piégeage et l'écologie de quelques espèces et l'histoire évolutive et de la diversification du genre. / The carnivorous genus encompasses at least 120 species mainly distributed in SE Asia with Borneo and Sumatra recognized as endemism and diversity centers. They are vines whose leaves modified as pitchers exhibit an array of morphological and physicochemical adaptations that compete to the attraction, the capture and the digestion of arthropods. Besides the great morphological diversity the genus comprises a functional diversity exists: retentive mechanisms vary between species and in some species pitcher morphologies and functioning can also change throughout ontogeny. This thesis attempts to describe the trapping mechanisms and the ecology of some species to the evolutionary history of the diversification of the genus.

Un objectif important de la biologie du développement est de comprendre la base cellulaire de la morphogenèse, notamment le destin des différentes cellules souches dans l'embryon en développement. En décrivant la morphogenèse des espèces représentatives des différents groupes ou embranchements, on fournit une base solide pour comparer les processus similaires dans les différents organismes, et pour tirer des conclusions sur l'évolution des plans d'organisation des animaux. À cette fin, les scientifiques développent des techniques chez des espèces sélectionnées - celles-ci comprennent la manipulation de la fonction des gènes, le marquage et le suivi des populations distinctes de cellules, et l'imagerie in vivo.Dans cette thèse, je présente mes efforts pour améliorer la boîte à outils génomique du coléoptère Tribolium castaneum. J'utilise une technique d'édition du génome récemment découverte, CRISPR/Cas, pour introduire des modifications précises dans le génome de Tribolium, y compris l'introduction de grands fragments par recombinaison homologue. Je montre que l'expression de tous les composants de CRISPR/Cas est induite de manière efficace par des promoteurs endogènes de Tribolium. En me basant sur ces résultats, je développe VALCYRIE, une approche transgénique pourmarquer des clones de cellules uniques dans l'embryon de Tribolium.Ce travail me permet d'enquêter sur le devenir des cellules dans la région terminale postérieure du blastoderme de Tribolium. En utilisant une approche de marquage clonal, je montre que ces cellules donnent naissance à des cellules germinales primordiales et aumésoderme postérieur. Avec la même méthode, je montre que l'intestin postérieur de Tribolium se développe à partir d'une population distincte de cellules au début de la bandelette germinale. En utilisant une technique de microscopie timelapse haute résolution, je décris le sort de cellules individuelles dans le blastoderme de Triboliumet je fais la lumière sur le plan de développement des segments gnathal et thoracique de l'embryon à ce stade. En outre, je montre que l'amnios de Tribolium augmente considérablement au cours du développement précoce. En me basant sur des données d'imagerie, je passe en revue la cartographie du devenir de la bandelette germinale en ce qui concerne l'amnios et l'ectoderme embryonnaire / An important objective of developmental biology is to understand the cellular basis of morphogenesis, including fates of distinct progenitor cells in the developing embryo. Describing morphogenesis in representative species of different groups or phyla provides a solid basis for comparing similar processes in different organisms, and for drawing conclusions about the evolution of animal body plans. To this end, scientists develop techniques in selected species - these include manipulation of gene function, marking and tracking of distinct populations of cells, and in vivo imaging.In this thesis, I present my efforts to enhance the genomic toolkit of the beetle Tribolium castaneum. I use a recently discovered genome editing technique, CRISPR/Cas, to introduce precise alterations in the Tribolium genome, including the introduction of large fragments by homologous recombination. I show that all CRISPR/Cas components are driven efficiently by endogenous Tribolium promoters. Based on these results, I develop VALCYRIE, a transgenic approach to mark single cell clones in developing Tribolium embryos.This work allows me to investigate the fates of the cells in the posterior terminal region of the Tribolium blastoderm. Using a clonal labeling approach, I demonstrate that these cells give rise to primordial germ cells and posterior mesoderm. With the same technique, I demonstrate that the hindgut of Tribolium develops from a distinct cell population in the early germband. Using high-resolution time lapse microscopy, I describe the fates of single cells in the Triboliumblastodermand shed new light on the fatemap of gnathal and thoracic segments of the embryo at this stage. Furthermore, Ishow that the amnion of Tribolium expands greatly during early development. Based on imaging data, I review the fate map of the early germ band with regard to the amnion and the embryonic ectoderm

Le frelon Vespa velutina, est une espèce invasive introduite en France il y a une dizaine d’années. Cet Hyménoptère social chasse de nombreux insectes, et plus particulièrement des abeilles, exerçant une forte pression de prédation sur l’entomofaune. Son établissement en Europe est donc susceptible d’avoir un impact néfaste sur les activités humaines et sur la biodiversité locale. L’olfaction joue un rôle central dans la biologie du frelon, que ce soit pour la communication intraspécifique (phéromones) ou la recherche de nourriture. Pour limiter l’impact de V. velutina, une stratégie prometteuse serait d’interférer avec son comportement olfactif. Nous avons donc cherché à acquérir une meilleure connaissance du système olfactif des frelons ainsi que des signaux chimiques impliqués dans leur comportement de prédation. Nous avons tout d’abord décrit et comparé l’organisation du système olfactif des différentes castes d’une colonie de frelons. Le premier centre olfactif du cerveau, le lobe antennaire, est constitué d’unités morphologiques et fonctionelles, les glomérules. Nous avons démontré l’existence de glomérules hypertrophiées (macroglomérules), potentiellement spécialisées dans la détection des phéromones sexuelles, chez les mâles. Nous avons également observé des similarités neuroanatomiques frappantes dans l’organisation du lobe antennaire chez des Hyménoptères de familles différentes (fourmis, abeilles, frelons), permettant de reconstruire une partie de l’histoire évolutive de cette structure, au sein de cet ordre. En particulier, nous avons démontré l’homologie d’un groupe de glomérules impliqué dans le traitement des hydrocarbures cuticulaires, signaux de reconnaissance intraspécifique, chez les frelons et les fourmis. Ce système a pu représenter une préadaptation pour l’apparition de comportements sociaux dans ces familles. De plus, nos résultats ont montré que le nombre de glomérules dans ce système varie fortement chez différentes espèces de frelons, probablement en relation avec les différents niveaux de sympatrie dans lesquels vivent ces espèces. Le lobe antennaire des frelons présente ainsi des adaptations concernant aussi bien le nombre de glomérules que leurs volumes respectifs. Enfin, nous avons effectué des essais comportementaux pour déterminer quels composés odorants sont impliqués dans l’attraction de V. velutina envers les ruches d’abeilles domestiques. Nos résultats suggèrent que les ouvrières de frelon sont sélectivement attirées par des odorants indiquant la présence de ruches, dont des phéromones d’abeille. Ces résultats permettent d’envisager le développement de stratégies de piégeage utilisant des appâts olfactifs spécifiques. / The hornet Vespa velutina is an invasive species introduced from China to France about 10 years ago. This social hymenoptera preys on numerous insects species, but predominantly from honeybee colonies, hence exerting a stong predation pressure on insect fauna. Its etablishment to Europe can have strong detrimental effects on human activities and local biodiversity. Olfaction plays a central role in the biology and behavior of hornets, for both intraspecific communication or food search. To limit the impact of V. Velutina, a promising strategy would be to interfere with its olfactory behaviors. We thus aimed to acquire a better knowledge on the olfactory system of hornets and on the chemical signals involved in their predatory behavior. We first described and compared the organization of the olfactory system of the different castes of hornets. The first olfactory processing center, the antennal lobe, consists of morphological and functional units, the glomeruli. We have demonstrated the existence of enlarged glomeruli (macroglomeruli), potentially specialized in the detection of sex pheromones in males. We also observed striking neuroanatomical similarities in the antennal lobe organization of different Hymenoptera families (ants, bees, hornets) allowing to retrace part of the evolutionary history of this structure within that insect order. In particular, we demonstrated the homology of a glomerular cluster involved in the processing of cuticular hydrocarbons (intraspecific recognition signals) among hornets and ants. This systsem could be a preadaptation for the emergence of social behaviors in these families. In addition, our results showed that the number of glomeruli within this system varies across hornet species, probably due to the different sympatry levels these species experience. The hornet antennal lobe presents adaptations both in the number and the volume of glomeruli. Finally, we performed behavioral tests to identify odor compounds involved in the attraction of V. Velutina towards bee hives. Our results suggest that workers are selectively attracted to olfactory cues indicating the presence of hives, including some honeybee pheromones. These results allow considering the development of trapping strategies using specific baits.

Ce projet de recherche évalue la réponse à très court terme (< 1 mois) des insectes saproxyliques à la disponibilité saisonnière ainsi qu'à l'essence d'arbre de bûches récemment coupées. Disposant de quatre parterres de coupes forestières dans la sapinière à bouleau blanc de la forêt Montmorency (Québec, Canada), nous avons évalué la réponse des insectes saproxyliques en termes de richesse taxonomique, de taux de visites et de taux de colonisation sur des bûches coupées à différents moments de la saison estivale. La richesse taxonomique et les taux de visites ont été évalués à l'aide de pièges à interception fixés au tronc alors que les taux de colonisation ont été obtenus par écorçage et dissection des bûches exposées. Les bûches de sapin baumier et d'épinette noire ont été davantage visitées et colonisées par les insectes xylophages que celles de bouleau blanc qui ont été complètement exemptes d'attaques. Nos résultats ont également montré une colonisation des bûches par les xylophages moins d'un mois après la coupe, avec des taux de colonisation plus élevés sur une période allant de la mi-juillet à mi-septembre. Ces xylophages appartenaient principalement aux espèces Monochamus prob. scutellatus et Urocerus prob. albicornis, qui sont des colonisateurs primaires connus pour les dommages qu'ils causent aux arbres moribonds ou récemment morts ou au bois récemment coupé. Nous recommandons de récolter rapidement les troncs de conifères une fois coupés pendant la période allant de la mi-juillet à mi-septembre afin de minimiser les dommages infligés aux troncs récoltés. / This research project evaluates the short-term (< 1 month) response of saproxylic insects to the seasonal availability and tree species of recently cut logs. Using four harvested sites located in the balsam fir-paper birch forest of Forêt Montmorency (Quebec, Canada), we evaluated the taxonomic richness, visitation rates and colonization rates of saproxylic insects on logs cut on different dates during the summer season. Taxonomic richness and visitation rates were assessed using trunk-window traps, while colonization rates were obtained by debarking and dissecting exposed logs. Xylophagous insects were more likely to colonize balsam fir and black spruce logs than paper birch logs. Our results also showed a colonization of the logs by xylophagous insects less than a month after cutting, with higher colonization rates over a period ranging from mid-July to mid-September. These xylophagous insects were mainly Monochamus prob. scutellatus and Urocerus prob. albicornis, which are primary colonizers known to damage commercial logs. We recommend prompt harvesting of conifer logs cut during the period ranging from mid-July to mid-September to minimize damage to harvested logs.

Les plantes ont développé, au cours du temps, des mécanismes de protection leur permettant de survivre et de se développer en dépit des nombreux stress biotiques auxquels elles sont soumises. Cette thèse doctorale, en trois volets, visait à caractériser les réponses biochimiques et physiologiques de la pomme de terre (Solanum tuberosum) attaquée par un insecte coléoptère, le doryphore de la pomme de terre (Leptinotarsa decemlineata). Le premier volet du projet visait à caractériser l'impact de l'insecte sur le protéome foliaire de la plante, en utilisant comme modèle des plantes traitées avec des larves de doryphore, des plantes soumises à des blessures mécaniques et des plantes infestées par un insecte suceur, le puceron de la pomme de terre (Macrosiphum euphorbiae). Le second volet visait à caractériser le protéome des sécrétions orales du doryphore, avec pour objectif de cerner l'incidence relative des protéines de l'insecte et de la plante hôte aux sites de blessure générés par l'herbivore. Le troisième et dernier volet visait, enfin, à déterminer l'impact des altérations du protéome foliaire de la plante sur ses capacités photosynthétiques, et à mettre en évidence l'impact possible des composantes moléculaires de la plante sur les réponses observées. En résumé, nos résultats ont démontré que plusieurs protéines des métabolismes primaire et secondaire, incluant des protéines associées à la photosynthèse, sont régulées dans les feuilles en réponse au doryphore de la pomme de terre. L'impact négatif de l'herbivore sur plusieurs protéines photosynthétiques, notamment celles du photosystème I, a toutefois des répercussions négligeables sur la capture de lumière par la plante. La seconde phase du processus photosynthétique, en revanche, est affectée de manière notable par le doryphore, vraisemblablement par l'action de molécules provenant aussi bien de l'insecte que de la plante elle-même. Ces résultats suggèrent, dans l'ensemble, un impact spécifique, mais limité du doryphore de la pomme de terre sur le protéome primaire et les fonctions photosynthétiques de sa plante hôte. Ils suggèrent aussi la mise en place de mécanismes compensatoires in planta et la grande plasticité du métabolisme primaire de la plante en réponse à l'herbivore. / Higher plants have developed, over time, a variety of protection mechanisms allowing them to survive and cope with a variety of biotic stress cues in their surrounding environment. The main goal of this three-part doctoral thesis was to characterize the biochemical and the physiological responses of potato (Solanum tuberosum) to defoliation by the coleopteran insect herbivore Colorado potato beetle (Leptinotarsa decemlineata). The first objective of the project was to characterize the impact of the insect on the host plant's leaf proteome, using as a model plants treated with potato beetle larvae, mechanically wounded plants and plants infested with a sucking/piercing insect, the potato aphid (Macrosiphum euphorbiae). The second objective was to gain some insight about the proteome of potato beetle oral secretions, with the aim of assessing the relative incidence of insect and host plant proteins at wound sites generated during insect feeding. The third objective, finally, was to determine the impact of leaf proteome alterations on photosynthetic capacities of the host plant, and to determine the possible impact of the plant's own molecular constituents on the responses observed. In brief, our results showed that several proteins involved in the primary and the secondary metabolisms, including photosynthesis-related proteins, were regulated in leaves in response to potato beetle feeding. However, the negative impact of the insect on several photosynthetic proteins, notably photosystem I proteins, only had negligible effects on the light capture process by the plant. The second phase of photosynthesis, on the other hand, was significantly affected by the insect, presumably via molecular effectors from both the insect and the host plant itself. These findings suggest, overall, a specific, but somewhat limited impact of Colorado potato beetle larvae on the leaf proteome and photosynthetic capacities of the potato host. They also suggest the possible induction of compensatory mechanisms in planta and the high plasticity of primary metabolism functions in the plant upon herbivore feeding.

L'inventaire de champignons ophiostomatoïdes isolés de quatre espèces de scolytes de l'écorce {Dryocoetes affaber, Ips borealis, I. perturbatus et Polygraphus rufipennis) récoltés dans des bûches d'épinette blanche, a été réalisé au Québec. Ces champignons ont été classés à l'aide de marqueurs moléculaires (PCR-RFLP-rDNA) et d'analyses phylogénétiques sur les gènes de PADNr et de la (3-tubuline. Un total de 23 taxa de champignons ophiostomatoïdes ont été répertoriés, dont 13 ne semblant pas avoir de description dans la documentation scientifique. Par ailleurs, il semble y avoir une différentiation des communautés fongiques selon l'espèce de scolyte d'où elles proviennent. Finalement, l'initiation de la caractérisation d'une nouvelle espèce de Leptographium, a été effectuée à l'aide d'analyses phylogénétiques et moléculaires sur les gènes de l'ADNr, de la P-tubuline, de l'actine et du facteur d'élongation — la. Grâce à ces analyses, nous avons pu obtenir des indices sur la phylogénie et l'évolution de cette nouvelle espèce. / A survey of ophiostomatoid fungi isolated from four bark beetle species (Dryocoetes affaber, Ips borealis, I. perturbatus and Polygraphus rufipennis) collected in white spruce logs, was carried out in the province of Québec. These fungi were classified by means of molecular markers (PCR-RFLP-rDNA) and phylogenetic analyses on the rDNA and ptubulin genes. A total of 23 ophiostomatoid fungi were listed, among which 13 do not seem to have been described in the scientific literature. Moreover, the fungal community seemed to be differentiated according to the bark beetle species from which fungi were collected. Finally, the characterization of a new Leptographium species was initiated with the aid of phylogenetic and molecular analyses of the rDNA, P-tubulin, actin and elongation factor — la genes. By using these analyses, we were able to acquire indications on the phylogeny and evolution of this new Leptographium species.

Les parasitoïdes sont reconnus dans les agroécosystèmes pour jouer un rôle de régulation des insectes herbivores et favoriser un équilibre des communautés d’arthropodes aidant à réduire la dépendance aux pesticides. L'objectif principal consistait à effectuer une étude taxonomique des parasitoïdes des ravageurs lépidoptères de la canneberge (Vaccinium macrocarpon Aiton) dans les plantations commerciales au Centredu- Québec. Les objectifs spécifiques étaient de comparer la biodiversité des chenilles de lépidoptères et de leurs parasitoïdes entre les modes de gestion biologique et conventionnelle, ainsi que la densité et le parasitisme en champ de cinq ravageurs majeurs d’importance économique : Macaria sulphurea (Packard) (Geometridae), Macaria brunneata (Thunberg) (Geometridae), Xylena nupera (Linter) (Noctuidae), Rhopobota naevana (Hübner) (Tortricidae) et Sparganothis sulfureana (Clemens) (Tortricidae). Huit et 16 fermes ont été échantillonnées en 2012 et 2013 respectivement avec deux techniques complémentaires, le filet fauchoir et les observations visuelles directes. Les chenilles capturées (N = 1497), représentant 18 espèces, ont été mises en élevage individuellement sous conditions contrôlées pour détecter le parasitisme. Chaque année, les cinq ravageurs primaires composaient plus de 80% de la population larvaire. La biodiversité des ravageurs variait entre les deux modes de gestion; R. naevana était dominant sur les fermes biologiques alors qu’une plus grande richesse et équité de ravageurs ont été observées sur les fermes conventionnelles, M. sulphurea, M. brunneata et X. nupera étant les plus abondants. La communauté des parasitoïdes élevés (N = 171) était composée de 25 espèces ou taxons appartenant majoritairement aux genres Aleiodes, Meteorus, Microplitis, Oncophanes (Hymenoptera : Braconidae); Hyposoter, Exetastes, Phytodietus (Hymenoptera: Ichneumonidae); et Campylocheta, Nemorilla (Diptera: Tachinidae). Le parasitisme annuel était de l’ordre de 20 à 40% et variait en fonction des espèces hôtes et non des systèmes de gestion. Des quatre ravageurs primaires attaqués, celui le plus parasité a été X. nupera suivi de S. sulfureana, M. sulphurea et le moins parasité a été R. naevana. / Parasitoids are recognized as beneficial organisms in agro-ecosystems. They are known to play a role in the regulation of various herbivorous insects and their ecological function favors a balance of arthropod communities helping to reduce pesticides dependency. The main objective was to conduct a taxonomic study of the parasitoids of lepidopteran pests on commercial cranberry crop (Vaccinium macrocarpon Aiton) in Center-du-Québec. This study also aimed to compare the biodiversity of the caterpillars and their parasitoids under conventional vs organic managements as well as field density and parasitism of five major pest species of economic importance: Macaria sulphurea (Packard) (Geometridae), Macaria brunneata (Thunberg) (Geometridae), Xylena nupera (Linter) (Noctuidae), Rhopobota naevana (Hübner) (Tortricidae) and Sparganothis sulfureana (Clemens) (Tortricidae). Eight and 16 cranberry farms were sampled in 2012 and 2013, respectively, using two sampling techniques: sweep net and direct visual observations. A total of 1497 caterpillars, comprising 18 species, were captured and individually reared under controlled laboratory conditions to detect parasitism. The five primary pests made up more than 80% of the larval population each year. Pest biodiversity varied between the two pest managements: R. naevana was dominant on organic farms, whereas conventional farms had greater pest richness and evenness, M. sulphurea, M. brunneata and X. nupera being the most abundant. The reared parasitoid community (N = 171) was composed of 25 species or higher taxa and the most common species belong to the genera Aleiodes, Meteorus, Microplitis, Oncophanes (Hymenoptera: Braconidae); Hyposoter, Exetastes, Phytodietus (Hymenoptera: Ichneumonidae); and Campylocheta, Nemorilla (Diptera: Tachinidae). Parasitism differed depending on host biodiversity and not on farming systems. Among the four primary pests which were attacked, X. nupera was the most parasitized, followed by S. sulfureana, M. sulphurea and the least parasitized was R. naevana

Ce projet de recherche évalue la réponse à très court terme (< 1 mois) des insectes saproxyliques à la disponibilité saisonnière ainsi qu'à l'essence d'arbre de bûches récemment coupées. Disposant de quatre parterres de coupes forestières dans la sapinière à bouleau blanc de la forêt Montmorency (Québec, Canada), nous avons évalué la réponse des insectes saproxyliques en termes de richesse taxonomique, de taux de visites et de taux de colonisation sur des bûches coupées à différents moments de la saison estivale. La richesse taxonomique et les taux de visites ont été évalués à l'aide de pièges à interception fixés au tronc alors que les taux de colonisation ont été obtenus par écorçage et dissection des bûches exposées. Les bûches de sapin baumier et d'épinette noire ont été davantage visitées et colonisées par les insectes xylophages que celles de bouleau blanc qui ont été complètement exemptes d'attaques. Nos résultats ont également montré une colonisation des bûches par les xylophages moins d'un mois après la coupe, avec des taux de colonisation plus élevés sur une période allant de la mi-juillet à mi-septembre. Ces xylophages appartenaient principalement aux espèces Monochamus prob. scutellatus et Urocerus prob. albicornis, qui sont des colonisateurs primaires connus pour les dommages qu'ils causent aux arbres moribonds ou récemment morts ou au bois récemment coupé. Nous recommandons de récolter rapidement les troncs de conifères une fois coupés pendant la période allant de la mi-juillet à mi-septembre afin de minimiser les dommages infligés aux troncs récoltés. / This research project evaluates the short-term (< 1 month) response of saproxylic insects to the seasonal availability and tree species of recently cut logs. Using four harvested sites located in the balsam fir-paper birch forest of Forêt Montmorency (Quebec, Canada), we evaluated the taxonomic richness, visitation rates and colonization rates of saproxylic insects on logs cut on different dates during the summer season. Taxonomic richness and visitation rates were assessed using trunk-window traps, while colonization rates were obtained by debarking and dissecting exposed logs. Xylophagous insects were more likely to colonize balsam fir and black spruce logs than paper birch logs. Our results also showed a colonization of the logs by xylophagous insects less than a month after cutting, with higher colonization rates over a period ranging from mid-July to mid-September. These xylophagous insects were mainly Monochamus prob. scutellatus and Urocerus prob. albicornis, which are primary colonizers known to damage commercial logs. We recommend prompt harvesting of conifer logs cut during the period ranging from mid-July to mid-September to minimize damage to harvested logs.