Reproduction de : Thèse de doctorat : Sciences agronomiques. Ecologie, Environnement aquatique : Toulouse, INPT : 2004. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 523 réf.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Ecologie : Toulouse, INPT : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 143 réf.

Les interactions multi-trophiques jouent un rôle clé dans la structuration des agrosystèmes et régissent la dynamique des populations qui les composent. L’objectif de cette thèse fut (i) d’étudier la perturbation des interactions liée à une espèce invasive (Tuta absoluta) dans les cultures de tomates européennes, (ii) de rechercher de nouveaux auxiliaires autochtones, puis (iii) d’évaluer l’efficacité de ces auxiliaires lorsqu’ils sont intégrés dans l’agrosystème. Nous avons montré que de nouvelles interactions sont apparues suite à l’invasion, notamment la compétition apparente entre les aleurodes et T. absoluta en présence du prédateur généraliste et omnivore M. pygmaeus. Dans un second temps, nous avons recherché de nouveaux auxiliaires, en se focalisant d’abord sur les trichogrammes, Trichogramma achaeae étant déjà commercialisé contre T. absoluta en France. Les expérimentations de laboratoire et de terrain n’ont pas permis de mettre en évidence un trichogramme plus intéressant que celui déjà commercialisé. De plus, nous avons observé une prédation intra-guilde de M. pygmaeus sur les trichogrammes juvéniles i.e. œufs parasités, et nous avons montré que T. absoluta n’était pas un hôte approprié pour ces parasitoïdes. Les trichogrammes ne s’installant pas sur la culture, les études concernant les parasitoïdes oophages se sont arrêtées là et nous nous sommes intéressés aux parasitoïdes larvaires. La biologie de deux parasitoïdes larvaires a été étudiée et a souligné l’intérêt de Stenomesius japonicus (Eulophidae) en tant que potentiel agent de lutte biologique contre T. absoluta. Malgré les interactions négatives subies par le parasitoïde, des expérimentations sous serre en conditions réalistes ont montré que le prédateur et le parasitoïde larvaire pouvaient coexister pendant plusieurs mois. Cela a été montré y compris en présence d’une proie alternative pour le prédateur omnivore. / Multi-trophic interactions play a key role in structuring agro-ecosystems and regulating arthropod population dynamics. The objective of the PhD was (i) to study the possible disruptions of biotic interactions owing to the recent invasion by T. absoluta in European tomato crops, (ii) to identify local natural enemies attacking T. absoluta, (iii) to evaluate their effectiveness against T. absoluta when integrated into the agro-ecosystem. We showed that new interactions occurred after the arrival of T. absoluta, mainly apparent competition between whiteflies and T. absoluta, in presence of the omnivorous and generalist predator M. pygmaeus. We recorded possible new biocontrol agents and focused first on Trichogramma parasitoids, as Trichogramma achaeae was promptly commercialized against T. absoluta in France. Laboratory and field experiments failed to detect promising Trichogramma strains. In addition, intraguild predation of M. pygmaeus on parasitoid juveniles i.e. parasitized eggs, was observed and we demonstrated that T. absoluta was not a suitable host for Trichogramma parasitoids. Therefore, further studies switched on parasitoids of larval stages of T. absoluta. We demonstrated the importance of Stenomesius japonicus (Eulophidae) as a possible biological control agent against T. absoluta. The parasitoid was able to reproduce on T. absoluta over several generations under laboratory and greenhouse conditions. Despite negative interactions between the predator and the larval parasitoid, further greenhouse experiments demonstrated that two competitors can coexist for several months. Moreover, the presence of an alternative prey for the omnivorous predator (whitefly) in the agro-ecosystem did not prompt larval parasitoid exclusion, and the parasitoid remained in the crop even in the presence of other prey for the predator.

Cette étude vise à comparer l’histoire évolutive des parasitoïdes du genre Horismenus (Hymenoptera: Eulophidae) à celle de leurs hôtes bruches (Coleoptera: Bruchidae) et plante hôte (Phaseolus vulgaris L.) cultivée dans le contexte d’agriculture traditionnelle, au sein de son centre de domestication Mésoaméricain. Nous avons analysé la structure génétique de 23 populations de quatre espèces de parasitoïdes au Mexique, en utilisant un fragment du gène mitochondrial COI afin de les comparer aux structures précédemment publiées des hôtes bruches et du haricot commun. Nous avons prédit que les structures génétiques des populations d’hôtes (bruches et plante) et de parasitoïdes seraient similaires puisque également influencées par la migration entremise par l’humain (HMM) étant donnée que les parasitoïdes se développent telles que les bruches à l’intérieur des haricots. Compte tenu des stratégies de manipulation reproductive utilisées par l’alpha-protéobactérie endosymbionte Wolbachia spp. pour assurer sa transmission, la structure génétique des populations de parasitoïdes inférée à partir du génome mitochondrial devrait être altérée conséquemment à la transmission conjointe des mitochondries et des bactéries lors de la propagation de l’infection dans les populations de parasitoïdes. Les populations du parasitoïde H. missouriensis sont infectées par Wolbachia spp. Tel que prédit, ces populations ne sont pas différenciées (FST = 0,06), ce qui nous empêche d’inférer sur une histoire évolutive parallèle. Contrairement aux bruches, Acanthoscelides obtectus et A. ovelatus, la HMM n'est pas un processus contemporain qui influence la structure génétique des populations du parasitoïde H. depressus, étant donné la forte différenciation (FST = 0,34) qui existe entre ses populations. La structure génétique observée chez H. depressus est similaire à celle de sa plante hôte (i.e. dispersion aléatoire historique à partir d'un pool génique ancestral très diversifié) et est probablement le résultat d’un flux génique important en provenance des populations de parasitoïdes associées aux haricots spontanées à proximité des champs cultivés. L’étude de l’histoire évolutive intégrant plusieurs niveaux trophiques s’est avérée fructueuse dans la détection des différentes réponses évolutives entre les membres du module trophique face aux interactions humaines et parasitaires, et montre la pertinence d’analyser les systèmes écologiques dans leur ensemble. / This study aims to compare the evolutionary history of Horismenus parasitoids (Hymenoptera: Eulophidae) to that of their bruchid beetle hosts (Coleoptera: Bruchidae) and their domesticated host plant (Phaseolus vulgaris L.) in the context of traditional agriculture within their Mesoamerican center of domestication. We analyzed the genetic structure of 23 populations of four Horismenus species in Mexico using COI mitochondrial gene fragments and compared the structures to previously published data on bean plant and beetle hosts. We predicted that because parasitoids complete their development within their beetle hosts, within the bean, the genetic structure of both the host and the parasitoid would be similar and equally influenced by human-mediated migration (HMM). Furthermore, because of reproductive manipulation strategies often used by the alpha-proteobacteria endosymbionte Wolbachia spp. to ensure its transmission, the genetic structure of parasitoid populations inferred from mitochondrial genome would be bias consequently to the conjoint transmission of mitochondria and the bacteria according to propagation of the infection within parasitoids populations. The populations of H. missouriensis parasitoids are infected by Wolbachia spp. As predicted, these populations are not differentiated (FST = 0.06) which prevents us to infer on a parallel evolutionary history. Unlike their bruchids hosts, Acanthoscelides obtectus and A. ovelatus, the HMM is not a contemporary process influencing H. depressus population genetic structure according to the strong populations differentiation (FST = 0.34). The genetic structure observed within H. depressus populations is similar to that of its host plant (i.e. historical random dispersal from a highly diversified ancestral gene pool) and is probably the result of extensive gene flow from parasitoids associated with wild beans populations adjacent to crop fields. The study of evolutionary history integrating multitrophic levels has proved to be fruitful in detecting different evolutionary responses among members of the trophic module face to human and parasite interactions, but also points out the pertinence of analyzing ecological systems as a whole.

Cette étude vise à comparer l’histoire évolutive des parasitoïdes du genre Horismenus (Hymenoptera: Eulophidae) à celle de leurs hôtes bruches (Coleoptera: Bruchidae) et plante hôte (Phaseolus vulgaris L.) cultivée dans le contexte d’agriculture traditionnelle, au sein de son centre de domestication Mésoaméricain. Nous avons analysé la structure génétique de 23 populations de quatre espèces de parasitoïdes au Mexique, en utilisant un fragment du gène mitochondrial COI afin de les comparer aux structures précédemment publiées des hôtes bruches et du haricot commun. Nous avons prédit que les structures génétiques des populations d’hôtes (bruches et plante) et de parasitoïdes seraient similaires puisque également influencées par la migration entremise par l’humain (HMM) étant donnée que les parasitoïdes se développent telles que les bruches à l’intérieur des haricots. Compte tenu des stratégies de manipulation reproductive utilisées par l’alpha-protéobactérie endosymbionte Wolbachia spp. pour assurer sa transmission, la structure génétique des populations de parasitoïdes inférée à partir du génome mitochondrial devrait être altérée conséquemment à la transmission conjointe des mitochondries et des bactéries lors de la propagation de l’infection dans les populations de parasitoïdes. Les populations du parasitoïde H. missouriensis sont infectées par Wolbachia spp. Tel que prédit, ces populations ne sont pas différenciées (FST = 0,06), ce qui nous empêche d’inférer sur une histoire évolutive parallèle. Contrairement aux bruches, Acanthoscelides obtectus et A. ovelatus, la HMM n'est pas un processus contemporain qui influence la structure génétique des populations du parasitoïde H. depressus, étant donné la forte différenciation (FST = 0,34) qui existe entre ses populations. La structure génétique observée chez H. depressus est similaire à celle de sa plante hôte (i.e. dispersion aléatoire historique à partir d'un pool génique ancestral très diversifié) et est probablement le résultat d’un flux génique important en provenance des populations de parasitoïdes associées aux haricots spontanées à proximité des champs cultivés. L’étude de l’histoire évolutive intégrant plusieurs niveaux trophiques s’est avérée fructueuse dans la détection des différentes réponses évolutives entre les membres du module trophique face aux interactions humaines et parasitaires, et montre la pertinence d’analyser les systèmes écologiques dans leur ensemble. / This study aims to compare the evolutionary history of Horismenus parasitoids (Hymenoptera: Eulophidae) to that of their bruchid beetle hosts (Coleoptera: Bruchidae) and their domesticated host plant (Phaseolus vulgaris L.) in the context of traditional agriculture within their Mesoamerican center of domestication. We analyzed the genetic structure of 23 populations of four Horismenus species in Mexico using COI mitochondrial gene fragments and compared the structures to previously published data on bean plant and beetle hosts. We predicted that because parasitoids complete their development within their beetle hosts, within the bean, the genetic structure of both the host and the parasitoid would be similar and equally influenced by human-mediated migration (HMM). Furthermore, because of reproductive manipulation strategies often used by the alpha-proteobacteria endosymbionte Wolbachia spp. to ensure its transmission, the genetic structure of parasitoid populations inferred from mitochondrial genome would be bias consequently to the conjoint transmission of mitochondria and the bacteria according to propagation of the infection within parasitoids populations. The populations of H. missouriensis parasitoids are infected by Wolbachia spp. As predicted, these populations are not differentiated (FST = 0.06) which prevents us to infer on a parallel evolutionary history. Unlike their bruchids hosts, Acanthoscelides obtectus and A. ovelatus, the HMM is not a contemporary process influencing H. depressus population genetic structure according to the strong populations differentiation (FST = 0.34). The genetic structure observed within H. depressus populations is similar to that of its host plant (i.e. historical random dispersal from a highly diversified ancestral gene pool) and is probably the result of extensive gene flow from parasitoids associated with wild beans populations adjacent to crop fields. The study of evolutionary history integrating multitrophic levels has proved to be fruitful in detecting different evolutionary responses among members of the trophic module face to human and parasite interactions, but also points out the pertinence of analyzing ecological systems as a whole.

Les interactions entre les végétaux et les organismes telluriques sont déterminantes pour la décomposition des matières organiques et la nutrition minérale des plantes. L’objectif général de la thèse était de comprendre comment les interactions multi-trophiques dans la rhizosphere agissent sur la disponibilité en azote minéral et l’allocation en carbone dans la plante. Nous avons mis au point des dispositifs de culture de plante, permettant de contrôler l’environnement biotique des racines (inoculation par des espèces symbiotiques modèles : un protozoaire bactériophage et/ou une espèce mycorhizienne à arbuscules). Nous avons utilisé l’azote 15N et le carbone 13C pour tracer le cheminement de l’azote du sol vers la plante et le carbone assimilé par photosynthèse, de la plante vers le sol et les microorganismes du sol. L’allocation de C vers les racines et la rhizosphère est dépendante de la qualité de la litière foliaire enfouie. La structure de la communauté microbienne déterminée par l’analyse des profils d’acides gras (PLFA) est modifiée par la présence de protozoaires pour la litière à C/N élevé. Les mycorhizes à arbuscules et les protozoaires présentent une complémentarité pour l’acquisition du C et de N par la plante. Les protozoaires remobilisent l’azote de la biomasse microbienne par leur activité de prédation. Les hyphes fongiques transportent du C récent issu de la plante vers des sites riches en matière organique non accessibles aux racines. Ainsi, l’activité de la communauté microbienne est stimulée et la disponibilité en N augmentée lorsque des protozoaires sont présents. Les perspectives de ce travail sont de déterminer si (i) les interactions étudiées dans ce dispositif modèle peuvent être généralisées à d’autres interactions impliquant d’autres espèces de champignons mycorhiziens et de protozoaires (ii) la phénologie de la plante et la composition des communautés végétales influence la nature et l’intensité des réponses obtenues / Plants interact with multiple root symbionts for fostering uptake of growth-limiting nutrients. In turn, plants allocate a variety of organic resources in form of energy-rich rhizodeposits into the rhizosphere, stimulating activity, growth and modifying diversity of microorganisms. The aim of my study was to understand how multitrophic rhizosphere interactions feed back to plant N nutrition, assimilate partitioning and growth. Multitrophic interactions were assessed in a single-plant microcosm approach, with arbuscular mycorrhizal fungi (Glomus intraradices) and bacterial feeding protozoa (Acanthamoeba castellanii) as model root symbionts. Stable isotopes enabled tracing C (13C) and N (15N) allocation in the plant and into the rhizosphere. Plant species identity is a major factor affecting plant-protozoa interactions in terms of N uptake and roots and shoot morphology. Plants adjusted C allocation to roots and into the rhizosphere depending on litter quality and the presence of bacterial grazers for increasing plant growth. The effect of protozoa on the structure of microbial community supplied with both, plant C and litter N, varied with litter quality added to soil. AM-fungi and protozoa interact to complement each other for plant benefit in C and N acquisition. Protozoa re-mobilized N from fast growing rhizobacteria and by enhancing microbial activity. Hyphae of AM fungi acted as pipe system, translocating plant derived C and protozoan remobilized N from source to sink regions. Major perspectives of this work will be to investigate whether (i) multitrophic interactions in our model system can be generalized to other protozoa-mycorrhiza-plant interactions (ii) these interactions are depending on plant phenology and plant community composition