La présente thèse porte sur la caractérisation de deux prényltransférases chez les Lépidoptères, la farnésyl diphosphate synthase (deux paralogues, FPPS-1 et FPPS-2) et la géranylgéranyl diphosphate synthase (GGPPS). Cette caractérisation s’inscrit dans le cadre de l’identification de leurs caractéristiques spécifiques chez les Lépidoptères en vue de leur utilisation comme cibles dans la lutte bio-rationnelle contre les ravageurs. Dans la présente étude, nous clarifions l'implication de chaque paralogue de FPPS dans la biosynthèse de l’hormone juvénile (JH), se basant sur l'évaluation de leur distribution tissulaire et de leurs propriétés cinétiques. Les quantifications transcriptionnelles et par immunodétection de ces paralogues dans différents tissus ont indiqué que l'expression de la FPPS-1 est ubiquitaire mais principalement détectée dans les tubules de Malpighi, alors que l’expression de la FPPS-2 est confinée aux corps allates (CA). Les analyses cinétiques de la FPPS-2 tronquée en N-terminal révèlent quelques caractéristiques uniques aux Lépidoptères. Toutefois, la forme tronquée de la FPPS-1 s’est avérée inactive. Tous ces résultats suggèrent que la FPPS-2 est la FPPS de Lépidoptères impliquée dans la biosynthèse de JH dans les CA de larves et d'adultes, alors que des analyses transcriptionnelles préliminaires suggèrent que la FPPS-1 pourrait jouer un rôle important dans la prénylation de protéines. D’autre part, la caractérisation biochimique de la GGPPS chez un Lépidoptère, indique son appartenance aux GGPPS de type III, comme les GGPPS humaine et bovine. De façon inattendue, les analyses cinétiques sur la GGPPS et son modèle moléculaire révèlent des modes de liaison alternatifs pour son substrat allylique et son produit, induisant l’inhibition de l'enzyme. L’inhibition par son substrat est particulière à la GGPPS du Lépidoptère, présumément en raison de distinctions structurales décelées par modélisation moléculaire. Les analyses transcriptionnelles de cette GGPPS suggèrent son implication dans la prénylation des protéines. Globalement, nos observations mettent en évidence les caractéristiques uniques de ces enzymes chez les Lépidoptères et suggèrent la possibilité de les utiliser comme cibles pour le développement éventuel de pesticides inhibiteurs qui inactiveraient la biosynthèse de JH et la prénylation des protéines, perturbant ainsi le développement, la métamorphose et la reproduction des Lépidoptères ravageurs. / The present thesis focuses on the characterization of two lepidopteran prenyltransferases, namely farnesyl diphosphate synthase (FPPS), for which there are two paralogs, FPPS-1 and FPPS2, and geranylgeranyl diphosphate synthase (GGPPS). The main goal of this research was to identify features that are unique to the lepidopteran enzymes so as to assess their suitability as targets for bio-rational pest control. In this study, we clarified the implication of each FPPS paralog in juvenile hormone (JH) biosynthesis, based on the evaluation of their tissue distribution and kinetic properties. Transcriptional quantification and immunodetection analyses confirmed the ubiquitous expression of FPPS-1 and its high titres in Malpighian tubules, while FPPS-2 expression was confined to the corpora allata (CA). Kinetic analysis of an N-terminally truncated form of FPPS-2 revealed certain unique features to the Lepidoptera. However, a similarly truncated form of FPPS-1 was inactive in vitro. Altogether, these results suggest that FPPS-2 is the lepidopteran FPPS paralog involved in JH biosynthesis in the CA at all stages of development, while preliminary transcriptional analysis suggests that FPPS-1 could play a role in protein prenylation. Characterization of a lepidopteran GGPPS indicated that it belongs to the type III group of GGPPSs, as do the human and bovine GGPPSs. Kinetic analysis of this GGPPS and its molecular modeling pointed to alternative binding modes for its allylic substrate and product, both of which can induce enzyme inhibition. Substrate inhibition appears unique to the lepidopteran GGPPS, possibly due to structural differences that were revealed by homology modeling. Globally, the findings reported herein highlight the unique features of these enzymes in the Lepidoptera and suggest the possibility of using them as targets for the development of insecticidal inhibitors that could block JH biosynthesis and protein prenylation, thereby disrupting development, metamorphosis and reproduction in lepidopteran pests.

Les pullulations de « papillon cendre » du genre Hylesia, appartenant à la famille des Saturniidae, constituent un problème récurrent de santé publique en Guyane et au Venezuela. En effet, pour protéger ses oeufs des prédateurs, la femelle possède des soies détachables extrêmement urticantes qu’elle est susceptible de libérer dans l’atmosphère. L’augmentation des sources de lumière artificielle depuis la fin du 19ème siècle liée à l’urbanisation croissante attire ces papillons nocturnes vers les villes et les villages, où la libération des soies urticantes est susceptible d’affecter l’Homme en générant une douloureuse affection de peau, la « papillonite ». Malgré les enjeux sociaux et économiques liés à la présence récurrente de ces papillons en zones urbaines, leur biologie et leur écologie reste peu connue. Les pullulations de « papillon cendre » attribuées à l’espèce H. metabus constituent un problème récurrent de santé publique en Guyane et au Venezuela. La définition de méthodes spécifiques de régulation des populations s’avère donc très urgente mais nécessitait au préalable de vérifier que seule l’espèce H. metabus est impliquée dans ces épisodes d’urtication et de préciser la structure des populations de ces insectes. Il était également important de préciser les mécanismes de reconnaissance des partenaires sexuels chez cette même espèce. Ces questions ont été les objectifs principaux de cette thèse. L’utilisation d’outils moléculaires a permis de montrer que seule l’espèce Hylesia metabus était impliquée dans les récents épisodes d’urtication en Guyane et au Venezuela. L’étude a également démontré que les populations guyanaises de cette espèce se distinguaient au plan génétique des populations du Vénézuela, et surtout qu’elles se structuraient en 2 sousensembles génétiques distincts entre la côte et l’intérieur de la Guyane. Tous les insectes collectés durant les épisodes de pullulation appartenaient au sous-ensemble côtier. Une approche basée sur l’étude du comportement de reproduction a été utilisée afin de préciser la temporalité d’émission de la phéromone sexuelle et ouvre de nouvelles perspectives pour l’identification de cette phéromone. / The genus Hylesia (Lepidoptera Saturniidae) are moths of human health importance in Venezula and French Guiana, inducing epidemic outbreaks of lepidopterism, a puriginous dermatitis caused by the urticating properties of the females’ abdominal setae. Adult female releases extremely urticating setae in the surrounding air, causing itchy dermatitis known as ‘papillonite’. Hylesia are attracted by artificial light source which are increasing since the end of the 19th century due to urbanization resulting in serious invasion event in towns and villages. Despite of the impact on human health, many aspects of the biology and their ecology remain unclear. The definition of specific methods of population regulation is thus very urgent but it was necessary first of all to verify that only the species H. metabus is involved in these episodes of urtication and to specify the population structure of these insects. It was also important to clarify the mechanisms for recognizing sexual partners in this same species. These questions were the mainobjectives of this thesis.The use of molecular tools has shown that a single species, Hylesia metabus, was involved in recent episodes ofurtication in Guyana and Venezuela. The study also demonstrated that the Guyanese populations of this species aregenetically distinct from the Venezuelan populations, and especially that they are structured in 2 distinct genetic subgroupsbetween the coast and the interior of French Guiana. All insects collected during outbreaks belonged to thecoastal subset. An approach based on the study of reproductive behavior has been used to clarify the temporality ofemission of the sex pheromone and opens new perspectives for the identification of this pheromone

Chez les insectes phytophages, la sélection de la plante-hôte qui constitue un site de ponte et d'alimentation est cruciale pour la survie et le bon développement de la descendance. Les sens chimiques – olfaction et gustation - sont déterminants pour un insecte lors du choix de sa plante hôte. Ainsi, une expérience olfacto-gustative des signaux chimiques d'une plante permet aux insectes d'optimiser la période de recherche et d'identification de celle-ci. Dans ce travail, nous avons testé l'effet d'une expérience pré-imaginale et imaginale pour un nouveau substrat de développement (enrichi en vanilline) sur l'induction de préférence olfactive et alimentaire à ce substrat chez trois espèces de lépidoptères foreurs de graminées ayant des spectres alimentaires différents, Sesamia nonagrioides (polyphage), Busseola fusca (oligophage) et Busseola nairobica (monophage). Il s'est avéré que la préférence olfactive des femelles pour les odeurs de ce substrat peut être induite par une expérience préalable pré-imaginale et imaginale pour ce nouveau substrat et que cette induction est transmise de façon transgénérationnelle. Elle n'est cependant pas liée à une augmentation de la sensitivité des antennes des femelles à la vanilline. De plus, elle dépend de l'espèce étudiée. Elle se manifeste plus rapidement chez l'espèce la plus polyphage (au bout de deux générations), plus tardivement chez l'espèce monophage (au bout de cinq générations) et est, par contre, absente chez l'espèce oligophage. Même si plusieurs mécanismes peuvent être impliqués dans cette induction, nos résultats valident à la fois la théorie d'Hopkins, le principe néo-Hopkins et l'héritage chimique chez les espèces qui ont présenté cette induction. Concernant les larves, nous avons pu montrer que celles-ci suivent, en général, la préférence olfactive des femelles pour les odeurs d'un nouveau substrat mais que cette préférence n'est pas corrélée avec leurs préférences alimentaires. / Among herbivorous insects, the selection of the host plant as an egg laying site and food is crucial for the survival and development of the offspring. The chemical senses - olfaction and gustation – of an insect are crucial in host plant selection. An olfactory-gustatory experience of plant chemical signals allows insects to optimize their search period and host identification. In this study, we tested the effect of pre-imaginal and imaginal experience for a new artificial diet (enriched in vanillin) on the induction of olfactory and food preference for this diet in three species of lepidopteran stem borers with different food spectra, namely Sesamia nonagrioides (polyphagous), Busseola fusca (oligophagous) and Busseola nairobica (monophagous). It was shown that the olfactory preference of females for the odor of the new diet could be induced by pre-imaginal and imaginal experience for this new diet and that this induction was transmitted transgenerationally. It was however not linked to an increase in the sensitivity of the female antennae to vanillin. In addition, it depended on the species studied. It occurred after two generations only in the polyphagous species, after five generations in the monophagous species, and it was absent in the oligophagous species. Although several mechanisms may be involved in this induction, our results validate both the theory of Hopkins, neo-Hopkins principle and the chemical legacy in the species in which the induction occurred. The larvae exhibited generally the same olfactory preference than the adult females for the odors of the new diet but this preference was not correlated with their food preferences, indicating in larvae a discrepancy between olfaction and gustation.

Lors de l’accouplement, les mâles lépidoptères transfèrent deux types de spermatozoïdes, les eupyrènes et les apyrènes. Dans les heures qui suivent, les femelles des papillons de nuit cessent généralement de produire la phéromone sexuelle. Ceci suggère que l’inhibition de la production de la phéromone, un état physiologique nommé phéromonostasie, est régulé, du moins en partie, par la migration temporelle des spermatozoïdes à l’intérieur du système reproducteur de la femelle. L’objectif principal de cette thèse visait à déterminer l’importance relative des deux types de spermatozoïdes dans la phéromonostasie en examinant leur migration dans les différentes parties du système reproducteur de la femelle dans les jours suivant l’accouplement. L’impact d’un, deux ou trois accouplements du mâle a aussi été examiné sur le nombre de spermatozoïdes transférés à la femelle, sur la migration subséquente des deux types de spermatozoïdes ainsi que sur la fécondité et la fertilité des femelles inséminées. L’ensemble des résultats montrent qu’il est peu probable que les spermatozoïdes soient directement responsables de la phéromonostasie à court et à long terme chez Choristoneura fumiferana et C. rosaceana. / At mating lepidopteran male transfer two types of spermatozoa: the eupyrene and apyrene sperm. In the hours that follow, female moths usually stop producing sex pheromone (pheromonostasis). It has been suggested that the temporal migration of the spermatozoa within the female reproductive system may play a role in this physiological process. The general objective of this thesis was to determine the relative importance of the two sperm types in pheromonostasis by examining their migration in the days following mating. We also examined the impact of multiple mating by males on the number of spermatozoa transferred to the female, the subsequent migration of the spermatozoa in the female reproductive tract, as well as the females’ fecundity and fertility. Overall, the results suggest that the spermatozoa play a minor role, if any, in the short and long term pheromonostasis of Choristoneura fumiferana and C. rosaceana.

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

Comment la diversification biologique peut-elle avoir lieu malgré les échanges génétiques? Comment les barrières reproductives entre espèces évoluent-elles et fonctionnent-elles? Les changements adaptatifs de certains traits favorisent-ils la diversification et la spéciation? Ces questions ouvertes en biologie évolutive constituent la base de ce projet. Pour y répondre, nous nous sommes intéressés aux papillons du genre néo-tropical Heliconius qui constituent une partie importante des communautés diversifiées de papillons néotropicaux. Les papillons de ce groupe sont immangeables pour les prédateurs, arborent des colorations d’avertissement qui signalent leur toxicité, et miment d’autres papillons toxiques dans leurs communautés locales. Ce genre a connu une radiation adaptative des motifs colorés soumis à la sélection naturelle favorisant le mimétisme de divers signaux locaux, mais ces motifs sont également connus comme signaux intraspécifiques favorisant les appariements homogames. Mes travaux ont permis d’approfondir les connaissances actuelles sur la fonction écologique et la base génétique de la couleur des ailes chez ces papillons, et d’explorer l'importance de la couleur des ailes par rapport aux signaux chimiques au cours des premières étapes de diversification. Dans cette optique, j’ai caractérisé la divergence adaptive entre les taxons à différents stades du continuum de spéciation, par une approche intégrative combinant des données génomiques, phénotypiques, comportementales, chimiques et écologiques. Plus précisément, j’ai étudié le sous-clade de Heliconius appelé sylvaniformes, contenant des espèces de papillons aux motifs tigrés, qui participent à des relations de mimétisme avec de nombreuses autres espèces fortement apparentées ou non. Mes travaux incluent la description comparative de l'architecture génétique des motifs colorés adaptatifs parallèlement chez les espèces H. hecale et H. ismenius, en utilisant des croisements, du génotypage génomique à haut débit, et de la morphométrie des motifs colorés. J’ai également exploré l'importance de la sélection naturelle et sexuelle sur les locus contrôlant ces motifs colorés aux stades précoces de divergence dans ce genre. En particulier, j’ai analysé la structure et le maintien de la zone d’hybridation entre deux races parapatriques de H. hecale montrant des colorations différentes, en combinant la génétique et la génomique des populations, ainsi que l’analyse phénotypique de clines et des tests comportementaux sur le choix de partenaire chez les mâles. Enfin, j’ai effectué des analyses génomiques de la divergence et du flux de gènes en me basant sur des données de re-séquençage de génomes complets afin de rechercher des traces d'introgression entre des espèces co-mimétiques et étroitement apparentées. Ceci a été également couplé à des expériences de préférence et de comportement sexuel, ainsi qu’à des analyses chimiques montrant d'importantes différences dans des composés qui pourraient intervenir dans la reconnaissance spécifique et le maintien des limites entre espèces. Dans l'ensemble, mes travaux montrent que bien que la sélection agissant sur les motifs colorés des ailes ait été centrale dans la diversification du genre Heliconius, l'accumulation d'autres barrières au flux de gènes peut jouer un rôle important dans l’aboutissement du processus de spéciation. / How does biological diversification occur in the face of genetic exchange? How do reproductive barriers evolve and function? What is the role of adaptive traits in promoting diversification and speciation? These open questions in evolutionary biology are at the core of this project. In order to tackle them, we have focused on butterflies in the neo-tropical genus which are an important component of the diverse butterfly communities in the Neo-tropics. Butterflies in the genus Heliconius are unpalatable to predators, use warning colours to advertise their defences, and mimic other defended butterflies in their local communities. The genus has undergone an adaptive radiation in wing colour patterns as a result of natural selection for mimicry, and is also well known for assortative mating based on wing pattern. I have extended the current knowledge about the ecological function and the genetic basis of wing color patterns in these butterflies and explored the importance of wing coloration relative to chemical signaling in the early stages of diversification. To this aim, I have characterised the adaptive divergence between lineages at different stages of the speciation continuum, by integrating genomic, phenotypic, behavioural, chemical and ecological data. More precisely, I have studied the so-called silvaniform sub-clade of Heliconius, known for harbouring species with tiger patterns that participate in mimicry with large groups of other closely and distantly-related species. My work includes the comparative description of the genetic architecture of wing pattern adaptation in two species, H. hecale and H. ismenius, using crosses, genome-wide next-generation genotyping, and advanced morphometrics of colour patterns. I have also explored the importance of natural and sexual selection on wing-patterning loci at early stages of divergence in the genus. In particular, I have analysed the structure and maintenance of a hybrid zone between two distinctly coloured parapatric races of H. hecale by using a combination of population genetics and genomics, coupled to a phenotypic analysis of the clines and to behavioural assays on male-based mate choice. Finally, I have carried out genome-wide analyses of divergence and gene flow with whole genome sequencing data to look for evidence of introgression between coexisting, hybridising co-mimetic species. This was again coupled to experiments on mating preferences and behavior, and yielded evidence for important differences in putative pheromone signals which may mediate species recognition and the maintenance of species boundaries. Overall, my results show that although selection on wing pattern divergence have been central to the diversification of the genus Heliconius, the accumulation of other barriers to gene flow may be important for the speciation process to be completed.

Le développement des insectes est régulé par diverses hormones dont les deux principales sont la 20-hydroxyecdysone et l'hormone juvénile. Certains facteurs endogènes ou exogènes comme la diapause et le parasitisme, respectivement, peuvent perturber le développement chez les Lépidoptères. Dans les deux cas, le développement est arrêté soit de façon temporaire dans le cas de la diapause, soit jusqu'à la mort de l'insecte dans le cas du parasitisme. Chez les larves de deuxième stade de la tordeuse des bourgeons de l'épinette, Choristoneura fumiferana (Clem.) (Lepidoptera : Tortricidae), la diapause est caractérisée par la suppression des titres 20-hydroxyecdysone. Toutefois, les titres de cette hormone chez des larves de sixième (dernier) stade de Lacanobia oleracea (Lepidoptera : Noctuidae) parasitées par Eulophus pennicornis (Hymenoptera : Eulophidae), ne sont pas affectés de façon significative par rapport à ceux observés chez des larves de sixième stade non parasitées, malgré un arrêt apparent du développement.