L'agriculture sur brûlis le long d'un front de colonisation du Bas Tapajos (Para, Brésil) favorise l'émergence d'une double situation d'exposition au risque pour les communautés. D'une part, le brûlis occasionne le transfert du mercure inorganique du sol vers le milieu aquatique utilisé par les populations humaines; de l'autre, les grands palmiers arborescents du genre Attalea dont la fréquence est stimulée par l'agriculture sur brûlis sont des indicateurs importants de l'aléa de la Trypanosomiase américaine, car ses vecteurs, les triatomes (Hemiptera : Triatominae), nichent principalement dans la matière organique qui s'accumule dans leurs couronnes. Notre étude a comme objectif de déterminer comment la distribution des espèces du genre Attalea (Palmae) est liée aux propriétés édaphiques d'un front de colonisation de la région du Bas Tapajos, dans le bassin amazonien. Nous avons identifié 3 espèces d'Attalea et un quatrième palmier considéré comme pouvant être une variété acaule d'Attalea speciosa (A. sp. nain). Nos résultats montrent qu'A. phalerata préfère des sols aux teneurs en cations disponibles plus élevées et moins acides. A. maripa est inversement distribué à A. phalerata et se limite aux sols les plus pauvres en cations disponibles et plus acides. Malgré que la distribution de A. speciosa n'a pas varié fortement avec les propriétés édaphiques mesurées, nos données indiquent que A. sp. nain serait associée à des sols aux teneurs plus élevées en chlore ainsi qu'à des caractéristiques minéralogiques spécifiques des Alfisols. L'effet important des cations majeurs échangeables sur la présence et l'absence des espèces d'Attalea nous a amené à étudier comment ces nutriments sont associés aux propriétés physicochimiques du sol. Nos résultats montrent que le Ca2+ échangeable est corrélé aux oxyhydroxydes de fer associés aux limons fins (2-10 f-lm). Le K+ échangeable est principalement associé à des réserves non échangeables de Ktf. Le Mg2+ échangeable, de taille intermédiaire, est d'une part fortement lié aux facteurs du sol qui contrôlent le Ca2+ échangeable, mais est aussi significativement associé au Mgtf non échangeable. Nos résultats suggèrent de privilégier le rôle individuel de chacun des cations échangeables ainsi qu'une catégorisation granulométrique détaillée pour la recherche en écologie végétale. De plus, la présence de quantités appréciables de Mgtr et de Ktf indique que l'altération des minéraux joue un rôle significatif dans le cycle des éléments nutritifs de ces forêts de terre ferme amazonienne. Enfin, ces découvertes complètent les connaissances actuelles sur le cycle du mercure de la région considérant le rôle capital des cations échangeables dans son relargage du sol. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : palmier, Attalea, cations, sol, texture, minéralogie, Trypanosomiase américaine

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Lors d'une infection, la principale voie d'activation du macrophage passe par l'IFNY . Par conséquent, la connaissance des événements qui surviennent préalablement à l'activation du macrophage revêt un intérêt certain. Cette thèse s'est donc intéressée à l'effet de l'infection par le parasite protozoaire intracellulaire Trypanosoma cruzi sur deux fonctions IFN-Y -dépendantes du macrophage murin: la production d'oxyde nitrique et la synthèse de la machinerie de présentation antigénique restreinte au CMH de classe I. Les résultats obtenus démontrent que l'infection préalable du parasite pré-active le macrophage à produire de l'oxyde nitrique en réponse à l'IFN-y à des niveaux nettement supérieurs de ceux atteints par le macrophage uniquement stimulé à l'IFN-Y • Cette pré-activation résulte de l'engagement par le parasite des voies NF-KB, Erkl/Erk2 et SAPK/JNK. L'activation subséquente de la voie Jak/STAT par l'IFN-y induit la translocation au noyau de STATla et à la transcription d'un ARNm stable d'iNOS. Une dégradation ralentie de l'ARNm d'iNOS mène à des niveaux élevés de protéine iNOS et d'oxyde nitrique. La stabilité de l'ARNm d'iNOS résulte de l'activation des voies Erkl/Erk2 et SAPK/JNK par le parasite, alors que le facteur de transcription NF-KB favorise probablement une expression maximale d'iNOS. Les résultats présentés dans cette thèse montrent également que l'infection préalable du macrophage par T. cruzi réduit l'expression IFN-Y -dépendante du CMH de classe I et des immuno-sous-unités du protéasome, que cette diminution est due à l'activation de c-Jun suite à l'inhibition des phosphatases murines qui, en retour, est une conséquence des radicaux libres d'oxygène générés par le macrophage en réponse au contact de T. cruzi. Bien que ces résultats soient intéressant en soi, l'ensemble des travaux présentés dans cette thèse vont quelque peu au-delà des objectifs initiaux, en faisant ressortir le rôle essentiel que semble jouer la voie de signalisation SAPK/JNK dans la modulation des fonctions IFN-y -dépendantes du macrophage.

Ce document est dédié à la modélisation dynamique des interactions hôtes-parasites. Il porte sur deux modèles biologiques très différents, mais étudiés à l’aide de modèles épidémiologiques standards construits à partir de systèmes dynamiques à compartiments. La première contribution est l’implémentation d’un modèle ‘micro-parasites’ pour étudier la transmission du parasite protozoaire Trypanosoma cruzi, agent étiologique de la trypanosomiase américaine (ou ‘maladie de Chagas’), au sein d’une communauté d’hôtes synanthropiques et domestiques. L’analyse du modèle mathématique montre pour la première fois dans ce système biologique un effet de dilution associé aux hôtes aviaires, ainsi que la possibilité de réduire la transmission à l’homme par modification de la composition de la communauté d’hôtes domestiques. La seconde contribution porte sur la dynamique des ‘parasites génomiques’ que sont les éléments transposables. En utilisant les analogies entre concepts de génomique et d’écologie proposées par l’approche d’ « Écologie du génome », il a été possible d’adapter des modèles développés pour les ‘macro-parasites’ à la dynamique d’éléments transposables de classe 1, les retro-transposons. L’analyse de cesmodèles permet de formuler des hypothèses sur l’importance relative de la démographie des hôtes, de la distribution du nombre de copies entre les individus et des mécanismes moléculaires de silencing de ces éléments, sur leurpersistance au sein de population d’hôtes se reproduisant de façon asexuée. / This document is dedicated to the dynamic modeling of host-parasite interactions. It is about two distant biological models, who are studied using standard epidemiological models built from dynamic compartmental models. The first contribution is the implementation of a 'micro-parasites' model to study the transmission of the protozoan parasite Trypanosoma cruzi, the etiological agent of American trypanosomiasis (or 'Chagas' disease), within a host community of synanthropic and domestic animals. The analysis of the mathematical model shows for the first time in this biological system a dilution effect associated with avian hosts, as well as the possibility of reducing the transmission to humans by modifying the composition of the domestic host communities. The second contribution deals with the dynamics of the "genomic parasites" that are the transposable elements. Using the analogies between genomics and ecology concepts proposed by the "Genome Ecology" approach, it was possible to adapt models developed for 'macro-parasites' to the dynamics of transposable elements of class 1, retro-transposons. The analysis of these models makes it possible toformulate hypotheses on the relative importance of the host demography, the distribution of the number of copies between individuals and the molecular mechanisms of silencing of these elements, on their persistence within the population of hosts reproducing asexually.

La maladie de Chagas est une parasitose humaine et vétérinaire d'Amérique latine. Le parasite, Trypanosoma cruzi, est très présent dans la faune sauvage et depuis que l'homme est arrivé en Amérique latine, la maladie lui est transmise par les insectes de la famille des Triatominae. À partir des années 1980, de grands plans de prévention ont été mis en application pour éliminer certains de ces vecteurs, installés dans les maisons. Bien que ces initiatives aient, dans l'ensemble, remporté un franc succès, des vecteurs non-domiciliés continuent de transmettre la maladie dans plusieurs régions et y engendrent des prévalences non négligeables. Après avoir fait le bilan de la présence et de l'importances des différentes espèces de vecteurs non-domiciliés à l'échelle du continent, une approche de modélisation a été développée pour affiner la connaissance de ces populations et évaluer le potentiel de stratégies de contrôle. L'association étroite des modèles réalisés et de jeux de données conséquents a permis d'identifier des paramètres essentiels de la reproduction et de la migration des vecteurs de la région du Yucatan au Mexique. Ces résultats ont permis d'évaluer le potentiel de plusieurs moyens de contrôle à l'échelle d'un village puis d'envisager l'optimisation coût/bénéfice de la lutte vectorielle à l'échelle d'une région comme la péninsule du Yucatan. Bien que l'approche proposée doive encore être consolidée, les résultats établis permettent de proposer une méthodologie générale pour établir des priorités de recherche et de traitement en s'appuyant fortement sur les outils développés de cartographie taxonomique et d'optimisation de la lutte vectorielle.

En Amérique Latine, les punaises hématophages Triatominae transmettent à l’homme le parasite Trypanosoma cruzi, responsable de la maladie de Chagas touchant actuellement 5 millions de personnes. Même si les programmes d’éradication chimique des vecteurs sont efficaces, la maladie persiste du fait de la recolonisation des habitations humaines par des vecteurs provenant d’habitats naturels. Ainsi, certaines espèces présentent une capacité d’adaptation aux anthroposystèmes (processus de domiciliation), alors que d’autres espèces apparentées ne l’ont pas. Comprendre cette capacité d’adaptation est crucial d’un point de vue épidémiologique afin de cibler les espèces présentant un risque pour l’homme. La capacité à s’adapter à un nouvel habitat pourrait être liée à l’évolution du répertoire de gènes du système chimiosensoriel, important pour la perception du milieu. Cette étude a porté sur le système chimiosensoriel des Triatominae dans le but de documenter le processus d’adaptation et donc de domiciliation des vecteurs. Des données transcriptomiques obtenues en séquençage à haut débit ont été utilisées pour annoter et répertorier les gènes chimiosensoriels ainsi que pour comparer leur expression au sein de punaises hématophages d’habitats différents. L’existence d’une relation entre les variations de ces gènes chez différentes espèces de Triatominae et leur capacité d’adaptation à un habitat a par la suite été évaluée. L’espèce T. brasiliensis en voie de domiciliation au Brésil et présentant à la fois des populations sylvatiques, péri-domiciliaires et domiciliaires, et différentes espèces du genre Rhodnius d’habitats variés, ont été étudiées, notamment les deux espèces sœurs, R. robustus, sylvatique en Amazonie et R. prolixus majoritairement domiciliée dans toute son aire de répartition. En l’absence de génomes de références suffisamment proches de T. brasiliensis et des 10 espèces de Rhodnius étudiées, leurs transcriptomes ont été assemblés de novo. Les transcriptomes des deux espèces R. prolixus et R. robustus ont été assemblés par alignement sur le génome de R. prolixus. Chez ces différentes espèces de Triatominae étudiées, l’analyse du répertoire des gènes chimiosensoriels codant les OBPs et CSPs (familles multigéniques) comparé à celui d’autres Paranéoptères a montré des expansions géniques pouvant refléter des processus adaptatifs. Par ailleurs, chez les différentes espèces du genre Rhodnius, il existe une corrélation positive entre le nombre de gènes codant les OBPs et la capacité de domiciliation, suggérant l’implication de cette famille de gènes dans l’adaptation au milieu anthropique. Les analyses d’expression différentielle concernant les différentes populations de T. brasiliensis et les espèces R. prolixus/R. robustus ont montré qu’un certain nombre de transcrits sont différentiellement exprimés selon l’environnement dans lequel ont évolué les punaises notamment des gènes chimiosensoriels (OBPs, CSPs) ainsi que des gènes impliqués dans le rythme circadien et le comportement de recherche alimentaire (Takeout), dans la réponse à des stress environnementaux comme des gènes de détoxification (P450, glutathione S-transférase), dans la résistance à des changements climatiques (Heat-shock protéines) et dans la protection du milieu extérieur (protéines cuticulaires). Ce travail a permis de mettre à la disposition de la communauté scientifique des outils performants pour l’étude du processus de domiciliation des vecteurs de la maladie de Chagas (transcriptome, répertoire de gènes). Il a également permis de révéler des gènes qui pourraient être impliqués dans l’adaptation et/ou la plasticité phénotypique en réponse à un changement d’habitat. La compréhension des bases moléculaires de l’adaptation des vecteurs aux habitations humaines ouvre des potentialités de développer des méthodes alternatives de lutte contre les vecteurs qui pourraient être basées sur une perturbation de la communication chimique. / In Latin America, the bloodsucking bugs (Triatominae, Hemiptera, Reduviidae) are vectors of the parasite Trypanosoma cruzi, which causes Chagas disease. More than five million people are infected. Even if chemical control campaigns are effective against vectors, the disease persists due to the recolonization of human habitations by vectors from natural habitats. Some species have the capacity to adapt to anthroposystems (domiciliation process), while other related species do not. Understanding this capacity to adapt is crucial from an epidemiological perspective to target species at risk to humans. The capacity to adapt to a new habitat could be linked to changes in the repertoire of chemosensory system genes, particularly for odorant binding proteins (OBP) and chemosensory proteins (CSP), which are important proteins to detect various odor stimuli. This study is based on the chemosensory system of Triatominae to document the adaptation process and then the domiciliation of the vectors. Transcriptomic data obtained by high-throughput sequencing were used to annotate and list the chemosensory genes and also to compare their expression in bloodsucking bugs from different habitats. The relationship between changes in these genes in different Triatominae species and their ability to adapt to a new habitat was evaluated. The species T. brasiliensis, which is in the process of domiciliation in Brazil with sylvatic, peridomiciliary and domiciliary populations, and various species of the genus Rhodnius from diverse habitats were studied, especially the two sibling species R. robustus, sylvatic in the Amazonia and R. prolixus mostly domiciliary throughout its geographical range. In the absence of a reference genome for T. brasiliensis, a reference transcriptome via de novo assembly (data 454 and Illumina) was achieved. The reference transcriptomes for 10 Rhodnius species were also established using the de novo assembly method. A genome reference based method on R. prolixus was also used to assemble the transcriptome of the two species R. prolixus and R. robustus. In the different species of the Triatominae studied, the chemosensory gene repertoire showed a high diversity and genic expansions compared to that of others Paraneoptera, which could reflect adaptive process. Furthermore, a positive correlation was shown between the number of OBP genes in Rhodnius species and their domiciliation ability, suggesting that this gene family is involved in the adaptation to anthropogenic environment. The differential expression analyses on the T. brasiliensis populations and the R. prolixus / R. robustus species showed that some transcripts are differentially expressed according to the environment in which the bugs have evolved, especially the chemosensory genes (OBP, CSP) and also genes involved in the circadian rhythm and foraging behavior (Takeout), in the response to environmental stress such as detoxification genes (P450, glutathione S-transferase), in resistance to climatic changes (heat-shock proteins) and in protection from the external environment (cuticular proteins).This work has helped make available to the scientific community powerful tools for studying the process of domiciliation of Chagas disease vectors (transcriptome, gene repertoire). It also revealed genes that could be involved in the adaptation and/or phenotypic plasticity in response to a change in habitat. Understanding the molecular basis of vector adaptation to human dwellings opens the potential to develop new tools to control the disease vectors, for example by disrupting chemical communication.

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.

La maladie de Chagas est une maladie parasitaire causée par le protozoaire Trypanosoma cruzi et transmise par des insectes hématophages . Elle est composée de 2 phases : la phase aiguë et la phase chronique. Parmi les individus infectés, 30 % développent la forme chronique de la maladie. Les patients présentent des atteintes cardiaques, digestives (œsophage, côlon) et cardiodigestives. Notre étude a été focalisée sur les patients atteints de cardiomyopathie chagasique (CCC). Notre objectif est d’identifier des gènes de susceptibilité pouvant être impliqués dans le développement des formes chroniques. Notre étude a permis de mettre en évidence une variation d’expression de certains gènes entre les CCC et les contrôles. Nous nous sommes également intéressés aux processus épigénétiques pouvant réguler l’expression des gènes. Une étude de la méthylation de l’ADN croisée avec l’étude du transcriptome nous ont permis d’identifier des gènes présentant à la fois des variations d’expression et de méthylation. Pour certains de ces gènes, nous avons démontré que la méthylation est responsable de la variation d’expression observée. Enfin, nous avons étudié un ARN long non-codant, MIAT. Nous avons démontré qu’il est surexprimé chez les CCC par rapport aux contrôles et dans un modèle murin infecté par T. cruzi. De plus, l’analyse de l’expression de micro-ARNs couplée à une analyse de transcriptome nous a permis d'identifier plusieurs micro-ARNs indispensables à la régulation de l’expression des gènes. Enfin, une étude protéomique nous a permis de mettre en évidence une augmentation de la production de protéine pour certains gènes, en lien avec l’augmentation de l’expression observée. / Chagas disease is a parasitic disease caused by the protozoan Trypanosoma cruzi and transmitted by the hematophagous insects. The disease is composed by acute and chronic phases. Among the infected individuals, 30 % develop chronic form. They suffer from heart, digestive (esophagus, colon) and cardiodigestives injury. Our study was focused on patients with dilated chagasic cardiomyopathy (CCC). Our goal is to identify susceptibility genes that may be involved in the development of chronic forms. Our study revealed a variation in the expression of certain genes between CCC group and controls. We are also interested in epigenetic processes that can regulate the expression of genes. A study of the DNA methylation crossed with the transcriptome allowed us to identify genes presenting both variations in expression and methylation. For some of these genes we demonstrated that methylation is responsible for the expression variation observed. Finally, we studied a long non-coding RNA called MIAT. Our study demonstrated that it is overexpressed in CCC compared to controls and in a murine model infected by T. cruzi. Furthermore, the analysis of the expression of micro-RNAs crossed with transcriptome analysis allowed us to identify several micro-RNAs whose functions are essential in the regulation of gene expression. Finally, a proteomic study allowed us to demonstrate an increase in the production of protein for certain genes, correlated with the increase in expression levels observed.