Les changements climatiques altèrent la phénologie des organismes, c’est-à-dire la succession dans le temps des éléments de leur cycle de vie. L’expression de la diapause chez les insectes, soit l’arrêt de développement permettant de survivre aux dégradations saisonnières de l’environnement biotique et abiotique, est en particulier affectée. Cette thèse aborde différents facteurs environnementaux agissant sur les stratégies saisonnières des parasitoïdes de pucerons du genre Aphidius. Dans les agro-systèmes céréaliers de l’ouest de la France, les communautés d’hôtes et de parasitoïdes ont changé rapidement au cours de la dernière décennie. Ainsi, plusieurs espèces de parasitoïdes n’entrent plus qu’en faible proportion en diapause, dû à l’augmentation des températures, à la baisse du nombre de jours de gel et à la présence accrue de leurs hôtes pendant l’hiver ; ces pressions de sélection agissent sur les seuils d’entrée diapause. Les parasitoïdes présentent des ajustements plastiques de leur réponse aux stimuli environnementaux qui induisent la diapause. Ils y entrent en plus forte proportion s’ils se développent dans des morphes de pucerons sexués (annonciateurs de ressources limitées) que dans des hôtes asexués, ce qui souligne la co-évolution de leurs cycles de vie. Cette plasticité s’avère également transgénérationnelle puisque la compétition entre femelles induit la diapause estivale chez leurs descendants. De plus, l’incidence de la diapause hivernale augmente après plusieurs générations de parasitoïdes soumises aux mêmes conditions. Les adaptations locales des parasitoïdes aux nouvelles conditions environnementales mènent à la perte d’expression de la stratégie de diapause – qui comporte des coûts écologiques et physiologiques – au profit de stratégies hivernales d’activité à l’état adulte. La modification de l’activité-densité des espèces au sein des communautés de pucerons-(hyper)parasitoïdes, due aux changements de stratégie d’hivernation, pourrait bouleverser l’équilibre des réseaux trophiques et altérer positivement ou négativement l’efficacité du service écosystémique de lutte biologique. / Climate changes alter the phenology of organisms, i.e. the succession over time of the elements of their life-cycle. Diapause expression in insects – that is, the developmental arrest allowing survival to seasonal degradations in the biotic and abiotic environment – is particularly affected. This thesis addresses the existence of different environmental factors acting on the seasonal strategies of Aphidius aphid parasitoids. In cereal agro-systems of western France, host and parasitoid communities have changed rapidly over the past decade. Hence, some parasitoid species enter diapause at low levels due to temperature increase, decrease in frost events and the presence of their hosts during winter, which impose selection on diapause induction thresholds. Parasitoids show plastic adjustments of their response to environmental stimuli inducing diapause. They enter diapause at higher proportion if they develop in sexual morphs of aphids (which inform for upcoming limited resources) than in asexual hosts, which underlines the co-evolution of their life-cycles. Transgenerational plasticity is also involved in these responses since maternal competition induces summer diapause in their offspring. Moreover, winter diapause incidence increases after some parasitoid generations experience the same environmental conditions. Local adaptations of parasitoids to new environmental conditions lead to a loss of diapause expression – which involves ecological and physiological costs – to the benefit of adult overwintering strategies. Modifications in species activity-density within aphids-(hyper)parasitoids communities, due to changes in overwintering strategies, could affect food-webs’ stability and alter positively or negatively the efficiency of biological pest control.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Wheat is the main winter crop in Rio Grande do Sul State. Temperature and photoperiod are the major environmental factors that control development in wheat. Wheat plants exposed to cold, non freezing temperatures induce them to enter the reproductive phase. Temperature and photoperiod response functions are used to simulate the wheat development. Developmental models are important part of water soil balance, growth and yield crop models. Thus, the objectives of this thesis were: (i) to evaluate vernalization sensitivity of some Brazilian wheat genotypes and to fit a vernalization response function for these genotypes; (ii) to determine the best temperature, photoperiod and vernalization functions to simulate wheat development with the Wang and Engel (WE) model for some Brazilian wheat genotypes; and (iii) to improve the prediction of available soil water in the soil by modifying two mechanistic models. To achieve the first objective, a factorial experiment with eight levels of vernalization (0, 7, 14, 21, 28, 35, 42 and 49 vernalization days) and six wheat genotypes were used. Also a field experiment was carried out in Santa Maria, RS, Brazil, to provide independent data on the date of developmental stages of six Brazilian wheat genotypes for evaluating the original and the modified WE model. Soil water content was determined with the gravimetric method to evaluate water balance models during three sowing dates. For those genotypes that presented some response to vernalization, response functions are presented, which can be used in models for simulating the development of Brazilian wheat cultivars with distinct vernalization requirements. The WE model simulates better the development of the Brazilian wheat genotypes using cardinal temperatures higher than original WE model and using daily maximum and minimum temperatures in the calculation of the temperature response function. The modified Campbell; Diaz water balance model is more realistic and has a greater potential for performing well in regions others than it was developed. The modified Amir; Sinclair water balance model simulates better the available soil water than the original model. / O trigo é a principal cultura de inverno do Estado do Rio Grande do Sul. A temperatura e o fotoperíodo são os dois elementos meteorológicos que mais influenciam o desenvolvimento de plantas de trigo. Quando se expõem plantas de trigo a temperaturas baixas não congelantes, estas podem ser induzidas a entrarem no estágio reprodutivo, diminuindo o seu ciclo de desenvolvimento. Para simular o desenvolvimento do trigo são utilizadas funções de resposta a temperatura e fotoperíodo. O modelo de desenvolvimento é parte importante em modelos de simulação de balanço de água no solo, crescimento e rendimento das culturas. Assim, os objetivos desta tese foram: (i) determinar a sensibilidade à vernalização de alguns genótipos de trigo do sul do Brasil e, ajustar uma função de reposta a vernalização para aqueles que apresentaram sensibilidade; (ii) determinar a melhor função de temperatura, fotoperíodo e vernalização para simular o desenvolvimento de alguns genótipos brasileiros de trigo com o modelo de Wang e Engel (WE); e (iii) obter uma melhor predição do balanço de água no solo, modificando dois modelos mecanísticos de balanço de água no solo. Para atingir o primeiro objetivo, foi conduzido um experimento fatorial com oito níveis de vernalização (0, 7, 14, 21, 28, 35, 42 e 49 dias de vernalização) e seis genótipos de trigo. Também foi realizado um experimento com várias datas de semeadura em Santa Maria, RS, Brasil, para obtenção de dados independentes dos estágios de desenvolvimento de seis genótipos Brasileiros de trigo para avaliar o modelo WE modificado. Foi determinado o conteúdo de água no solo pelo método gravimétrico em três datas de semeadura, com a finalidade de avaliar o desempenho dos dois modelos de balanço de água no solo. Para os genótipos que apresentaram resposta à vernalização são apresentadas funções de resposta, que podem ser usadas em modelos de simulação do desenvolvimento de genótipos brasileiros de trigo. O modelo WE simula melhor o desenvolvimento do trigo quando são usadas as temperaturas cardinais maiores do que as do modelo original e usando as temperaturas mínimas e máximas diária para o cálculo da função de resposta a temperatura. O modelo de balanço de água no solo de Campbell; Diaz modificado é mais realístico e com maior possibilidade de desempenho satisfatório em regiões de clima distinto daquelas em que foi desenvolvido. O modelo de balanço de água no solo de Amir; Sinclair modificado estima melhor a água disponível no solo que o modelo original.

Hippocampal mineralocorticoid receptor mRNA expression was increased in male hamsters exposed to 18 days of short photoperiod relative to animals maintained under long day illumination (p < 0.05). Short day hamsters were also characterized by increased weight gain, and heavier adrenal glands (p < 0.05). The larger adrenals showed selective increases in the widths of the zonae reticularis and glomerulosa (p < 0.001). Incidences of torpor and reduced body temperature were observed in the short day animals. No changes were found in reproductive organ weights, systolic blood pressure, open-field behavior, or stress levels of plasma corticosteroids. We conclude that the hamster brain-adrenal axis responds rapidly to changes in photoperiod, raising the possibility that this axis is a primary mediator of shortened photoperiod responses.

Au cours de l’évolution, les plantes ont développé des mécanismes pour percevoir et s'adapter aux conditions de stress. Les formes actives de l'oxygène (FAO) sont des facteurs importants de l'état redox cellulaire et sont impliquées dans ces réponses. Le peroxyde d'hydrogène (H2O2), une FAO majeure des voies de signalisation oxydative, peut être produit rapidement dans la photorespiration. Chez Arabidopsis, le H2O2 produit dans la photorespiration est métabolisé notamment par la CATALASE2 (CAT2). Dans le contexte du mutant cat2 déficient pour cette catalase, les réponses au stress oxydatif induit par la production conditionnelle du H2O2 sont fortement dépendante de la photopériode. En particulier, la formation de lésions, accompagnée de réponses similaires à celles d' attaques pathogènes, sont spécifiques des conditions de culture en jours longs (JL). Ces effets ne sont pas observés en jours courts (JC) malgré un stress oxydant qui semble être aussi prononcé qu’en JL. Une approche transcriptomique globale a été utilisée pour explorer les patterns d’expression génique associées à ces effets. Elle a permis de mettre en évidence des interactions entre photopériode et H2O2 ou entre photopériode et CO2. En particulier, la majorité des gènes répondant à l' H2O2 dans le mutant cat2 sont induits lorsque les plantes sont cultivées en JC alors que un plus petit nombre sont induits par l’ H2O2 spécifiquement en JL. De façon générale, ces analyses ont mis en évidence des relations étroites entre les ressources carbonées, la lumière et l'état redox cellulaire dans les réponses aux changements environnementaux. Un gène induit par le H2O2 spécifiquement en JL, l’AZELAIC ACID INDUCED 1 (AZI1), a été sélectionné pour des analyses fonctionnelles à l’aide d’approches génétique, biochimique et transcriptomique. L’analyse de mutants cat2 azi1 a révélé que AZI1 ne semble pas jouer un rôle majeur dans les réponses des plantes à un stress oxydatif durable. Cependant, ce gène semble jouer un rôle important lorsque le stress oxydatif est déclenchée de façon abrupte par le transfert des plantes de conditions de culture en fort CO2 vers l'air ambiant. De plus, cette étude montre que la communication de feuille à feuille est impliquée dans la régulation de l'expansion de la mort cellulaire en réponse a l'H2O2 issue de la photorespiration. Dans la régulation de l'expansion des lésions, nous proposons que AZI1 agirait d'une part localement pour induire la mort cellulaire et d'autre en inhibant la mort cellulaire d'une façon systémique. Dans des fonds génétiques sauvage Col-0 ou mutant cat2, l’analyse comparative de mutants d'insertion ADN-T pour les principaux photochromes (phyA , phyB) et cryptochromes (cry1, cry2) a permis d'étudier les interactions entre les stress et les fonctions des photorécepteurs. Il est apparu que, la mutation des gènes PHY comme CRY conduit a une stimulation de l’accumulation de glutathion H2O2 dépendante. En revanche, dans le fond génétique cat2 contrairement à la perte des fonctions PHY, la mutation des gènes cry conduit a une modulation du profil transcritomique induit par l’ H2O2. De plus, un criblage de conditions de stress sur les simples mutants cry a révélé une plus forte sensibilité de ces génotypes au stress osmotique, a l’ H2O2 et au paraquat. Globalement, ces données indiquent que l’ensemble des photorécepteurs et plus particulièrement les cryptochromes peuvent jouer un rôle dans la réponse à l’ H2O2 intracellulaire suggérant ainsi l’existence d’un réseau complexe permettant l’intégration de conditions environnementales et la détermination de réponses appropriées au stress. / During evolution, plants have developed mechanisms to perceive and respond to stress conditions. Reactive oxygen species (ROS) are important components of cell redox state that have been implicated in these responses. H2O2, an important ROS molecule in oxidative signalling, can be produced rapidly in photorespiration. In Arabidopsis, photorespiratory H2O2 is notably metabolized by CATALASE2 (CAT2). Responses to oxidative stress induced conditionally by photorespiratory H2O2 in the catalase-deficient mutant, cat2, are highly determined by growth daylength. In particular, lesion formation, accompanied by induction of a range of pathogenesis responses, is specific to the long day (LD) photoperiod: these responses are not observed in short days (SD), even though oxidative stress seems to be as marked as in LD. A whole-genome transcriptomics approach was used to explore gene expression patterns underlying these effects, and identified interactions between daylength and H2O2 and between daylength and CO2. In particular, the majority of H2O2-responsive genes in cat2 were up-regulated more strongly in SD air, though a subset of H2O2-induced genes showed a LD-specific response. Overall, this analysis indicates close networking between carbon status, light, and redox state in environmental responses. The most strongly H2O2-induced gene in LD was azelaic acid induced 1 (AZI1) and this gene was chosen for functional analysis using a genetic, biochemical and transcript profiling approach. Analysis of cat2 azi1 mutants revealed that AZI1 does not seem to play an important role in the plant response to sustained, continuous oxidative stress, but is influential when oxidative stress is abruptly induced, in this case, by transferring plants from high CO2 to air. Moreover, this study provided evidence that leaf-to-leaf communication is involved in regulating cell death spread in response to photorespiratory H2O2. In the regulation of this lesion spread, it is proposed that AZI1 acts both locally to promote cell death as well as systemically to inhibit it. Using a comparative analysis of T-DNA insertion mutants for the major phytochromes (phyA, phyB) and cryptochromes (cry1, cry2) introduced into the Col-0 or cat2 background, interactions between stress and photoreceptor function were analyzed. A stimulatory effect of both phy and cry mutations on H2O2-triggered glutathione accumulation was apparent. In contrast to loss of PHY function, both cry mutations modulated daylength-dependent H2O2-triggered transcriptome profiles in cat2. In addition, stress screening of single cry mutants revealed effects on osmotic, H2O2 and paraquat sensitivity. Overall, these data show that both kinds of photoreceptor, but particularly cryptochromes, can play a role in the response to intracellular H2O2, suggesting that there is an intricate network allowing integration of environmental information to determine appropriate responses to stress.

Tesis por compendio de publicaciones / La luz y los patrones de alimentación influyeron sobre el comportamiento, fisiología y reloj molecular de dos peces teleósteos. Se clonaron dos criptocromos de lubina (cry1 y cry2), expresándose en todos los tejidos estudiados y mostrando ritmos diarios de expresión en cerebro, hígado y corazón (excepto cry2). La fase (día/noche) de alimentación a demanda en lubina afecta a los patrones diarios de actividad amilasa intestinal y expresión de period1 en tejidos periféricos (i.e. hígado), pero no en cerebro. Durante las inversiones estacionales de alimentación de la lubina, mostraron mayores valores de glucosa sanguínea durante la fase de alimentación, revelando también los mayores valores medios en lubinas nocturnas invierno. El pez cebra utilizó un nuevo comedero a demanda, mostrando independencia de fase entre ritmos circadianos de alimentación (nocturno) y locomoción (diurno), con diferentes periodicidades. Además la actividad y posición del pez cebra resultó espectro-dependiente, provocando mayores efectos las longitudes de onda cortas. / Thesis summary in English Light and feeding patterns influence on the behaviour, physiology and molecular clock of two teleost fish. Two cryptochromes (cry1 and cry2) were cloned, being expressed in all studied tissues and showing daily rhythm of expression in brain, liver and heart (except cry2). The self-seabass feeding phase (day/night) affected on daily patterns of intestinal amylase activity and on the period1 expression in peripheral tissues (i.e. liver), but not in brain. During the seasonal feeding inversions in seabass, the highest blood glucose levels were shown during their feeding phase, revealing also the highest values in nocturnal seabass in winter. Zebrafish used a new self-feeding system, displaying phase-independence between feeding (nocturnal) and locomotor (diurnal) circadian rhythms, with different periodicities. Moreover, the zebrafish activity and vertical position were spectrum-dependent, being the main effects provoked by short-wavelengths.

農林水産研究情報センターで作成したPDFファイルを使用している。

Thesis (M.S.)--Uniformed Services University of the Health Sciences, 2005. / Running title: Seasonal affective disorder and melanopsin. Typescript (photocopy).

No description available.

Structurée en trois principaux chapitres, cette étude présente une approche pluridisciplinaire en combinant desanalyses spatiales et temporelles de la variabilité interannuelle des saisons de pluies d’une base de données agroclimatique,des essais phénologiques mensuelles d’une sélection de variétés photopériodiques de mil et de sorgholocales et améliorées, et l’utilisation conjointe d’un modelé de culture calibre pour les effets de la latitude et d’unSystème d’Information Géographique (SIG). Elle permet de tirer des conclusions originales et d’identifier lesenvironnements cibles prometteurs pour la vulgarisation des variétés de mil et de sorgho photopériodiques enAfrique de l’Ouest. Elle met en évidence l’existence de relations significatives entre les réponses phénologiques,le degré de sensibilité à la photopériode des variétés et les facteurs environnementaux, dont les principales sont :‒ La variabilité interannuelle des pluies en Afrique de l’Ouest durant les cinquante dernières années (1950-2000) est marquée par une diminution globale de la pluviométrie annuelle caractérisée par une variabilitéaccrue des dates de début de saison des pluies dans les latitudes basses que dans les latitudes élevées etune variabilité interannuelles des dates de fin de saison plus notable sur les latitudes du Nord plus quedans les basses latitudes au sud.‒ La distribution spatiale des variétés de mil et de sorgho photopériodiques est étroitement liée à larépartition spatiale et temporelle de la variabilité des dates de débuts et de fin de la saison de pluies. Lesvariétés photopériodiques se localisent essentiellement dans les basses latitudes ou la variabilité des datesde début de saison est plus élevée que celle des dates de fin de saison plus stable.‒ La réponse phénologique des variétés de mil et de sorgho photopériodiques est strictement dépendantede la date de semis et de la latitude. Les effets de la latitude sur la phénologie et la réactionphotopériodique des variétés est proportionnelle à la distance entre la zone de culture d’une variété et salatitude d’origine.‒ Le modèle de développement des céréales photopériodiques « Impatience » calibré et corrigé à cet effet(effet de la latitude) prévois et défini avec plus de précision les zones d’adaptation variétale optimale pourles variétés de mil et de sorgho photopériodiques en Afrique de l’Ouest.‒ L’adéquation entre la durée du cycle phénologique calibrée par le modèle de culture corrigé de l’effet dela latitude et celle observée dans les systèmes agraires à base de mil et de sorgho photopériodiques dansles agro-systèmes villageois au Mali valide le modèle les cartes d’adaptation variétale optimale. / Structured in three main chapters; this study addresses multidisciplinary approach combining spatial and temporalanalysis of interannual variability of rainfall, multi-locations trials of a large and representative sample of photoperiodicvarieties of sorghum and millet combined with a photoperiod response crop model and Geographic Information System(GIS). It allowed identifying specific target environment to promote the vulgarization of photoperiodic varieties ofsorghum and millet in West Africa. This study depicted significant relationships between phenology, PP sensitivityresponses and environmental factors, where the mains components are listed below:‒ The interannual rainfall variability in West Africa over the past fifty years (1950-2000) was marked by ageneral decrease in annual rainfall characterized by high variability in the onset of growing period at lowerlatitudes and an increase in the interannual variability of the end of growing period in the northern latitudeswith least significant variability through climatic periods.‒ The spatial distribution of PP sensitivity varieties of millet and sorghum is closely related to the spatial andtemporal distribution of the interannual variability of the onset and end dates of growing period. Photoperiodsensitive varieties are located mainly at lower latitudes where the interannual variability in the onset of thegrowing period is much higher than the end of the growing period.‒ Phonological response and expression of photoperiod sensitivity are strictly dependent on sowing date andlatitude. Effects of latitude on the expression of photoperiod sensitivity and phenology are proportional tolatitude.‒ The "impatience" sub-crop model calibrated and corrected for latitudinal effect predicts and identifies moreaccurately optimal varietal adaptation areas for sorghum and millet varieties in West Africa.‒ The adequacy between calibrated duration of the phonological cycle by the crop model adjusted for latitudinaleffect and that observed in farming systems in agro-systems in Mali, allowed to validate the predicted optimalvarietal adaptation maps by defined the model.

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