Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Le genre Iris appartenant à la famille des Iridacées comprend plus de 220 espèces distribuées à travers l’hémisphère Nord. La section Oncocyclus (Siems.) Baker de ce genre est confinée au Sud-ouest de l’Asie et comprend plus de 65 espèces au statut taxonomique souvent discuté.La présente étude porte sur le complexe d’espèces d’Iris évoluant dans les pays de la Méditerranée orientale : Liban, Syrie, Jordanie, Palestine/Israël, Arménie, Turquie et Iran.Le taux d’endémisme au sein de ce genre est relativement élevé et la cueillette excessive ainsi que la destruction de leurs habitats menace un grand nombre de ces espèces.En vue de préciser le statut taxonomique des espèces et d’élucider les relations phylogénétiques qui les relient plusieurs méthodes sont employées : l’analyse de la taille du génome, l’étude du caryotype, l’organisation du génome basée sur la localisation des gènes ribosomiques et l’étude de la structuration de la diversité génétique et la phylogénie basée sur des marqueurs moléculaires nucléaires et chloroplastiques.Les études de laboratoires sont complétées par des travaux de terrain afin de suivre l’évolution de la dynamique des taxons endémiques du Liban en vue de leur préservation.Au cours de notre étude, les régions ITS, TrnL-F et matk de tous les iris du Liban et 20 Oncocylus de la région Est-Méditerranéenne ont été séquencées pour construire les arbres phylogénétiques. Les deux techniques FISH et Feulgen ont été appliquées sur plusieurs espèces Oncocyclus du Liban. Des études cytogénétiques approfondies ont été menées sur toutes les espèces d’Iris collectées. / The Iris genus belonging to the Iridaceae family includes over 220 species distributed throughout the Northern Hemisphere. The Oncocyclus section (Siems.) Baker is confined to the Southwest Asia and includes more than 65 species with a discussed taxonomic status.This study focuses on the Iris species complex evolving in the countries of the Eastern Mediterranean Region: Lebanon, Syria, Jordan, Palestine / Israel, Armenia, Turkey and Iran.The rate of endemism within this genus is relatively high. The overharvesting and the destruction of their habitats threaten many of its species.To clarify the taxonomic status of the species and to elucidate the phylogenetic relationships that connect them, several methods are used: the analysis of the genome size, the study of the karyotype, genome organization based on the ribosomal genes location and the study of genetic diversity and phylogeny based on nuclear and chloroplast molecular markers.Laboratory studies are complemented by field work to monitor the dynamics of Lebanon's endemic taxa for their preservation.In our study, the ITS regions, trnL-F and matK of all Lebanese irises and 20 Oncocylus irises of the East Mediterranean region were sequenced to construct phylogenetic trees. Both techniques FISH and Feulgen were applied to several Lebanese Oncocyclus species. Extensive cytogenetic studies have been conducted on all species of collected Iris taxa.

La phylogénie moléculaire reconstruit des relations de parenté entre unités évolutives, en se basant sur des changements structurels au niveau moléculaire (ADN, protéines). Elle constitue donc un outil précieux pour déchiffrer l'évolution spatio-temporelle de la biodiversité. Le présent travail examine l'histoire évolutive d'un groupe de criquets (Insecta: Orthoptera: Caelifera), par le biais de méthodes phylogénétiques (parcimonie, maximum de vraisemblance et bayésienne) et de datation, appliquées à l'étude de séquences d'ADN nucléaire et mitochondrial combinées. Dans un premier temps, nous étudions la sous-famille Melanoplinae (Orthoptera: Acrididae) et l'une de ses tribus, Podismini, pour éclaircir leur histoire évolutive, la resituer dans un contexte paléobiogéographique, et la mettre en relation avec la taxonomie existante. Dans un deuxième temps, les méthodes de reconstruction phylogénétiques et de datation sont appliquées à l'étude de la dynamique de l'évolution concertée au sein de l'espèce Podisma pedestris, en analysant le polymorphisme intra- et interindividuels de l'ADN ribosomal, i.e. gènes et pseudogènes d'ITS1.

La diatomée Haslea ostrearia a longtemps été considérée comme le seul organisme apte à produire un pigment surnuméraire bleu nommé marennine, connu pour son rôle dans le verdissement des branchies des huîtres affinées dans les bassins ostréicoles. Certains des mécanismes et facteurs influençant l’entrée de cette diatomée en phase de reproduction sexuée (auxosporulation) ont été mis en évidence, tels la concentration cellulaire, la qualité de l’éclairement incident, ou le préconditionnement des algues. La découverte dans le cadre d’un projet européen, de populations de diatomées apparentées à H. ostrearia en divers points du globe a conduit à la description et l’identification de trois nouvelles espèces de diatomées bleues : Haslea silbo sp. nov. des îles Canaries, Haslea karadagensis sp. nov., provenant de Mer Noire et Haslea provencialis sp. nov. de Méditerranée Occidentale. La première phylogénie moléculaire de ces espèces de diatomées bleues, ainsi que d’autres espèces de diatomées appartenant au genre Haslea, a été réalisée en utilisant trois marqueurs génétiques, la cassette ribosomale ITS1-5,8S-ITS2, le gène chloroplastique rbcL ainsi qu’un fragment du gène mitochondrial cox1. Ces trois marqueurs moléculaires montrent que les diatomées bleues forment un clade distinct au sein du genre Haslea. De plus, l’existence de deux populations d’H. ostrearia originaires des côtes françaises et suédoises sexuellement compatibles a permis d’étudier la variabilité génétique intraspécifique, en mettant en évidence quelques différences au niveau de la séquence du gène cox1. Ces différences ont également permis d’étudier chez la progéniture obtenue par croisements de ces populations, la répartition et l’héritabilité de l’ADN mitochondrial. Par ailleurs, la spectophotométrie UV-visible et la spectométrie Raman ont été utilisées pour poursuivre la caractérisation physico-chimique des pigments bleus de ces diatomées. L’existence de pigments distincts chez les nouvelles espèces de diatomées bleues a permis de proposer une première classification chimiotaxonomique. Enfin, les activités biologiques de la marennine et du pigment de l’espèce ukrainienne, H. karadagensis, ont été étudiées grâce à la détermination de leurs propriétés antibactériennes et antivirales. / The diatom Haslea ostrearia has long been considered as the only organism able to produce a blue pigment called marennine, known for greening oysters’ gills in fattening ponds. Key factors for the triggering of this diatom’s sexual reproduction (auxosporulation) have been evidenced, such as cell concentration, light quality or light conditioning. In the aim of a European project, new species of blue diatoms have been discovered : Haslea silbo sp. nov. from the Canary Islands, Haslea karadagensis sp. nov. from the Black Sea and Haslea provincialis sp. nov. from the Mediterranean Sea. A first molecular phylogeny of the genus Haslea has been made using three markers : ITS1-5.8S-ITS2, rbcL and cox1. Blue diatoms appeared to belong to a distinct cluster inside the genus. Availability of two H. ostrearia populations from France and Sweden, sexually compatibles but bearing differences in their cox1 sequences allowed studying the distribution and inheritance of the mitochondrial DNA during auxosporulation. Moreover, UV-visible spectrophotometry and Raman spectometry have been used for pigments’ characterization. Existence of distinct pigments in the newly described species led to the proposal of a chemotaxonomic classification. Finally, biological activities of marennine and H. karadagensis’ pigments have been studied in regards of their antibacterial and antiviral properties.

L’étude de la diversité des espèces de poissons habitant les récifs coralliens fascine les chercheurs du monde entier depuis plus de 200ans. Comment ces organismes qui n’occupent que 1% de la surface des océans du globe ont-ils pu former un des groupes les plus riches des vertébrés existants ? La complexité de cette question ne réside pas seulement dans l’exceptionnelle diversité de formes, de couleurs et de comportements de ces espèces mais aussi dans l’inégale répartition de cette richesse. Des explorations du lagon de Mayotte, des côtes Cubaines ou de la grande barrière de corail donneront des perspectives très différentes de la diversité des poissons coralliens. Ces différences très importantes sont le résultat de processus ayant modelé, pendant des millions d’années, la répartition des espèces coralliennes, leur morphologie et leur comportement. Pendant ces millions d’années d’évolution, les poissons coralliens, ainsi que les espèces de coraux qui les abritent, ont été confrontés à des changements drastiques des conditions climatiques et à la dérive des continents. C’est l’influence de ces facteurs sur la répartition et la diversité des poissons coralliens, que j’ai étudié pendant ma thèse. Comprendre comment les espèces et les écosystèmes ont réagi aux changements environnementaux passés peut nous apporter des clés essentielles pour anticiper les changements à venir des écosystèmes que nous connaissons, sous l’influence des changements globaux. Les récifs coralliens étant sous une menace de plus en plus présente, je me suis particulièrement intéressé à l’influence de la disponibilité de l’habitat corallien sur les processus d’extinction, de dispersion et de spéciation (formation de nouvelles espèces par divergence génétique) des poissons coralliens.Afin de répondre à ces objectifs, plusieurs méthodes ont été employées. Dans un premier temps, une approche descriptive basée sur la répartition de la co-occurrence entre espèces sœurs et une comparaison entre une reconstruction globale de la dynamique des habitats coralliens allant du Crétacé (≈ -140 millions d’années) et les taux de diversification de plusieurs grands groupes de poissons récifaux, ont permis de montrer que les taux de diversification de plusieurs familles de poissons récifaux étaient dépendant de la fragmentation des habitats coralliens, et d’observer la concordance entre des évènements climatiques et tectoniques majeurs et l’évolution de la biodiversité des poissons coralliens.Après avoir identifié un lien entre fragmentation de l’habitat corallien et la diversification des poissons, une grande question demeure : Comment cette dynamique de l’habitat influence-t-elle dans l’espace et le temps la diversité des poissons récifaux ? Pour répondre à cette question, une approche unique permettant de modéliser la dispersion, la spéciation et l’extinction des espèces dans un espace formé de grilles d’habitat dynamique a été développée et appliquée à plusieurs clades d’organismes marins côtiers (coraux, palétuviers et poissons). Cette approche a permis de démontrer comment la dérive des continents a contraint la dynamique de l’habitat corallien et a façonné les gradients de diversité de plusieurs groupes d’organismes marins côtiers. Enfin, l’extension de cette approche aux récifs tempérés, a permis de montrer l’interaction entre l’influence de la dérive des continents et des processus écologiques sur la colonisation et le maintien d’espèces de poissons récifaux dans les milieux tempérés, expliquant en partie la formation du gradient latitudinal de diversité des poissons récifaux.Ces travaux ouvrent la voie vers l’utilisation d’une nouvelle génération de modèles spatialisés de diversification et la prise en compte de la dynamique des habitats passés dans l’étude des processus de diversification. / The exceptional diversity of fishes that inhabit coral reefs fascinates researched from all over the world since over 200years. How can those organisms, that only occupy 1% of the surface of the oceans, form one of the richest group of extant vertebrates? The complexity of this question does not only lie in the extraordinary diversity of morphologies, colors and behaviors, but also roots in the heterogeneous repartition of that richness. Explorations of Mayotte’s lagoon, Cuban coasts or the great barrier reef will show different perspectives of coral-reef fish’ diversity. Those pervasive differences are the result of processes that shaped, during millions of years the repartition of coral-reef species, their morphology and their behavior. During those millions of years of evolution, coral-reef fishes along with species that shelter them, faced massive climatic and tectonic changes. During my PhD, I studied the influence of those factors on the repartition and the diversity of coral-reef fishes. Understanding how species and ecosystems responded to important environmental changes can provide essential insights to anticipate future changes of ecosystem composition and functioning under global changes’ pressure. As coral-reefs are under more and more threatening pressures, I particularly focused on the influence of coral habitat availability on extinction, dispersion and speciation processes of coral-reef fishes.To achieve this goal, several methods have been employed. First, a descriptive approach based on sister-species co-occurrence patterns and the comparison between a global reconstruction of coral-reef habitat dynamics from the Cretaceous (≈ -140 million years) to present and the evolution of several speciose groups of coral-reef fishes permitted to identify a link between diversification rates of several groups of coral-reef fishes and coral habitat fragmentation and to observe the concordance between major earth-history events and biodiversity dynamics of coral-reef fishes.After the identification of a link between habitat fragmentation and coral-reef fishes’ diversification, an important question remains: What are the mechanisms underlying the influence of habitat dynamics on temporal and spatial variations of reef-fish biodiversity? To answer this question a unique approach allowing modeling of species dispersal, extinction and speciation in a gridded space varying in function of habitat dynamics, has been developed and applied to several groups of coastal marine organisms (corals, mangroves, fishes). This approach provided mechanistic insights about how plate movements drove coral reef habitat dynamics and shaped biodiversity gradients of several groups of coastal marine organisms. Finally, the extension of this approach to temperate reefs (rocky reefs), provided mechanistic insights about the interplay between the influence of tectonic events and ecological processes in the formation of present-day latitudinal gradient of biodiversity of reef-fishes.This thesis paves the way towards the use of a new generation of spatialized mechanistic models of macroevolution and the consideration of the influence of past-habitat dynamics in the study of diversification processes.

Durant cette thèse je me suis intéressé à l'évolution profonde du vivant, depuis le dernier ancêtre commun universel (LUCA) jusqu'aux ancêtres des trois grands royaumes, les Archées, les Bactéries et les Eucaryotes. J'ai notamment cherché à placer quelques organismes dans l'arbre de la vie, tels que la bactérie Aquifex aeolicus et l'archée Cenarchaeum symbiosum, et j'ai également étudié l'évolution des températures de croissance il y a plusieurs milliards d'années. Pour ce faire, j'ai développé des algorithmes afin de reconstruire l'évolution de séquences géniques, puis j'ai utilisé ces séquences pour prédire les températures optimales de croissances d'organismes aujourd'hui éteints. Mes collègues et moi-même estimons que LUCA ne vivait pas à très haute température, mais que ses directs descendants les ancêtres des Bactéries et du groupe comprenant les Archées et les Eucaryotes vivaient dans des environnements plus chauds. Cela signifie que les deux lignées venant de LUCA ont subi le même type d'évolution en parallèle, qui pourrait avoir été causée par une seule et même pression de sélection. Cette pression pourrait être le résultat d'un intense bombardement météoritique il y a 3.8 milliards d'années, et avoir été accompagnée d'un changement depuis un génome à ARN pour LUCA vers des génomes à ADN pour ses descendants. Ensuite, dans la lignée des Bactéries, les températures optimales de croissance ont chuté, ce qui pourrait correspondre à l'évolution de la température des océans au cours des 3.5 derniers milliards d'années.

La diatomée Haslea ostrearia a longtemps été considérée comme le seul organisme apte à produire un pigment surnuméraire bleu nommé marennine, connu pour son rôle dans le verdissement des branchies des huîtres affinées dans les bassins ostréicoles. Certains des mécanismes et facteurs influençant l'entrée de cette diatomée en phase de reproduction sexuée (auxosporulation) ont été mis en évidence, tels la concentration cellulaire, la qualité de l'éclairement incident, ou le préconditionnement des algues. La découverte dans le cadre d'un projet européen, de populations de diatomées apparentées à H. ostrearia en divers points du globe a conduit à la description et l'identification de trois nouvelles espèces de diatomées bleues : Haslea silbo sp. nov. des îles Canaries, Haslea karadagensis sp. nov., provenant de Mer Noire et Haslea provencialis sp. nov. de Méditerranée Occidentale. La première phylogénie moléculaire de ces espèces de diatomées bleues, ainsi que d'autres espèces de diatomées appartenant au genre Haslea, a été réalisée en utilisant trois marqueurs génétiques, la cassette ribosomale ITS1-5,8S-ITS2, le gène chloroplastique rbcL ainsi qu'un fragment du gène mitochondrial cox1. Ces trois marqueurs moléculaires montrent que les diatomées bleues forment un clade distinct au sein du genre Haslea. De plus, l'existence de deux populations d'H. ostrearia originaires des côtes françaises et suédoises sexuellement compatibles a permis d'étudier la variabilité génétique intraspécifique, en mettant en évidence quelques différences au niveau de la séquence du gène cox1. Ces différences ont également permis d'étudier chez la progéniture obtenue par croisements de ces populations, la répartition et l'héritabilité de l'ADN mitochondrial. Par ailleurs, la spectophotométrie UV-visible et la spectométrie Raman ont été utilisées pour poursuivre la caractérisation physico-chimique des pigments bleus de ces diatomées. L'existence de pigments distincts chez les nouvelles espèces de diatomées bleues a permis de proposer une première classification chimiotaxonomique. Enfin, les activités biologiques de la marennine et du pigment de l'espèce ukrainienne, H. karadagensis, ont été étudiées grâce à la détermination de leurs propriétés antibactériennes et antivirales.

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.

Les interactions avec les pollinisateurs font partie de la niche écologique des orchidées et ont joué un rôle dans leur diversification taxonomique et florale. Au cours de cette thèse, j’ai d’abord analysé l’architecture du réseau orchidées-pollinisateurs en région Euro-Méditerranéenne et montré que la similarité de niches de pollinisation entre orchidées était fonction de leur distribution spatio-temporelle, suggérant un certain opportunisme dans les interactions orchidées-pollinisateurs. Je me suis ensuite intéressée au rôle des pollinisateurs dans l'évolution des traits floraux dans deux groupes d’orchidées. J’ai d’abord montré une différentiation dans les traits floraux des trois taxa du groupe Anacamptis coriophora, probablement causée et maintenue par un processus de sélection divergente. En cartographiant les interactions avec les pollinisateurs et les odeurs florales sur la phylogénie de la section Pseudophrys, j’ai ensuite montré que l'évolution de l'odeur florale était conditionnée par une sélection exercée par les pollinisateurs et par des contraintes phylogénétiques. Enfin, j’ai mis au point une démarche de taxonomie intégrative basée sur des données moléculaires, morphométriques et chimiques dans le genre Ophrys. Avec cette démarche, j’ai confirmé le rang taxonomique des trois espèces du groupe O. insectifera et proposé de fusionner deux paires d’espèces parmi les Pseudophrys. Une meilleure compréhension des facteurs qui façonnent la niche de pollinisation et du rôle des pollinisateurs dans l'évolution des traits floraux et la spéciation chez les orchidées Euro-Méditerranéennes devrait nous permettre d’améliorer la conservation de ces espèces emblématiques. / Interactions with pollinators are part of orchids’ ecological niches and have played a role in their taxonomic and floral diversification. During this thesis, I have analysed the architecture of the orchid-pollinator network in the Euro-Mediterranean region and shown that similarity in pollination niches between orchids primarily depends on their spatio-temporal distribution, suggesting that orchid-pollinator interactions are more opportunistic than previously thought. Then, I have been interested in the role of pollinators in floral trait evolution in two orchid groups. I have shown a differentiation in floral traits of the three taxa of the Anacamptis coriophora group, probably caused and maintained by a process of divergent selection. Then, by mapping interactions with pollinators and floral odours on the phylogeny of the section Pseudophrys, I have shown that floral odour evolution is conditioned by pollinator-mediated selection and by phylogenetic constraints. Finally, I have developed an integrative taxonomic approach based on molecular, morphometric and chemical data in the genus Ophrys. With this approach, I have confirmed the taxonomic rank of the three species of the O. insectifera group and proposed to merge two species pairs among Pseudophrys. A better understanding of the factors that have shaped pollination niches and of the role of pollinators in floral trait evolution and speciation in Euro-Mediterranean orchids should allow us to improve the conservation of these emblematic species.

La culture de saules (Salix sp.) est une pratique courante en Europe et en Amérique du Nord pour produire de la biomasse végétale. Cependant, le développement d’outils moléculaires est très récent. De plus, la phylogénie des saules est incomplète. Il y a un manque d’information pour les programmes de sélection d'espèces indigènes et pour la compréhension de l’évolution du genre. Le genre Salix inclut 500 espèces réparties principalement dans les régions tempérées et boréo-arctique de l’hémisphère nord. Nous avons obtenu l’ensemble des espèces retrouvées naturellement en Amérique (121 indigènes et introduites). Dans un premier temps, nous avons développé de nouveaux outils moléculaires et méthodes : extraction d’ADN, marqueurs microsatellites et gènes nucléaires. Puis, nous avons séquencé deux gènes chloroplastiques (matK et rbcL) et la région ITS. Les analyses phylogénétiques ont été réalisées selon trois approches : parcimonie, maximum de vraisemblance et Bayésienne. L’arbre d’espèces obtenu a un fort support et divise le genre Salix en deux sous-genres, Salix et Vetrix. Seize espèces ont une position ambiguë. La diversité génétique du sous-genre Vetrix est plus faible. Une phylogénie moléculaire complète a été établie pour les espèces américaines. D’autres analyses et marqueurs sont nécessaires pour déterminer les relations phylogénétiques entre certaines espèces. Nous affirmons que le genre Salix est divisé en deux clades. / Fast growing willows (Salix sp.) are increasingly used in Europe and North America for biomass production and other environmental applications. However, the development of molecular tools is recent. The phylogeny of willows is incomplete, which slows down the selection of suitable native species and the development of improvement programs. The genus Salix includes approximately 500 species worldwide, and these are mainly located in temperate and cold regions of the Northern Hemisphere. We gathered leaf material from all 121 willows of North America (species native and introduced). We developed three molecular tools-methods: DNA extraction, SSR markers, and nuclear genes. We sequenced two chloroplast genes matK and rbcL and the ITS region. Phylogenetic analyses were carried out using parsimony, maximum likelihood and Bayesian approaches. The species tree provides strong support for a division of the genus into two subgenera, Salix and Vetrix. Sixteen species have ambiguous positions. A complete molecular phylogeny of American willows has been established. It needs to be confirmed and further resolved using other molecular data. Nonetheless, the genus clearly has two clades.