Thesis (Ph.D.)--University of Delaware, 2008. / Principal faculty advisors: Jack B. Gingrich and Douglas W. Tallamy, Dept. of Entomology & Wildlife Ecology. Includes bibliographical references.

Agriculture ditch management (i.e. removal of vegetation and/or sediments) may disturb native wildlife, such as amphibian bioindicator species. The objective of this thesis was to determine whether ditch management affected northern leopard frogs (Lithobates pipiens). Twelve embryo and tadpole health endpoints were compared in vegetated and managed (treeless or dredged) ditches using in situ cages in 2018 and 2019, while water quality was monitored. The managed treatment did not negatively affect frog health compared to the vegetated treatment. The significantly faster development and larger body size due to warmer water temperatures at the managed treatment were likely advantageous. The water quality was typical of the region regardless of the ditch treatment and the pesticide mixture detected had limited toxicity. The main effects of the studied ditch managements on resident L. pipiens (and potentially other amphibians) appeared sub-lethal, likely beneficial, and mainly the result of temperature differences. Although poorer embryo health was observed at the vegetated treatment, it was likely unrelated to ditch management and possibly due to high specific conductivity causing premature hatching and mortality. Ditch management may be less important for frog health than the surrounding land use, and efforts should be directed at increasing suitable habitat for amphibians in agroecosystems. La gestion des fossés agricoles (plus spécifiquement l'élimination de la végétation des bandes riveraines et /ou le dragage des sédiments) peut perturber la faune indigène, comme les espèces bio-indicateurs d'amphibiens. L'objectif de cette thèse était de déterminer si la gestion des fossés affectait la grenouille léopard du Nord (Lithobates pipiens). Douze paramètres d'évaluation de la santé des embryons et des têtards ont été comparés dans des fossés végétalisés et gérés (sans arbres ou dragués) à l'aide de cages expérimentales in situ en 2018 et 2019, pendant que la qualité de l'eau a été suivie. Le traitement géré n'a pas eu d'effets négatifs sur la santé des grenouilles par rapport au traitement végétalisé. Le développement beaucoup plus rapide et la taille corporelle plus grande en raison des températures plus chaudes de l'eau lors du traitement géré étaient probablement avantageux. La qualité de l'eau était typique de la région quel que soit le traitement du fossé et le mélange de pesticides détecté avait une toxicité limitée. Les principaux effets de la gestion des fossés étudiés sur L. pipiens résidents (et potentiellement d'autres amphibiens) semblaient sublétaux, probablement bénéfiques, et résultaient principalement de différences de température. Bien que la santé des embryons ait été moins bonne lors du traitement végétalisé, elle n'était probablement pas liée à la gestion des fossés et pourrait être due à une conductivité spécifique élevée entraînant une éclosion prématurée et la mortalité. La gestion des fossés peut être moins importante pour la santé des grenouilles que l'utilisation des terres environnantes, et les efforts de protection devraient être dirigés vers une augmentation générale de l'habitat approprié pour les amphibiens dans les agroécosystèmes.

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Les Wolbachia sont des α-Protéobactéries endocellulaires transmises maternellement et qui manipulent la reproduction des Arthropodes pour augmenter leur transmission. Chez le moustique Culex pipiens, Wolbachia induit l'incompatibilité cytoplasmique (IC) qui se traduit par une forte mortalité embryonnaire lors de croisements entre individus infectés par des souches incompatibles de Wolbachia. Ce moustique se caractérise par une forte diversité génétique de ses Wolbachia (nommées wPip) et par des patrons d'IC complexes. Nous avons examiné les mécanismes qui façonnent la dynamique de cette association symbiotique aux niveaux génomique, phénotypique et populationnel. Nous avons montré que les souches wPip ont une origine génétique commune récente et qu'elles s'organisent en groupes génétiques présentant une structuration géographique. Nous avons mis en évidence des évènements de recombinaison entre souches wPip qui pourraient jouer un rôle majeur dans la diversité génétique des Wolbachia et dans l'évolution rapide des patrons d'IC. En croisant des lignées de moustiques d'origines géographiques diverses et infectées par des souches de différents groupes génétiques, nous avons montré que les IC (i) évoluent très rapidement chez Cx. pipiens; (ii) sont contrôlées par plusieurs déterminants génétiques, et (iii) qu'il y a une relation entre les patrons d'IC et les groupes génétiques des Wolbachia. Dans les populations naturelles, il apparaît que les IC sont contre sélectionnées au sein d'une population mais qu'une zone de contact entre populations infectées par des souches incompatibles peut se maintenir de façon stable. / Wolbachia are maternally inherited endocellular α-Proteobacteria that manipulate the reproduction of Arthropods to promote their own transmission. In the mosquito Culex pipiens, Wolbachia induce cytoplasmic incompatibility (CI) which results in high embryonic mortality in crosses between mosquitoes infected with incompatible Wolbachia strains. This mosquito is characterized by high genetic diversity of its Wolbachia (referred as wPip strains) and by complex CI patterns. We examined mechanisms that shape the dynamics of this symbiotic association at genomic, phenotypic and field population levels to understand how it evolves. We showed that wPip strains have a unique and recent evolutionary origin and that their diversity clusters into distinct genetic groups with a geographic structure. We revealed the existence of extensive recombinations among wPip strains, which could influence their adaptive dynamics by creating new wPip strains and thus allow the rapid emergence of new CI patterns. The analysis of crossing relationships between mosquito lines from different geographic origins and infected with wPip strains belonging to different genetic groups showed that CIs (i) evolve rapidly in Cx. pipiens; (ii) are controlled by several genetic factors, and (iii) there is a significant relationship between CI patterns and genetic divergence of wPip strains. In field populations, it appears that CIs are selected against within a population but a contact zone between populations infected by incompatible Wolbachia strains can be stably maintained.

Le Virus du Nil Occidental (VNO) et le Virus de la Fièvre de la Vallée du Rift (VFVR) sont deux arbovirus transmis par le moustique Culex pipiens comprenant deux biotypes: pipiens et molestus. Au cours de ce projet, nous avons évalué la circulation du VNO au Liban dans des populations de moustiques, des humains, des chevaux et des poulets. Nous avons aussi évalué la compétence vectorielle des populations locales de Cx. pipiens à transmettre le VNO et le VFVR.Des moustiques ont été récoltés et testés pour la présence d’un gène spécifique du VNO. En plus, des sérums humains, de chevaux et de poulets ont été analysés pour rechercher des anticorps spécifiques par ELISA puis confirmés par neutralisation. En outre, des spécimens de Cx. pipiens ont été infectés avec la lignée 1 du VNO ou la souche de VFVR Clone 13. Ensuite, les taux d’infection, de dissémination et de transmission ont été déterminés à différents jours après infection des moustiques. La compétence vectorielle a été comparée entre les différents biotypes.Les résultats entomologiques ont révélé que Cx. pipiens est dominant (87.2%). Tous les moustiques analysés étaient négatifs pour le VNO. Les taux de séroprévalence étaient de 1.01% et 1.98% parmi les humains et les chevaux respectivement. De plus, Cx. pipiens s’est révélé bien plus compétent pour transmettre le VNO que le VFVR. Le biotype molestus est capable de transmettre le VNO plus tôt que celui de pipiens. Cette étude présente des preuves sur une faible circulation du VNO au Liban. Cx. pipiens s’est révélé compétent pour assurer cette transmission. Ainsi, il est essentiel d'établir des programmes de surveillance pour prévenir les éventuelles épidémies. / West Nile virus (WNV) and Rift Valley Fever virus (RVFV) are two emerging arboviruses that have never been reported in Lebanon. They can be transmitted by Culex pipiens mosquito species including two biotypes: pipiens and molestus. During this project, we assessed the circulation of WNV among mosquitoes, human, horse and chicken populations in Lebanon. Moreover, we evaluated, under experimental conditions, the capacity of local Cx. pipiens biotypes to transmit both viruses.Adult mosquitoes were collected, identified and tested to detect WNV RNA. Besides, human, horse and chicken blood samples were collected and screened for WNV antibodies using an in-house ELISA and then confirmed by neutralization assay. Moreover, local Cx. pipiens specimens were experimentally infected with WNV lineage 1 or RVFV Clone 13 strain. The viral infection, dissemination and transmission were then estimated at different days post infection.The vector competence was compared between Cx. pipiens biotypes.Entomological results revealed that 87.2% of collected adult mosquitoes were Cx. pipiens. Screened mosquitoes were negative for WNV. Seroprevalence rates were 1.01% and 1.98% among humans and horses respectively. Besides, local Cx. pipiens were highly competent for WNV transmission and to a lesser extent to RVFV. The molestus biotype was able to transmit WNV earlier than pipiens biotype.The present study provides new evidence of a low circulation of WNV among human and horses in Lebanon. Cx. pipiens is the suspected vector and is experimentally competent to ensure transmission. Therefore, there is a need to establish surveillance program to predict and prevent potential outbreaks.

Mosquito species of the Culex genus are the enzootic vectors for several bird-associated viruses that cause disease in humans. In Europe, these viruses include Sindbis (SINV), West Nile and Usutu viruses. The morphologically similar females of Cx. torrentium and Cx. pipiens are potential vectors of these viruses, but difficulties in correctly identifying the mosquito species have caused confusion regarding their respective distribution, abundance, ecology, and consequently their importance as vectors. Species-specific knowledge from correctly identified field material is however of crucial importance since previous research shows that the relatively unknown Cx. torrentium is a far more efficient SINV vector than the widely recognized Cx. pipiens. The latter is involved in the transmission of several other viruses, but its potential importance for SINV transmission is debated. In this thesis I describe the development of a molecular method for species identification, based on reliably identified males of Cx. torrentium and Cx. pipiens. This identification method was then used in consecutive studies on the distribution and relative abundance of the two species in Sweden and 12 other European countries, SINV field infection rates in mosquitoes identified to species level, and evaluation of potential trap bias associated with common sampling techniques. The results showed that Cx. torrentium is a far more common species in Europe than previously assumed. In Sweden and Finland, it is the dominant species, accounting for 89% of the sampled Culex population. In central Europe, it is equally common to Cx. pipiens, while Cx. pipiens dominates south of the Alps Mountain range. Larvae of both species are often found together in both artificial containers (e.g. car tires) and natural sites. Also, a trapping bias against Cx. torrentium was revealed for CDC-traps. For the first time, SINV was isolated from species-identified Cx. torrentium and Cx. pipiens mosquitoes caught in the field, with Cx. torrentium being superior in infection rates (36/1,000 vs. 8.2/1,000). Future studies on SINV, as well as other mosquito-borne bird viruses in Europe, can hopefully gain from the baseline information provided here, and from principles of vector discrimination discussed in the thesis.

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