Le mutualisme est une relation ubiquiste qui est étudiée sérieusement par les écologistes depuis les années 70. Les fourmis, de part leur rôle écologique au sein des écosystèmes, ont développé des relations de mutualisme avec de nombreux organismes et fournissent donc un modèle intéressant pour l'étude de cette interaction. La relation développée avec des herbivores de l'ordre des Homoptères et plus particulièrement les pucerons a été bien étudiée. Divers bénéfices pour les pucerons ont ainsi été mis en évidence, et il semble que la protection contre les ennemis naturels soit le bénéfice majeur retiré de cette association. Cependant, quelques ennemis naturels, surtout parmi les parasitoïdes, ont été identifiés comme étant capables d'exploiter les colonies de pucerons malgré la présence de fourmis par des mécanismes physiologiques, morphologiques ou comportementaux. Cette étude se divise en trois sections. Le premier chapitre explore les facteurs qui influencent le nombre de fourmis que l'on retrouve au sein des colonies de pucerons. Le nombre de pucerons est alors le principal facteur déterminant le nombre de fourmis que l'on rencontre sur les colonies de pucerons. La date, souvent reliée au nombre de pucerons, influence également le nombre de fourmis. Ce chapitre montre aussi qu'il existe une hiérarchie dans l'entretien des différentes espèces de pucerons rencontrées. Le second chapitre étudie la composition de la guilde aphidiphage que l'on retrouve sur les colonies de pucerons en présence de fourmis. L'ensemble de ces ennemis naturels est divisé en trois guildes distinctes en fonction de leur comportement de prédation: les prédateurs actifs qui déclenchent des réactions défensives chez leurs proies et dont les mouvements sont rapides, les prédateurs furtifs qui ne déclenchent pas de réaction défensive chez leur proie et dont les mouvements sont réduits, et enfin les parasitoïdes qui pondent sur ou dans leur proie. Nous avons alors postulé que les prédateurs furtifs et les parasitoïdes seront dominants au sein des colonies entretenues. Les prédateurs actifs sont alors les plus affectés quels que soit le système plante-pucerons étudié. À l'inverse, les prédateurs furtifs sont dominants au sein de ces communautés sur le chardon et le pommier. Les parasitoïdes sont eux dominants sur asclépiade. L'exclusion des prédateurs actifs par les fourmis semble alors privilégier les ennemis naturels plus vulnérables comme les prédateurs furtifs ou les parasitoïdes. Le troisième chapitre étudie la capacité d'un prédateur furtif, Aphidoletes aphidimyza, à se maintenir au sein de colonies de pucerons entretenues par les fourmis, ainsi que l'impact du mouvement sur ce maintien. La présence de fourmis n'affecte pas le maintien du prédateur furtif contrairement au prédateur actif, Harmonia axyridis. La comparaison entre les larves mobiles et immobiles du prédateur actif montre alors que le mouvement semble affecter l'agressivité des fourmis envers les ennemis naturels. Cette étude explore donc diverses facettes de la relation de mutualisme fourmis-pucerons, ainsi que l'impact de cette interaction sur les ennemis naturels associés aux pucerons. Plusieurs questions évolutives, qui nécessiteront des études complémentaires pour y répondre, sont alors soulevées par ces résultats. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Mutualisme, Trade off coûts-bénéfices, Comportement de prédation, Guilde aphidiphage, Prédation furtive, Mouvements, Zone libre d'ennemi.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2009. / Bibliogr.: f. [48]-56. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

La prédation intraguilde (lGP) est maintenant reconnue comme courante et affecte la distribution, l'abondance et l'évolution des populations d'une communauté d'insectes. Les guildes aphidiphages constituent un modèle intéressant pour l'étude de l'IGP puisqu'elles incluent bon nombre de prédateurs, parasitoïdes et organismes pathogènes qui, étant donné la distribution contagieuse dans le temps et l'espace de leurs proies, peuvent facilement se retrouver en relation d'IGP. Nombreuses sont maintenant les études portant sur cette relation. Toutefois, il reste un mode de prédation dont les caractéristiques par rapport à l'lGP demeurent encore méconnues: la prédation furtive (permet de conserver la cohésion de la colonie en ne provoquant pas ou peu de réactions défensives chez les proies). Le but de cette étude a donc été de caractériser deux aspecls pouvant influencer une relation d'IGP entre un prédateur actif, un des modes de prédation les plus fréquents au sein des guildes aphidiphages, et un prédateur furtif. Cette étude présente par conséquent trois chapitres. Le premier chapitre effectue une revue de littérature afin d'introduire et d'expliquer les concepts nécessaires à la compréhension du système étudié. Ce système se compose du prédateur actif Harmonia axyridis Pallas (Coléopt. : Coccinellidae), du prédateur furtif Aphidoletes aphidimyza Rondani (Dipt. : Cecidomyiidae), et de deux proies extraguildes, Acyrthosiphon pisum (Harris) et Myzus persicae (Sulzer) (Hemipl. : Aphididae). Le deuxième chapitre explore les effets directs (lGP) et indirects (pucerons disponibles à la consommation et pucerons disponibles à un effet de dilution) occasionnés par la présence du prédateur actif sur le prédateur furtif au sein d'une colonie de pucerons. Les résultats obtenus démontrent qu'A .. aphidimyza est hautement vulnérable à la présence d'un prédateur intraguilde actif. Finalement, le troisième chapitre étudie l'impact du comportement défensif de chute, retrouvé chez certaines espèces de pucerons, sur la relation d'lGP entre les prédateurs actif et furtif. Les résultats obtenus montrent que le comportement de chute augmente les risques d'IGP, mais que d'autres comportements défensifs, tels que le retrait, peuvent entraîner des taux d'lGP similaires. Cette étude explore donc deux aspects de l'IGP entre agents de lutte biologique pouvant influencer le contrôle des populations d'insectes indésirables. Plusieurs questions, qui nécessiteront des études complémentaires, sont soulevées. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Prédation intraguilde, Prédateur furtif, Prédateur actif, Comportements défensifs, Cécidomyie du puceron, Coccinelle asiatique, Puceron du pois, Puceron vert du pêcher.

Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 2003. / Titre de l'écran-titre (visionné le 26 mars 2004). Bibliogr.

En partant d’études plus récentes qui visent à élucider de quelle façon des accessions de pommes de terre sauvages sont résistantes envers les pucerons, notamment le puceron de la pomme de terre, Macrosiphum euphorbiae (Thomas), et le puceron vert du pêcher, Myzus persicae (Sulzer), et également envers le doryphore de la pomme, Leptinotarsa decemlineata (Say), on a choisi 16 variétés de Solanum sauvages. Il est important de noter dès le début, que pour la grande majorité de variétés de plantes utilisées dans notre étude, on avait des informations sur leur résistance envers les trois insectes ravageurs déjà nommés, mais pas nécessairement au niveau des accessions. On a mis en place deux dispositifs expérimentaux pour vérifier la résistance relative envers ces deux pucerons. Les deux dispositifs ont été déployés dans un champ qui faisait partie d’une ferme commerciale de pomme de terre, à 80 km au sud-est de Montréal. Le premier dispositif comportait 12 accessions de Solanum sauvages et un témoin, Solanum tuberosum, une variété commerciale. Les plantes ont été distribuées au hasard sur une ligne. La ligne a été répliquée trois fois. L’infestation des plantes a été faite de façon naturelle. Le comptage des pucerons et d’autres insectes trouvés sur les plantes a été effectué hebdomadairement. Les résultats obtenus démontrent que Solanum oplocense et Solanum tarijense semblent être plus vulnérables aux deux pucerons. Le deuxième dispositif a été utilisé pour étudier les plantes et les pucerons en milieu semi-contrôlé. On a choisi 8 plantes, 7 accessions sauvages et une commerciale (témoin), qui ont été encagées et ensuite infestées avec 30 pucerons. Les pucerons trouvés sur chaque plante ont été comptés hebdomadairement pendant 6 semaines. On a observé que sur le témoin, les populations des deux pucerons augmentent progressivement et atteignent le maximum dans la quatrième semaine, avec une moyenne de 6460 pucerons de la pomme de terre et 7790 pucerons vert du pêcher. Par contre, sur les autres accessions sauvages, les pucerons se sont établis en plus faibles populations. Par exemple, sur Solanum polyadenium, le maximum a été atteint à la cinquième semaine quand il y avait en moyenne 250 M. euphorbiae et 298 M. persicae. Toutes les variétés sauvages utilisées ont démontré des niveaux différents de résistance envers les deux pucerons; S. polyadenium a été trouvé très résistante, S. tarijense résistante et S. pinnatisectum susceptible d’être résistante. La colonisation de la même variété de plante, par chaque espèce de pucerons a été relativement similaire. La densité des morphes ailés a été un bon indicateur de traits de résistance. Ces résultats démontrent le potentiel de résistance de certaines accessions de pommes de terre sauvages. Quelques variétés qui présentaient de la résistance envers le doryphore, présentent aussi de la résistance envers les deux pucerons. Une nouvelle méthode pour sélectionner les plantes qui présentent des traits potentiels de résistance envers les pucerons a été mise en place. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Solanum sauvages, Myzus persicae, Macrosiphum euphorbia, résistance

Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 2008. / Bibliogr.: f. 131-154. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2009-2010 / La résistance aux endoparasitoïdes hyménoptères chez les pucerons est un phénomène complexe impliquant des insectes et des symbiotes bactériens. Il est ainsi maintenant accepté que les symbiotes bactériens facultatifs du puceron du pois Acyrthosiphon pisum, plus particulièrement le symbiote Hamiltonella defensa, jouent un rôle primordial dans la capacité qu'a l'hôte de résister à son principal parasitoïde, Aphidius ervi. Par ailleurs, il a également été démontré que la chaleur pouvait avoir un impact majeur sur la résistance en réduisant celle-ci de manière significative, suggérant du même coup une thermosensibilité des symbiotes. Cette étude va plus loin en abordant l'impact de stress thermiques et UV sur le mécanisme de la résistance d'A. pisum au parasitoïde A. ervi, en lien avec différents types de symbiotes bactériens facultatifs, incluant un nouveau symbiote facultatif désigné sous le nom de PAXS (pea aphid X-type symbiont).

L'objectif de ce projet était de déterminer les effets létaux et sub-létaux d'un savon insecticide sur le puceron vert du pêcher (Myzus persicae (Sulzer)) et une guêpe parasitoïde du puceron, Aphidius colemani (Viereck). Dans cette étude, les hypothèses suivantes ont été vérifiées: 1) la mortalité des insectes augmente en fonction de la concentration du savon, 2) les doses sub-létales du savon insecticide ont des effets sur la valeur adaptative du puceron (mesurée par la longévité, le taux de développement et la fécondité) et sur la valeur adaptative (estimée par la longueur de tibias et le nombre d'oeufs) et le comportement du parasitoïde (contact antennaire, attaque et ponte). La concentration de savon causant 100% de mortalité 24h après le traitement chez tous les stades du puceron était de 37.5 g/L. La CL₅₀ était de 1.50, 3.25 et de 5.50 g/L pour les larves de stades 1 et 2, 3 et 4, et les adultes respectivement. La longévité des pucerons qui ont survécu à la CL₅₀ était significativement différente de celle des témoins. Par contre, les larves exposées au savon n'ont pas eu un taux de développement significativement différent des témoins. La fécondité des adultes n'était pas significativement différente des témoins. Ce savon insecticide pourrait être une bonne façon de contrôler les pucerons. La concentration de savon causant 100% de mortalité 24h après le traitement chez les adultes de la guêpe était de 17.5 g/L. La CLs₅₀ était de 2.75 g/L. La survie, la longueur des tibias, le nombre d'oeufs matures par femelle émergeant de pucerons parasités et traités au savon, ainsi que le comportement des guêpes mises en contact avec des pucerons traités n'ont pas été affectés. Par contre, les guêpes ont significativement moins pondu dans les pucerons traités ayant survécu au savon. Il semble évident que les programmes de lutte biologique peuvent être améliorés par des applications de savon insecticide si ces dernières sont faites une journée avant le relâcher de parasitoïdes en serre. Ceci éviterait le contact des parasitoïdes avec le savon et permettrait aux pucerons traités de muer. Les parasitoïdes pourront ainsi pondre dans les pucerons qui auront survécu au savon ce qui augmentera le contrôle du puceron.

Ces travaux de thèse reposent sur le double objectif de proposer des approches innovantes pour l’étude des relations entre un hôte et son microbiote, et de les appliquer à la description fine de l’holobionte du puceron du pois par des données métagénomiques. Les relations symbiotiques façonnent le fonctionnement et l’évolution de tous les organismes, mais restent décrites de manière imparfaite, notamment à cause de la difficulté à caractériser la diversité génomique des partenaires microbiens constitutifs des holobiontes. L’essor des technologies de séquençage métagénomique révolutionne l’étude de ces systèmes, mais pose également des problèmes méthodologiques pour analyser les jeux de données métagénomiques. La métagénomique est ici appliquée au puceron du pois, un modèle d’étude des relations symbiotiques qui abrite une communauté bactérienne d’une complexité modérée, idéale pour développer de nouvelles approches de caractérisation de la diversité microbienne. Cette thèse vise à mieux décrire la communauté de symbiotes qu’abrite cet holobionte, notamment en distinguant les différents niveaux de variabilité génomique en son sein. Nous présentons une démarche pour l’analyse métagénomique d’holobiontes, qui repose d’abord sur l’assignation taxonomiques des lectures par alignement à des génomes de référence ou préalablement assemblés, puis sur la recherche de variants génomiques. L’étude de génotypes complets de symbiotes permet de retracer l’histoire évolutive des relations hôte-microbiote avec une résolution élevée. Chez le puceron du pois, nous mettons en évidence des niveaux et structures de diversité génomique différents selon les symbiotes, que nous proposons d’expliquer par les modalités de transmission ou l’histoire évolutive propre à chacun des partenaires microbiens. Cette approche repose sur la disponibilité d’un génome de référence adapté, qui est souvent difficile à obtenir en métagénomique. Dans un second temps, nous présentons donc une méthode d’assemblage guidé par référence en contexte métagénomique. Cette méthode se déroule en deux temps : le recrutement et l’assemblage de lectures par alignement sur un génome de référence distant, puis l’assemblage de novo ciblé des régions manquantes, permis par des développements complémentaires apportés au logiciel MindTheGap. Comparativement à un assembleur métagénomique, cette méthode permet l’assemblage d’un seul génome en un temps réduit, et permet de détecter d’éventuels variants structuraux sur le génome ciblé. Appliqué au puceron du pois, MindTheGap a réalisé l’assemblage du symbiote obligatoire Buchnera en un seul contig, et a permis d’identifier différents variants structuraux du bactériophage APSE. Ces travaux ouvrent la voie à la fois à une caractérisation plus précise des relations hôte-microbiote chez le puceron du pois par des approches fonctionnelles et métaboliques, ainsi qu’à l’application des outils présentés à des systèmes plus complexes. / The aim of this PhD thesis is to develop innovative approaches to characterize host-microbiota relationships, and to apply them to finely explore the pea aphid microbiota using metagenomic data. Symbiotic relationships play a major role in the life and evolution of all organisms, but are imperfectly described, essentially because of the difficult characterization of the genomic diversity of the microbial partners. The rise of high throughput metagenomic sequencing is a game changer for the study of those systems, but also raises methodological issues to analyze large metagenomic datasets. Metagenomic is here applied to the pea aphid holobiont, a model system for the study of symbiotic relationships, sheltering a moderately complex microbial community. This level of complexity seems to be ideal to develop new approaches for the strain-resolved characterization of host-microbiota relationships. This thesis aims at a better description of this symbiotic community by distinguishing several scales of metagenomic diversity. In a first part, we present a framework for the metagenomic analysis of holobionts, relying first on the taxonomic assignation of reads by alignment to reference or newly assembled genomes, and then on the detection of genomic variants. Whole genome variant profiles make possible to track the evolutionary history of host-microbiota associations with a high resolution. In the case of the pea aphid, we highlight different scales and structures for the metagenomic diversity of the different symbionts, accounting for different transmission modes or evolutionary histories specific to each microbial partner. This framework is based on the availability of a suitable reference genome, that may be hard to obtain in a metagenomic context. In a second part, we therefore present a novel method for reference guided genome assembly from metagenomic data. This method is based on two steps. First, the recruitment and assembly of reads by mapping metagenomic reads on a distant reference genome, and second, the de novo assembly of the missing regions, allowed by the development of an improved version of the software MindTheGap. Compared to a standard metagenomic assembler, this methods makes possible to assemble a single genome in a reasonable time, and allows to detect eventual structural variations within the targeted genome. When applied to the pea aphid holobiont, MindTheGap yielded single contig assemblie of the obligatory symbiont Buchnera aphidicola, and helped to identify different structural variants of the bacteriophage APSE. This works paves the way to a finer characterization of host-microbiota interactions, and to the application of the presented approaches to more complex systems.

En milieu naturel, les organismes doivent s’adapter à un environnement lumineux changeant (alternance jour/nuit, couverture nuageuse, habitat, saison, etc.). L'utilisation croissante de longueurs d'ondes spécifiques impliquant des diodes électroluminescentes (DELs) en serres permet de surmonter le manque de lumière pendant les mois d'hiver, en aidant la photosynthèse ou la croissance végétative des cultures. Cependant, la modification de l'environnement lumineux ainsi que de la photopériode peut également modifier directement ou indirectement l'activité des insectes utiles et des insectes nuisibles qui dépendent des plantes. Dans mon étude, nous avons étudié comment une guêpe parasitoïde fait face aux variations du spectre d'éclairement et à quel point la vision des couleurs est importante dans la localisation et la reconnaissance de son hôte. Notre modèle d’étude s’est porté sur la guêpe parasitoïde Aphidius ervi qui attaque principalement le puceron du pois Acyrthosiphon pisum. Les pucerons du pois présentent un polymorphisme de couleur et apparaissent au sein d’une même population sous la forme de morphes roses et de morphes verts. En utilisant un montage basé sur des DELs de 5 longueurs d’ondes différentes (361, 450, 500-600, 626 and 660 nm), nous avons créé différents spectres lumineux artificiels que les parasitoïdes et leurs hôtes peuvent rencontrer dans l’environnement naturel tels que l’ombre des feuilles ou le soleil direct. Ce design nous a permis d’étudier le comportement des insectes face à un environnement lumineux changeant et totalement contrôlable en intensité lumineuse et en composition spectrale, dans un contexte d'activité locomotrice et de parasitisme. Dans l’ensemble, les résultats suggèrent que la probabilité que les pucerons se déplacent dépendait de l’interaction entre l’environnement lumineux, le stade de développement et la variation clonale. Nous avons montré que la probabilité que les parasitoïdes soient actifs diminuait avec l’augmentation des longueurs d’onde. Les mâles étaient plus actifs que les femelles sous toutes les conditions lumineuses monochromatiques testées. Bien que la quantité de lumière réfléchie des morphes roses fût d’environ la moitié de celle des morphes verts dans les composantes cyanvert, nous avons constaté que les deux couleurs d’hôtes ont été reconnues et attaquées dans toutes les conditions d'éclairage testées, même la lumière rouge (660 nm). Enfin, en appliquant 4 ratios de DELs rouges (R): bleues (B) utilisées pour allonger la photopériode à l'intérieur d'une chambre de croissance, nous avons montré que l’allongement de la photophase (de 8h à 16 h de lumière/jour) augmentait l'activité parasitaire quotidienne de la guêpe ainsi que son comportement en matière de ponte. Enfin, les adultes parasitoïdes nouvellement émergés étaient composés de 80 % de mâles en lumière 100R: 0B contre 50 % sous le ratio 25R: 75B. Cette étude indique qu'A. ervi reste un bon agent de lutte biologique lorsque l'environnement lumineux est modifié. Elle est aussi la première à montrer que le ratio de lumière R: B a un impact sur l’allocation des sexes chez ce parasitoïde. Nous pensons que l’utilisation de la lumière rouge seule pour prolonger la photophase peut avoir un effet négatif sur la dynamique des populations de ces parasitoïdes en raison de son impact défavorable sur le sex-ratio en favorisant les mâles, et donc un effet négatif sur le contrôle des populations de pucerons en milieu confiné. / In nature, organisms must adapt to a changing light environment (day / night alternation, cloud cover, habitat, season, etc.). The increasing use of specific wavelengths involving light emitting diodes (LEDs) in greenhouses overcomes the lack of light during winter months, helping photosynthesis or vegetative growth of crops. However, changing light environment as well as photoperiod can also directly or indirectly modify the activity of beneficial insects and plant-related pests. In my study, we investigated how a parasitoid wasp deals with variations in the light environment and how important color vision is in locating and recognizing its host. Our study model focused on the parasitoid wasp Aphidius ervi which mainly attacks the pea aphid Acyrthosiphon pisum. Pea aphids have a color polymorphism and appear within a same population under pink morphs and green morphs. Using a design based on LEDs of 5 different wavelengths (361, 450, 500-600, 626 and 660 nm), we have created different artificial light spectra that parasitoids and their hosts can encounter in natural environment such as leaf-shade or direct sunlight. This design allowed us to study the behavior of insects in a changing light environment that is totally controllable in light intensity and spectral composition, in a context of locomotor activity and parasitism. Overall, the results suggest that the probability of aphids walking depended on the interaction between the light environment, the stage of development, and clonal variation. We have shown that the probability of parasitoids walking decreased with increasing wavelengths, and that males were more active than females under all monochromatic light conditions tested. Although the amount of light reflected from the pink morphs was about half that of the green morphs in the cyan-green components, we found that both host colors were recognized and attacked under all light conditions tested, even red light (660 nm). Finally, by applying 4 ratios of red (R): blue (B) LEDs used to extend the photoperiod inside a growth chamber, we have shown that the photophase elongation (from 8h to 16h of light/day) increased the daily parasitic activity of the wasp and its oviposition behavior. Finally, the newly emerged parasitoid adults were composed of 80% males in light 100R: 0B against 50% under the ratio 25R: 75B. This study indicates that A. ervi remains a good biological control agent under different light environments. This study is also the first to show that the R: B light ratio has an impact on the decision-making of females regarding the sex of their offspring. We believe that the use of red light alone to extend the photophase may have a negative effect on the population dynamics of these parasitoids because of its adverse impact on sex ratio by favoring males, and thus a negative effect on control of aphid populations in confined environment.