Les pucerons sont parmi les principaux ravageurs des cultures dans les régions tempérées. Leur succès comme parasites de plantes repose sur leur fort potentiel reproductif dû à la parthénogénèse durant le printemps et l'été ainsi qu'à la symbiose avec Buchnera aphidicola. Cette bactérie symbiotique obligatoire fournit aux pucerons les acides aminés essentiels qui sont déficients dans leur alimentation déséquilibrée (la sève élaborée des plantes), et contribue ainsi à leur développement et reproduction. Le premier volet de ce travail de thèse a consisté à déterminer les besoins en acides aminés des différents stades embryonnaires, afin d'identifier des facteurs clé de l'association symbiotique au cours du développement du puceron du pois Acyrthosiphon pisum. Cette étude, conduite sur des embryons prélevés in vivo ou mis en culture in vitro, a révélé i) des exigences métaboliques évoluant au cours de développement du puceron, ii) une dépendance au compartiment maternel pour l'approvisionnement des embryons en acides aminés, et iii) de forts besoins en acides aminés aromatiques, notamment en tyrosine, pour les stades embryonnaires tardifs et le premier stade larvaire précoce. Le deuxième volet de cette thèse a alors eu pour objectif l'identification de gènes cibles à l'intérieur des voies révélées par l'approche métabolique. A l'aide d'une puce à ADN dédiée au génome du d'A. pisum, les profils d'expression des gènes du puceron ont été analysés au cours de son développement embryonnaire. L'analyse fonctionnelle des différents groupes de gènes montre que ceux liés au métabolisme des acides aminés présentent de hauts niveaux d'expression et des variations significatives entre les différents stades. La voie métabolique des acides aminés aromatiques et tout particulièrement les gènes menant à la synthèse de la tyrosine, ainsi que les gènes/voies liés à la formation et à la maturation de la cuticule, sont parmi les plus sollicités chez les embryons tardifs. L'ensemble des résultats obtenus par les approches métabolique et transcriptomique suggère une synthèse et une accumulation de tyrosine au cours du développement embryonnaire, en vue de son utilisation comme précurseur pour la sclérotisation et le tannage cuticulaire après la ponte. Le dernier volet de ce travail de thèse a consisté en une analyse fonctionnelle du rôle du gène ACYPI007803, codant l'enzyme catalysant la synthèse de la tyrosine à partir de la phénylalanine, par la technique d'ARN interférence (RNAi). Une augmentation de la mortalité des larves pondues par les femelles traitées est corrélée à la diminution de l'expression du gène cible dans les compartiments symbiotiques (les chaines embryonnaires et les bactériocytes maternels) et confirme le rôle clé du gène ACYPI007803 dans le développement des embryons chez le puceron du pois.

Les polérovirus infectent une large gamme de plantes d’intérêt économique. Ils sont transmis par un insecte vecteur, le puceron, selon le mode circulant non-multipliant. Le virus, acquis par le puceron lors de l’ingestion de sève sur une plante infectée, traverse l’épithélium des cellules intestinales puis celui des glandes salivaires par un mécanisme de transcytose impliquant des récepteurs encore inconnus. Le récepteur de l’éphrine (Eph) est une protéine membranaire dont un domaine est capable de se lier dans la levure aux protéines structurales des polérovirus. En développant des techniques basées sur l’ARN interférence, nous avons montré que l’acquisition orale d’ARN double brin ciblant Eph chez le puceron Myzus persicae permet de réduire de manière reproductible l’internalisation des polérovirus dans le corps du puceron. Les pucerons ainsi traités transmettent le virus avec une efficacité réduite. Eph pourrait donc assurer la fonction de récepteur des polérovirus chez M. persicae. / Poleroviruses infect a wide range of economically important plants. They are transmitted in a circulative and non-propagative mode by an insect vector, the aphid. The virus particles are acquired by aphids when ingesting the sap from an infected plant and cross successively the epithelia of the midgut and the salivary gland cells by a transcytosis mechanism that relies on the presence of unknown receptors.The ephrin receptor (Eph) is a membrane protein which contains a domain able to bind in yeast to the structural proteins of poleroviruses. By developing methods based on RNA interference, we have shown that oral acquisition of double-stranded RNA targeting Eph in the aphid Myzus persicae can reproducibly reduce polerovirus internalization into the aphid's body. Such treated aphids transmit the virus to plants with a lower efficiency. Eph could therefore function as a receptor for poleroviruses in M. persicae.

Dans ce travail, l’effet de la présence de certaines plantes de service (PdS) à proximité d’une plante hôte (Capsicum annuum) sur le comportement et l’installation d’une population de pucerons (Myzus persicae) a été étudié afin de contribuer à la recherche de méthodes de luttealternatives et innovantes contre ces insectes.Dans une première étape, une étude bibliographique a été réalisée, à partir de la littérature etdes connaissances sur des pratiques de jardinage traditionnel afin d’identifier des PdSméditerranéennes caractérisées par leurs propriétés insecticides et surtout aphicides. Nousavons sélectionné treize PdS : Rosmarinus officinalis, Lavandula latifolia, Ocimum basilicum,Tagetes patula, Tagetes erecta, Pelargonium zonal, Calendula officinalis, Thymus vulgaris,Satureja hortensis, Mentha piperita, Allium schoenoprasum, Carthamus tinctorius, Dittrichiaviscosa. Nous avons étudié dans une deuxième étape, le comportement d’installation deMyzus persicae sur sa plante hôte en présence d’une PdS en conditions contrôlées. Lesrésultats de ces travaux ont montré que la présence de certaines espèces comme R. officinalis,T. patula, T. erecta, P. zonal, L. latifolia, O. basilicum, C. officinalis ou A. schoenoprasum,affectait la survie et /ou la fécondité des femelles au cours du temps en comparaison avec letémoin. Nous avons aussi caractérisé chaque plante par un profil de composés volatils etrechercher des relations entre ces profils de COV et l’efficacité des PdS.Ensuite nous nous sommes intéressés aux mécanismes d’action des PdS et nous avons étudiél’effet direct des PdS sur les pucerons par olfactométrie. Nous avons trouvé qu’en présence deR. officinalis, T. patula en fleur, P. zonal, L. latifolia, O. basilicum, ou M. piperita lesfemelles se dirigent préférentiellement vers l’odeur de leur plante hôte. Nous avons égalementtesté une deuxième hypothèse correspondant à l’effet des COV émis par les PdS sur la plantehôte. Pour cela les plantes hôtes ont été pré-conditionnées avec les PdS pendant 5 jours. Cepré-conditionnement a modifié le profil volatil du poivron et a eu un effet négatif surl’installation des pucerons sur les poivrons pré-conditionnés avec T. patula. Enfin, nous avonstesté l’efficacité de l’association avec R. officinalis, L. latifolia ou O. basilicum dans desconditions de cultures moins confinées (sous tunnels). Nous avons retrouvé un effetsignificatif sur le comportement du puceron de ces PdS. Dans le cas du romarin nous avonsobservé une diminution de l’efficacité de l’association lorsque l’on s’éloigne des plantes deromarin. L’efficacité maximale a été observée sur les poivrons placés à côté du romarin. Aplus grande distance, l’efficacité des PdS diminuait et n’était plus significative. Ces donnéesoffrent des nouvelles pistes de recherche en vue de l’utilisation judicieuse des PdS au sein desagroécosystèmes / In this work, the effect of intercropping companion plants (CP) near a host plant (Capsicumannuum) on the performance and the installation of an aphid’s population (Myzus persicae)was studied to contribute to the search of alternative and innovative methods of pests control.First, a bibliographic study based on the literature and traditional gardening was performed toidentify mediterranean CP characterized by their insecticidal and mainly aphicide properties.We selected thirteen CP: Rosmarinus officinalis, Lavandula latifolia, Ocimum basilicum,Tagetes patula, Tagetes erecta, Pelargonium zonal, Calendula officinalis, Thymus vulgaris,Satureja hortensis, Mentha piperita, Allium schoenoprasum, Carthamus tinctorius, Dittrichiaviscosa. In a second step, we investigated the settling of Myzus persicae on its host plantwhen intercropped with CP under controlled conditions. The results showed thatintercropping with some species such as R. officinalis, T. patula, T. erecta, P. zonal, L.latifolia, O. basilicum, C. officinalis or A. schoenoprasum, affects the survival and / or femalefecundity over time compared to the control. We also characterized each plant by a volatilecompounds profile and looked for relationships between these profiles and the effectivenessof CP. Then, we investigated the mechanisms of action of a CP. We studied the direct effectof CP on aphids by olfactometric tests. We found that, in the presence of R. officinalis,flowering T. patula, zonal P., L. latifolia, O. basilicum, or M. piperita, females prefer theodor of its host plant. We also tested a second hypothesis that VOCs emitted by a CP mayaffect the host plant. Plants were preconditioned with CP for five days. This preconditioningmodified the volatile profile of pepper but had only a negative effect on the settling of aphidson pepper preconditioned with T. patula. Finally, we tested the association with R. officinalis,L. latifolia and O. basilicum under greenhouse conditions. We found a significant effect onthe settling of aphid when using these CP and a decrease of rosemary efficiency when movingaway from rosemary plants. The larger effect was observed on peppers located close torosemary. These data provide new avenues of research and indication on judiciously CP thatcould be intercropped within agro-ecosystems

Le puceron des pousses du sapin Mindarus abietinus et le tétranyque de l’épinette Oligonychus ununguis sont deux ravageurs d’importance économique pour l’industrie des arbres de Noël au Québec. Les changements climatiques en cours pourraient affecter leur biologie et physiologie de telle sorte que leurs dommages sur les sapins cultivés augmenteront dans les prochaines décennies. Afin d’étudier les interactions entre M. abietinus, son arbre-hôte et la température ambiante, j’ai suivi des populations du puceron pendant trois étés dans des sapinières commerciales du sud du Québec. Entre autres, j’ai montré qu’il est possible de séparer correctement les générations chevauchantes de filles ailées et aptères du cycle vital complexe de M. abietinus, ce qui m’a permis d’observer une proportion de filles aptères plusieurs fois supérieure à ce qui était connu auparavant. Dans une expérience en plantation de sapin baumier, j’ai montré qu’un milieu réchauffé causerait une augmentation significative du taux de croissance des colonies de M. abietinus sur les pousses, en comparaison avec les colonies sous conditions naturelles actuelles. Ces résultats supportent l’hypothèse qu’un climat plus chaud, causé par les changements anthropogéniques, pourrait favoriser des densités plus élevées de M. abietinus, ce qui pourrait augmenter ses dommages esthétiques sur le sapin. Dans une expérience de laboratoire, la durée du développement en fonction de la température des œufs de ces deux ravageurs et de ceux d’une autre espèce, la cochenille des aiguilles du pin Chionaspis pinifoliae, a été mesurée en milieu contrôlé, ce qui m’a permis d’élaborer des modèles prévisionnels linéaires et non linéaires du taux de développement des œufs hivernés postdiapausants nouveaux pour le Québec. Finalement, en suivant la masse fraîche d’œufs hivernants de M. abietinus tout au long de leur diapause de plusieurs mois, j’ai observé un accroissement de la masse au printemps, impliquant l’eau comme possible facteur de déclenchement de l’embryogenèse. / The balsam twig aphid Mindarus abietinus and the spruce spider mite Oligonychus ununguis are two pests of economic importance for the Christmas tree industry in Québec. Current climate change could affect their biology and physiology in such a way that, if their local densities in commercial fir plantations grow in the future, potential damage to cultivated firs could increase substantially. In order to study the interactions between M. abietinus, its host tree, and ambient temperature, I followed populations of the aphid during three consecutive summers in commercial fir plantations of southern Québec. I found it possible to separate overlapping generations of different morphs of this aphid in growing colonies on fir shoots, which allowed to record a proportion of wingless daughters several times larger than previously known for this aphid in its complex life cycle. Based on a field experiment, a warmer environment surrounding the aphids on balsam fir shoots increased spring colony growth rates significantly, when compared to unaltered colonies on neighbouring trees. These results support the hypothesis that a warmer climate, caused by anthropogenic change, would promote higher densities of M. abietinus on fir shoots, which could increase esthetic damage to Christmas trees. In a laboratory experiment, I studied the effect of ambient temperature on postdiapause development of the overwintering eggs of both aphid and mite species, along with that of another conifer-feeding pest, the pine needle scale Chionaspis pinifoliae, which led to parametrise new linear and nonlinear development rate models for postdiapause egg development of all three species. Finally, by following fresh mass of M. abietinus overwintering eggs throughout their diapause of several months, it was possible to observe a substantial increase in size and mass of these eggs in early spring, suggesting that water could trigger diapause termination and/or initiate embryogenesis of the first active stage.

Le puceron du soya (Aphis glycines) est le ravageur le plus important de la culture du soya en Amérique du Nord. Quoi qu’efficaces, les pesticides permettent le contrôle des ravageurs que pour une courte période et nécessitent plusieurs applications au cours de la saison. De plus, ils sont dommageables pour l’environnement et la santé humaine. La lutte biologique se présente comme une alternative crédible pour le contrôle des populations d’A. glycines en Amérique du Nord. Trois parasitoïdes (Binodoxys communis, Aphidius colemani, Aphelinus certus) du puceron semblent être des candidats prometteurs. L’objectif de cette étude était d’examiner certains attributs biologiques de ces parasitoïdes au Québec. Dans le cas de B. communis et A. certus nous avons estimé leur synchronisme saisonnier ainsi que leur résistance au froid en laboratoire et en conditions naturelles. Dans le cas, d’A. colemani, nous avons évalué sa capacité à parasiter le puceron du soya et à se disperser dans un champ de soya. Nos résultats démontrent que la souche utilisée de B. communis a perdu sa capacité à entrer en diapause, probablement à cause de la longue période d’élevage en laboratoire qui a suivi son échantillonnage en Asie. Aphelinus certus démontre un potentiel intéressant puisqu’il possède un synchronisme saisonnier tant en automne qu’au printemps avec son hôte ainsi qu’un bon potentiel de survie hivernale au Québec. Quant à A. colemani, les essais suggèrent qu’il se disperse rapidement hors des champs sans attaquer de manière significative A. glycines. / The soybean aphid (Aphis glycines) has become the most important pest of soybean in North America. Despite their efficiency, insecticides do eliminate the pest only for short periods and several applications may be required during the growing season. Furthermore, they are detrimental for the environment and human health. Biological control appears as a promising alternative for the control of A. glycines populations in North America. Three parasitoid species (Binodoxys communis, Aphidius colemani, Aphelinus certus) have been identified as potential candidates. The objective of this study was to study some biological attributes of these parasitoids in Québec. For B. communis and A. certus we examined their seasonal activities and their cold hardiness in laboratory and natural conditions. For A. colemani, we evaluated its capacity to parasite the soybean aphid and to disperse in soybean fields. Our results revealed that the B. communis strain we used had lost its capacity to enter diapause, probably due to the long period of laboratory rearing following its sampling in Asia. Aphelinus certus showed an interesting potential because the species is synchronized with its host both in the fall and the spring and has the capacity to overwinter in Québec. For A. colemani, the essays suggest that it disperses rapidly out of the field without attacking significantly A. glycines.

Les pucerons sont parmi les principaux ravageurs des cultures dans les régions tempérées. Leur succès comme parasites de plantes repose sur leur fort potentiel reproductif dû à la parthénogénèse durant le printemps et l'été ainsi qu’à la symbiose avec Buchnera aphidicola. Cette bactérie symbiotique obligatoire fournit aux pucerons les acides aminés essentiels qui sont déficients dans leur alimentation déséquilibrée (la sève élaborée des plantes), et contribue ainsi à leur développement et reproduction. Le premier volet de ce travail de thèse a consisté à déterminer les besoins en acides aminés des différents stades embryonnaires, afin d’identifier des facteurs clé de l’association symbiotique au cours du développement du puceron du pois Acyrthosiphon pisum. Cette étude, conduite sur des embryons prélevés in vivo ou mis en culture in vitro, a révélé i) des exigences métaboliques évoluant au cours de développement du puceron, ii) une dépendance au compartiment maternel pour l’approvisionnement des embryons en acides aminés, et iii) de forts besoins en acides aminés aromatiques, notamment en tyrosine, pour les stades embryonnaires tardifs et le premier stade larvaire précoce. Le deuxième volet de cette thèse a alors eu pour objectif l’identification de gènes cibles à l’intérieur des voies révélées par l’approche métabolique. A l’aide d’une puce à ADN dédiée au génome du d’A. pisum, les profils d’expression des gènes du puceron ont été analysés au cours de son développement embryonnaire. L’analyse fonctionnelle des différents groupes de gènes montre que ceux liés au métabolisme des acides aminés présentent de hauts niveaux d’expression et des variations significatives entre les différents stades. La voie métabolique des acides aminés aromatiques et tout particulièrement les gènes menant à la synthèse de la tyrosine, ainsi que les gènes/voies liés à la formation et à la maturation de la cuticule, sont parmi les plus sollicités chez les embryons tardifs. L’ensemble des résultats obtenus par les approches métabolique et transcriptomique suggère une synthèse et une accumulation de tyrosine au cours du développement embryonnaire, en vue de son utilisation comme précurseur pour la sclérotisation et le tannage cuticulaire après la ponte. Le dernier volet de ce travail de thèse a consisté en une analyse fonctionnelle du rôle du gène ACYPI007803, codant l’enzyme catalysant la synthèse de la tyrosine à partir de la phénylalanine, par la technique d’ARN interférence (RNAi). Une augmentation de la mortalité des larves pondues par les femelles traitées est corrélée à la diminution de l’expression du gène cible dans les compartiments symbiotiques (les chaines embryonnaires et les bactériocytes maternels) et confirme le rôle clé du gène ACYPI007803 dans le développement des embryons chez le puceron du pois. / Aphids are among the main crop pests in temperate regions. Their success as parasites of plants is based on their strong reproductive output due to parthenogenetic reproduction during spring and summer and to their symbiosis with Buchnera aphidicola. This obligatory symbiotic bacterium supplies aphids with essential amino acids poorly available in their unbalanced food (the phloem sap of plants), and so contributes to their development and reproduction. The first part of this work consisted in determining amino acid needs of different embryonic stages, in order to identify key factors of the symbiotic association during the pea aphid development. This study, led on embryos taken in vivo or cultivated in vitro in culture media, allowed us to identify: i) the evolution of metabolic requirements of embryos during development, ii) a dependence of embryos from the maternal compartment for their supply in amino acids, and iii) strong needs in aromatic amino acids, particularly in tyrosine, of the late embryonic stages and the early first larval stage of the pea aphid. The second part of this thesis had for objective the identification of key genes inside pathways revealed by the metabolic approach. Using a dedicated oligonucleotides microarray, the gene expression profiles of the aphid were analysed during the development of the insect. The functional analysis of different gene groups showed that genes involved in amino acids metabolism are globally over-expressed, but they also showed significant transcriptional regulations in the switches between the different stages studied here. The metabolic pathway of aromatic amino acids and particularly the genes involved in the biosynthesis of tyrosine, as well as genes / pathways involved in the formation and the maturation of the cuticle, were among the most solicited in the late embryos. These transcriptomic results, taken together with those obtained by the metabolic approach, suggest that the amino acid tyrosine is synthesized and accumulated by the pea aphid during its embryonic development, in order to later be used as precursor for the sclerotization and the cuticular tanning, processes that occur after insect laying. The last part of this work consisted in a functional analysis of the gene ACYPI007803, coding the enzyme catalysing the tyrosine synthesis from the phenylalanine, by using the RNA interference (RNAi) technique. An increase of the mortality of larvae laid by the treated females was correlated with the decrease of the expression of the target gene in the symbiotic compartments (the embryonic fraction and the maternal bacteriocytes) so confirming the key role of the ACYPI007803 gene in the development of the pea aphid embryos.

Parmi les insectes phytophages, les pucerons sont particuliers car ils se nourrissent de sève élaborée. Leurs pièces buccales leur permettant d'effectuer des piqûres dans la plante et d'atteindre les faisceaux du phloème, un compartiment dont le ratio protéines/acides aminés est très déséquilibré. C'est pourquoi, dans ce contexte, les pucerons sont réputés comme ne possédant pas l'arsenal enzymatique permettant une bonne utilisation des protéines. Aussi les stratégies utilisant les inhibiteurs de protéases (IP) comme polypeptide entomotoxique ne semblent pas adaptées a priori à ce groupe d'insectes. Or plusieurs IP ont montré des toxicités paradoxales contre les pucerons.<br />Cette étude a pour objectif d'accroître la disponibilité des gènes d'IP originaux et d'en comprendre le mode d'action afin d'en maîtriser l'introduction raisonnée dans les programmes de lutte variétale. <br />Au cours de ce travail de thèse, des informations sur la protéolyse digestive des Homoptères ont été apportées : des protéases à cystéine, les cathepsines (enzymes lysosomiales) sont spécifiquement exprimées dans le tube digestif et dans un organe spécialisé, le bactériocyte. Elles sont la cible potentielle d'inhibiteurs de protéases à cystéine. Lorsque l'Oryzacystatine (inhibiteur de protéase à cystéine, isolé du grain de riz) est exprimé dans le colza, la fécondité du puceron Mysus persicae diminue de 25%. Ce résultat démontre qu'il est donc possible d'exprimer des IP dans le phloème pour lutter contre les pucerons. L'amélioration, par mutagenèse dirigée, d'un inhibiteur de protéases à sérine, isolé du pois, a aussi été effectuée mais son expression hétérologue dans Pichia pastoris ou Arabidospsis thaliana n'a pas permis d'obtenir une forme active. <br />Nous avons cherché à élargir le pool de gènes disponible pour lutter contre les pucerons. L'isolement d'un inhibiteur de protéases à cystéine de l'hémolymphe du puceron a été entrepris au niveau moléculaire et biochimique. Ces résultats démontrent que les IP constituent une nouvelle voie pour lutter contre les pucerons.

Le puceron du soya (Aphis glycines) est le ravageur le plus important de la culture du soya en Amérique du Nord. Quoi qu’efficaces, les pesticides permettent le contrôle des ravageurs que pour une courte période et nécessitent plusieurs applications au cours de la saison. De plus, ils sont dommageables pour l’environnement et la santé humaine. La lutte biologique se présente comme une alternative crédible pour le contrôle des populations d’A. glycines en Amérique du Nord. Trois parasitoïdes (Binodoxys communis, Aphidius colemani, Aphelinus certus) du puceron semblent être des candidats prometteurs. L’objectif de cette étude était d’examiner certains attributs biologiques de ces parasitoïdes au Québec. Dans le cas de B. communis et A. certus nous avons estimé leur synchronisme saisonnier ainsi que leur résistance au froid en laboratoire et en conditions naturelles. Dans le cas, d’A. colemani, nous avons évalué sa capacité à parasiter le puceron du soya et à se disperser dans un champ de soya. Nos résultats démontrent que la souche utilisée de B. communis a perdu sa capacité à entrer en diapause, probablement à cause de la longue période d’élevage en laboratoire qui a suivi son échantillonnage en Asie. Aphelinus certus démontre un potentiel intéressant puisqu’il possède un synchronisme saisonnier tant en automne qu’au printemps avec son hôte ainsi qu’un bon potentiel de survie hivernale au Québec. Quant à A. colemani, les essais suggèrent qu’il se disperse rapidement hors des champs sans attaquer de manière significative A. glycines. / The soybean aphid (Aphis glycines) has become the most important pest of soybean in North America. Despite their efficiency, insecticides do eliminate the pest only for short periods and several applications may be required during the growing season. Furthermore, they are detrimental for the environment and human health. Biological control appears as a promising alternative for the control of A. glycines populations in North America. Three parasitoid species (Binodoxys communis, Aphidius colemani, Aphelinus certus) have been identified as potential candidates. The objective of this study was to study some biological attributes of these parasitoids in Québec. For B. communis and A. certus we examined their seasonal activities and their cold hardiness in laboratory and natural conditions. For A. colemani, we evaluated its capacity to parasite the soybean aphid and to disperse in soybean fields. Our results revealed that the B. communis strain we used had lost its capacity to enter diapause, probably due to the long period of laboratory rearing following its sampling in Asia. Aphelinus certus showed an interesting potential because the species is synchronized with its host both in the fall and the spring and has the capacity to overwinter in Québec. For A. colemani, the essays suggest that it disperses rapidly out of the field without attacking significantly A. glycines.

Les associations symbiotiques constituent un moteur majeur de la diversification écologique et évolutive des organismes métazoaires. Chez les insectes, elles ont conduit, au cours de l’évolution, à l’émergence d’un nouveau type cellulaire spécialisé dans l’hébergement des bactéries symbiotiques, les bactériocytes. Ces cellules demeurent une énigme fascinante de la symbiose, les processus déterminant leur développement, leur morphogenèse et leur dégénérescence restant encore méconnus. Dans cette étude, nous avons utilisé la symbiose entre le puceron Acyrthosiphon pisum et son endosymbiote obligatoire, Buchnera aphidicola, comme système modèle. En combinant des approches inédites de cytométrie en flux et d’imagerie cellulaire, nous avons démontré une régulation fine et coordonnée des dynamiques de croissance et de dégénérescence des bactériocytes et des symbiotes bactériens, en accord avec les besoins physiologiques de l’insecte. De l’embryon à l’âge adulte, les cellules symbiotiques croissent de manière exponentielle, répondant aux besoins nutritionnels de l’hôte qui nécessite pour son développement de grandes quantités d’acides aminés essentiels produits par le métabolisme bactériocytaire. Avec la sénescence du puceron, les bactériocytes diminuent en nombre, en taille et subissent une dégénérescence progressive. Ce processus dégénératif ne montre pas les signes classiques de l’apoptose. Il résulte d’une hypervacuolisation cytoplasmique, dérivée du réticulum endoplasmique, déclenchant une cascade de réponses cellulaires dont l’activation des voies autophagique et lysosomale. Ce phénomène de mort cellulaire non-apoptotique en deux étapes, rappelant la paraptosis, n’a jamais été décrit chez les insectes et sa découverte ouvre la voie à l’étude des régulations agissant sur l’homéostasie bactériocytaire. Dans le dernier volet de cette thèse, nous avons procédé à l’étude fonctionnelle du gène PAH, fortement exprimé dans les bactériocytes et potentiellement impliqué dans la régulation de leur homéostasie. Les résultats obtenus n’ont pas révélé de phénotype bactériocytaire, après ARN interférence, mais ont permis de démontrer un rôle essentiel de ce gène dans la morphogenèse des insectes. / Symbiotic associations constitute a driving force in the ecological and evolutionary diversification of metazoan organisms. Over the evolution, they have led to the emergence, in insects, of a novel eukaryotic cell type, the bacteriocytes, specialized in harboring symbiotic bacteria. These cells constitute a fascinating enigma in cell biology, as the processes underpinning their development, morphogenesis and degeneration remain still unsolved. In my PhD thesis, we have used the nutritional symbiosis between the aphid, Acyrthosiphon pisum, and its obligate endosymbiont, Buchnera aphidicola, as a model system. We have first developed a novel approach for counting symbiotic bacteria, based on flow cytometry, and showed that the endosymbiont population increases exponentially throughout aphid nymphal development, with a growing rate that has never been characterized by indirect molecular techniques. Using histology and imaging techniques, we have shown that bacteriocytes also increase significantly in number and size during nymphal development. Once adulthood is reached, the dynamics of symbiont and host cells is reversed: the number of endosymbionts decreases progressively and bacteriocytes start to degenerate. These results show a coordination of the cellular dynamics between bacteriocytes and primary symbionts, and reveal a fine-tuning of aphid symbiotic cells to the nutritional demand imposed by the host physiology throughout development. Interestingly, the degenerative process that bacteriocytes undergo with aging exhibits morphological features distinct from the evolutionary conserved apoptotic cell deaths. It originates from an extensive ER-derived hypervacuolation, triggering a cascade of cellular stress responses including the activation of autophagy and lysosomal pathways. This stepwise non-apoptotic cell death, sharing several features with paraptosis, has hitherto never been characterized in insects and its discovery opens the way to the identification of the molecular mechanisms acting on bacteriocyte homeostasis. In the last part of this PhD project, we have proceeded to the characterization of the PAH gene functions in aphid physiology, using an RNA interference (RNAi) approach. Our results show that, even though this gene is highly expressed in bacteriocytes, it is not involved in the regulation of their homeostasis. Nevertheless, we have demonstrated a new role for this metabolic gene in insect embryonic development and morphogenesis.

La principale contribution de cette thèse est le développement d'une méthode fiable, robuste, et rapide pour la prédiction des pré-miARNs. Deux objectifs avaient été assignés : efficacité et flexibilité. L'efficacité a été rendue possible au moyen d'un algorithme quadratique. La flexibilité repose sur deux aspects, la nature des données expérimentales et la position taxonomique de l'organisme (en particulier plantes ou animaux). Mirinho accepte en entrée des séquences de génomes complets mais aussi les très nombreuses séquences résultant d'un séquençage massif de type NGS de “RNAseq”. “L'universalité” taxonomique est obtenu par la possibilité de modifier les contraintes sur les tailles de la tige (double hélice) et de la boule terminale. Dans le cas de la prédiction des miARN de plantes la plus grande longueur de leur pré-miARN conduit à des méthodes d'extraction de la structure secondaire en tige-boule moins précises. Mirinho prend en compte ce problème lui permettant de fournir des structures secondaires de pré-miARN plus semblables à celles de miRBase que les autres méthodes disponibles. Mirinho a été utilisé dans le cadre de deux questions biologiques précises l'une concernant des RNAseq l'autre de l'ADN génomique. La première question a conduit au traitement et l'analyse des données RNAseq de Acyrthosiphon pisum, le puceron du pois. L'objectif était d'identifier les miARN qui sont différentiellement exprimés au cours des quatre stades de développement de cette espèce et sont donc des candidats à la régulation des gènes au cours du développement. Pour cette analyse, nous avons développé un pipeline, appelé MirinhoPipe. La deuxieme question a permis d'aborder les problèmes liés à la prévision et l'analyse des ARN non-codants (ARNnc) dans la bactérie Mycoplasma hyopneumoniae. Alvinho a été développé pour la prédiction de cibles des miRNA autour d'une segmentation d'une séquence numérique et de la détection de la conservation des séquences entre ncRNA utilisant un graphe k-partite. Nous avons finalement abordé un problème lié à la recherche de motifs conservés dans un ensemble de séquences et pouvant ainsi correspondre à des éléments fonctionnels / The main contribution of this thesis is the development of a reliable, robust, and much faster method for the prediction of pre-miRNAs. With this method, we aimed mainly at two goals: efficiency and flexibility. Efficiency was made possible by means of a quadratic algorithm. Flexibility relies on two aspects, the input type and the organism clade. Mirinho can receive as input both a genome sequence and small RNA sequencing (sRNA-seq) data of both animal and plant species. To change from one clade to another, it suffices to change the lengths of the stem-arms and of the terminal loop. Concerning the prediction of plant miRNAs, because their pre-miRNAs are longer, the methods for extracting the hairpin secondary structure are not as accurate as for shorter sequences. With Mirinho, we also addressed this problem, which enabled to provide pre-miRNA secondary structures more similar to the ones in miRBase than the other available methods. Mirinho served as the basis to two other issues we addressed. The first issue led to the treatment and analysis of sRNA-seq data of Acyrthosiphon pisum, the pea aphid. The goal was to identify the miRNAs that are expressed during the four developmental stages of this species, allowing further biological conclusions concerning the regulatory system of such an organism. For this analysis, we developed a whole pipeline, called MirinhoPipe, at the end of which Mirinho was aggregated. We then moved on to the second issue, that involved problems related to the prediction and analysis of non-coding RNAs (ncRNAs) in the bacterium Mycoplasma hyopneumoniae. A method, called Alvinho, was thus developed for the prediction of targets in this bacterium, together with a pipeline for the segmentation of a numerical sequence and detection of conservation among ncRNA sequences using a kpartite graph. We finally addressed a problem related to motifs, that is to patterns, that may be composed of one or more parts, that appear conserved in a set of sequences and may correspond to functional elements.