La température est un des principaux facteurs climatiques pilotant le développement des champignons pathogènes foliaires pendant les différentes étapes de leur cycle parasitaire. Puisque ces microorganismes se développent à la surface, puis à l’intérieur des feuilles, c’est la température de feuille (« body temperature » en écologie) qui pilote leur développement. En épidémiologie végétale, c’est toutefois la température d’air qui est utilisée pour caractériser l’effet de la température sur le développement des agents pathogènes foliaires. Or, la température de feuille peut différer significativement de la température d’air en fonction des conditions climatiques. La prise en compte de la température d’air pour étudier la dynamique des maladies foliaires ne peut donc s’affranchir de deux biais : la température mesurée n’est pas celle qui est réellement perçue par l’agent pathogène et l’hétérogénéité spatiale des températures au sein du peuplement n’est pas prise en compte. De plus, la relation entre la température et le développement des agents pathogènes est non linéaire, ce qui limite la gamme de validité autorisant l’utilisation des sommes de températures, pourtant largement employées en protestion des cultures. L’objectif général de cette thèse est de reconsidérer la prise en compte de la température pour l’étude du développement des champignons pathogènes foliaires.Le pathosystème blé-Mycosphaerella graminicola a été choisi en tant qu’objet d’étude. La stratégie adoptée pour atteindre les objectifs de la thèse combine deux approches complémentaires, l’expérimentation et la modélisation. Pour la première fois, la loi de réponse d’un agent pathogène foliaire à la température de feuille a été établie. Un dispositif expérimental innovant a permis d’établir la loi de réponse pour trois isolats sur une large gamme de températures foliaires, via la mesure en continu de la température de 191 feuilles (F et F) inoculées et l’utilisation d’un système de forçage thermique par lampe infrarouge. La loi de réponse de la période de latence de la septoriose à la température de feuille s’apparente au concept de courbe de performance thermique développé en écologie. Celle-ci étant non linéaire sur l’ensemble de la gamme de température étudiée, l’impact de l’amplitude de fluctuations de température de feuille a été caractérisé. Une amplitude élévée a conduit à plusieurs effets négatifs pour le développement de M. graminicola : l’augmentation de la durée du cycle de l’agent pathogène, la diminution de la surface sporulante des lésions et de la densité de pycnides. Les différences de cinétique de développement en fonction de l’amplitude des fluctuations ne sont que partiellement expliquées par l’effet Kaufmann (purement mathématiques), suggérant que M. graminicola atténue les conséquences négatives d’amplitudes de fluctuation plus élevées. Enfin, les simulations du développement de la septoriose réalisées à partir de données de températures foliaires diffèrent signicativement de celles réalisées à partir de températures d’air mesurées de façon standard par une station météorologique. Ces simulations ont également souligné le caractère déterminant du pas de temps considéré.Par le transfert de concepts d’écologie vers l’épidémiologie, cette thèse ouvre des pistes pour améliorer la prise en compte de la température dans les modèles épidémiologiques. Elle contribue au développement d’une meilleure compréhension des mécanismes par lesquels l’environnement affecte les microorganismes, point clé pour le développement de modèles mécanistes de réponses possibles au changement climatique / Temperature is a major force for the development of foliar fungal pathogens. Such organisms develop onto and into leaves during their growth cycle. Thus, leaf temperature is the temperature they actually perceive (“body temperature”). However, air temperature has always been used by plant pathologists to study the effect of temperature on the development of foliar fungal pathogens. Leaf temperature may significantly differ from the air temperature according to weather conditions. Therefore, considering the air temperature to study foliar pathogens can potentially cause two biases: the measured temperature is not the temperature such pathogens actually perceive and the spatial heterogeneity of leaf temperatures within the plant canopy is ignored. In addition, the relationship between temperature and the development of foliar pathogens is nonlinear. This challenges the immoderate use of degree-day sums in plant disease epidemiology. The main objective of this thesis is to reconsider the use of temperature for the study of the development of foliar fungal pathogens.The wheat-Mycosphaerella graminicola pathosystem was chosen as the model of study. The strategy to achieve the objectives of the thesis combines two complementary approaches: experimentation and modelling. For the first time, the impact of leaf temperature on the development of a leaf pathogen was characterized. An original experimental device allowed determining the response law for three isolates over a wide range of leaf temperature, using thermal infrared lamps and measuring continuously the temperature of 191 inoculated leaves (F1 and F2). The response law of M. graminicola latent period to leaf temperature is similar to the concept of thermal performance curve (TPC) developed in ecology. As this TPC is non-linear over the entire leaf temperature range investigated, the impact of the amplitude of leaf temperature fluctuations has been characterized. A high amplitude led to several negative effects on M. graminicola development: an increase in the duration of the pathogen cycle, a decrease in the final sporulating area in the pycnidium density. Differences in kinetics of development depending on the amplitude of the fluctuations were only partially explained by the Kaufmann effect (purely mathematical), suggesting that M. graminicola mitigates the negative consequences of higher amplitudes of temperatures fluctuation. Finally, simulations of the development of M. graminicola performed using leaf temperature data differed significantly from those performed using air temperatures measured in a standard way, by a weather station. Simulations also underlined the importance of the time step considered. By transferring concepts from ecology to epidemiology, this thesis provided guidelines to better take into account temperature in epidemiological models. It helped to develop a better understanding of the mechanisms by which the environment affects micoorganisms, the cornerstone for the development of mechanistic models of possible responses to climate change.

Objetivou-se com o presente estudo foram caracterizar e definir ambientes homogêneos de produção de bovinos de corte compostos no Brasil com relação às variáveis climáticas e geográficas, utilizando técnicas exploratórias multivariadas. Verificar a presença de interação genótipo-ambiente (GxE) nas características peso ao nascimento (PN), peso a desmama (PD), ganho de peso da desmama ao sobreano (GP), perímetro escrotal (PE) e musculosidade (MUS). Pela análise de agrupamento não-hierárquico foram agrupadas as regiões similares com relação às variáveis ambientais. Foram formados seis grupos de fazendas. A inclusão do efeito de interação touro-grupo foi avaliada em análises uni-característica. Comparou-se um modelo com o efeito de interação touro-grupo com outro sem esse efeito. Incluir o efeito de interação touro-GEO no modelo de avaliação genética do PN, PD e PE não resultou melhor ajuste aos dados, no entanto não deve ser descartada a hipótese de se considerar outros tipos de efeitos de GxE. Foram estimados parâmetros genéticos por meio de análises multi-característica, considerando-se a mesma característica como diferente em cada grupo de fazendas. Foi verificada heterogeneidade de variância para todas as características. Os coeficientes de herdabilidade nos grupos de fazendas para PN, PD, GP, PE e MUS variaram de 0,15 a 0,25; 0,16 a 0,25; 0,10 a 0,20; 0,17 a 0,31 e 0,17 a 0,24, respectivamente. As correlações genéticas variaram de 0,19 a 0,90 para PN, -0,02 a 0,92 para PD, 0,31 a 0,93 para GP, 0,64 a 0,89 para PE e de 0,18 a 0,80 para MUS nos grupos fazendas. As diferentes estimativas de herdabilidade obtidas entre grupos de fazendas implicam resposta à seleção diferenciada conforme o ambiente em que os animais são criados e selecionados. Pelas correlações genéticas entre as características nas diversas regiões, constatou-se GxE, indicando que os melhores reprodutores para uma determinada região não são sempre os mesmos para as demais. Um modelo hierárquico de norma de reação sob abordagem Bayesiana também foi utilizado para estimação dos componentes de variância, parâmetros genéticos e verificação da existência de GxE. Os gradientes ambientais baseados nas soluções para o efeito de grupo de contemporâneos para PN, PD, GP e PE foram -6,45 a +4,75 kg, -65 a +65 kg, -72 a +112 kg e -6.5 a +5.5 cm, respectivamente. As estimativas de herdabilidade foram crescentes no gradiente ambiental, PN (0,04 a 0,55), PD (0,39 a 0,47), GP (0,01 a 0,43) e PE (0,21 a 0,23). A correlação entre o nível e a inclinação da norma de reação para PN e GP foi de alta magnitude, indicando que os animais de maior valor genético médio foram os que apresentaram maior resposta à melhoria das condições ambientais, caracterizando o efeito de escala da GxE. Para PD e PE, a correlação entre intercepto e inclinação foi baixa implicando reclassificação dos animais em ambientes diferentes. O modelo hierárquico de normas de reação foi útil para descrever alterações nos componentes de variância decorrentes do ambiente e para descrever a presença de GxE nas características estudadas de bovinos compostos. Existe variação genética com respeito à sensibilidade dos animais, o que possibilita a seleção de genótipos mais plásticos ou mais robustos. / The objectives of this study were to characterize and define homogenous production environments of composite beef cattle in Brazil in terms of climatic and geographic variables using multivariate exploratory techniques; to evaluate the presence of genotype by environment interaction (GxE) for birth weight (BW), weaning weight (WW), postweaning gain (PWG), scrotal circumference (SC) and muscling. Nonhierarchical cluster analysis was used to group farms located in regions with similar environmental variables into clusters. Six clusters of farms were formed. The effect of sire-cluster interaction was tested by single-trait analysis. The inclusion of sire-cluster interaction in the genetic evaluation model may not result in better fit to the data for BW, WW and SC. Genetic parameters were estimated by multiple-trait analysis considering the same trait to be different in each cluster. The heritability coefficient in the clusters for BW, WW, PWG, SC and muscling ranged from 0.15 to 0.25; 0.16 to 0.25; 0.10 to 0.20; 0.17 to 0.31 and 0.17 to 0.24, respectively. The genetic correlations ranged from 0.19 to 0.90 for BW, -0.02 to 0.92 for WW, 0.31 to 0.93 for PWG, 0.64 a 0.89 for SC and 0.18 to 0.80 for muscling in the clusters of farms. The different heritability estimates between groups of farms indicates that the response to selection varies with the environment in which animals are selected. The low genetic correlations between traits in the different regions demonstrated the presence of GxE, indicating that the best sires in a certain region are not the same for the other regions. A reaction norm hierarchical model using Bayesian approach was also used for estimation of variance components, genetic parameters and to verify the existence of GxE. Environmental gradients based in solutions for the effect of contemporary groups for BW, WW, PWG and SC were -6.45 to +4.75 kg, -65 kg to +65, -72 to +112 kg and -6.5 to +5.5 cm, respectively. Heritability estimates were increasing in the environmental gradient, BW (0.04 to 0.55), WW (0.39 to 0.47), PWG (0.01 to 0.43) and SC (0.21 to 0.23). The correlation between the level and slope of reaction norm for BW and PWG was of high magnitude, indicating that animals of higher average breeding value were the ones which presented a best response to environmental improvement, characterizing a scale effect on GxE. For WW and SC, the correlation between intercept and slope was low implying reranking of animals in different environments. The reaction norm hierarchical model has been useful to describe changes in the variance components due to the environment and to describe the presence of GxE traits in composite beef cattle. There is genetic variation with respect to the sensitivity of the animals, which enables the selection of genotypes most plastics or more robust.

Behaviors can exhibit a wide degree of plasticity depending on the environmental context in which they are expressed. Despite this, repeatable differences have been found among and within individuals across a wide range of taxa. For my thesis, I investigated individual differences in foraging and parental care. In the first experiment, I assessed house sparrows (Passer domesticus) for domain-generality among neophobia, habituation and associative learning as they are all responses to novelty. While the results of the study find individual differences in each of these contexts the conclusion supported separate mechanisms for each response (domain-specificity). In the second experiment, I examined how the loudness of brood begging vocalizations influenced parent trip time, food load size brought to the nest and the amount of time spent in the box. The results of this study found individual differences in trip time and the time spent in the box with regard to the initial five seconds of begging loudness during a parent’s visit. Additionally, trip time was also influenced by the change in loudness within a visit. My findings reveal that individual variation may depend on the context in which individuals are measured.

Orientador: Prof. Dr. Gustavo Muniz Dias / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Evolução e Diversidade, 2015. / Em ambientes heterogêneos, a evolução pode favorecer a plasticidade fenotípica como forma de aumentar a gama de condições nas quais os organismos podem sobreviver e reproduzir. Essa heterogeneidade pode ser o resultado da variação das condições naturais, mas atividades antrópicas também podem aumentar a heterogeneidade mesmo em pequenas escalas. Para saber como um organismo responde a essa heterogeneidade em pequena escala, investigamos a manifestação de diferentes fenótipos e as consequências da plasticidade fenotípica na aptidão do briozoário marinho Schizoporella errata frente a duas condições ambientais distintas ocasionadas por uma marina de recreação: no quebra-mar (maior hidrodinâmica) e no interior da marina (mais impactado). Realizamos dois experimentos: 1) no primeiro verificamos como as condições distintas dos dois locais influenciam os atributos relativos à aptidão de colônias de S. errata com duas idades (3 meses e 5 meses) e em dois momentos do ano. 2) No segundo, testamos se estes atributos são plásticos, através de um experimento de translocação recíproca utilizando clones de S. errata. Quando observamos diferenças no crescimento assexuado das colônias entre locais (períodos mais quentes), estas cresceram mais e apresentaram maior densidade de autozooides no quebra-mar. Já no interior da marina, as colônias investiram mais em reprodução sexuada. O investimento em defesa foi maior no segundo momento de experimentação, quando o percentual de colônias consumidas foi maior. As colônias apresentaram plasticidade em todos os atributos relativos à aptidão, com muita variação entre os genótipos. De modo geral, no quebra-mar os clones cresceram mais e tiveram maiores densidades de autozooides do que os do interior da marina corroborando o padrão descrito no primeiro experimento. Enquanto o investimento reprodutivo não variou entre os clones e locais de origem e destino, clones investiram mais em defesa no quebra-mar. As diferenças das condições ambientais entre os locais geraram efeitos variados na aptidão de S. errata, dependendo do momento do ano, da idade, do genótipo, mas principalmente da interação entre estes fatores. O hidrodinamismo no quebra-mar pode ter contribuído para o maior investimento em crescimento e densidade de autozooides, enquanto que no interior da marina o menor crescimento foi compensado pelo maior investimento reprodutivo, indicando uma possível demanda conflitante entre reprodução sexuada e assexuada. De forma geral, as alterações nas condições físicas e biológicas causadas pela construção da marina afetou a manifestação do fenótipo em S. errata, entretanto toda essa plasticidade diferiu entre indivíduos, indicando que dentro da população há uma grande variação na forma como o fenótipo é manifestado, o que explica porque Schizoporella errata é uma espécie invasora comum em muitos locais do mundo / In heterogeneous environments, evolution can promote phenotypic plasticity in order to increase the range of conditions in which the organisms can survive and reproduce. This heterogeneity can be caused by variation in the natural conditions, but human activities may also increase the heterogeneity even at small scales. To learn how the heterogeneity of environmental conditions affects the expression of different phenotypes and the consequences of phenotypic plasticity to the organisms fitness, we growth the marine bryozoan Schizoporella errata under two different environmental conditions caused by a recreational marina: on the breakwater, a more natural and hydrodynamic local and inside the marina, a more calm but disturbed place. We conducted two experiments: 1) on first we described how the different conditions of the two sites influence the attributes related to the fitness of S. errata with two different ages (3 months and 5 months) and two moments of the year. 2) On second we tested whether these attributes are induced by the environment, through reciprocal translocation of clones of S. errata. When the local affected clonal growth of colonies (warm periods), colonies reached larger size and zooid densities at the breakwater. However, inside the marina the colonies invested more in sexual reproduction. Investment in defense was higher in the second time trial, when the percentage of colonies consumed was higher. During the second experiment, the colonies showed plasticity in all studied traits, with large variation among genotypes. In general, clones in the breakwater grew more and had higher autozooids densities than those of the inside of marina, corroborating the pattern described in the first experiment. While the reproductive investment was not affected by the genotype, origin or destination, the clones invested more in defense in the breakwater. The differences of the environmental conditions between the sites, generated various effects on S. errata fitness, depending on the moment, age, genotype, but mainly on the interaction between these factors. The hydrodynamics on the breakwater may have contributed to the increased investment in growth and autozooids density, while inside the marina the lowest growth was offset by higher reproductive investment, indicating a possible trade-off between sexual and asexual reproduction. In general, changes in physical and biological conditions caused by marina construction affected the expression of phenotype in S. errata, however this plasticity differ between individuals, indicating that within the population there is great variation in how the phenotype is expressed, which explains why Schizoporella errata is a common invasive species in many parts of the world.

Objetivou-se com o presente estudo foram caracterizar e definir ambientes homogêneos de produção de bovinos de corte compostos no Brasil com relação às variáveis climáticas e geográficas, utilizando técnicas exploratórias multivariadas. Verificar a presença de interação genótipo-ambiente (GxE) nas características peso ao nascimento (PN), peso a desmama (PD), ganho de peso da desmama ao sobreano (GP), perímetro escrotal (PE) e musculosidade (MUS). Pela análise de agrupamento não-hierárquico foram agrupadas as regiões similares com relação às variáveis ambientais. Foram formados seis grupos de fazendas. A inclusão do efeito de interação touro-grupo foi avaliada em análises uni-característica. Comparou-se um modelo com o efeito de interação touro-grupo com outro sem esse efeito. Incluir o efeito de interação touro-GEO no modelo de avaliação genética do PN, PD e PE não resultou melhor ajuste aos dados, no entanto não deve ser descartada a hipótese de se considerar outros tipos de efeitos de GxE. Foram estimados parâmetros genéticos por meio de análises multi-característica, considerando-se a mesma característica como diferente em cada grupo de fazendas. Foi verificada heterogeneidade de variância para todas as características. Os coeficientes de herdabilidade nos grupos de fazendas para PN, PD, GP, PE e MUS variaram de 0,15 a 0,25; 0,16 a 0,25; 0,10 a 0,20; 0,17 a 0,31 e 0,17 a 0,24, respectivamente. As correlações genéticas variaram de 0,19 a 0,90 para PN, -0,02 a 0,92 para PD, 0,31 a 0,93 para GP, 0,64 a 0,89 para PE e de 0,18 a 0,80 para MUS nos grupos fazendas. As diferentes estimativas de herdabilidade obtidas entre grupos de fazendas implicam resposta à seleção diferenciada conforme o ambiente em que os animais são criados e selecionados. Pelas correlações genéticas entre as características nas diversas regiões, constatou-se GxE, indicando que os melhores reprodutores para uma determinada região não são sempre os mesmos para as demais. Um modelo hierárquico de norma de reação sob abordagem Bayesiana também foi utilizado para estimação dos componentes de variância, parâmetros genéticos e verificação da existência de GxE. Os gradientes ambientais baseados nas soluções para o efeito de grupo de contemporâneos para PN, PD, GP e PE foram -6,45 a +4,75 kg, -65 a +65 kg, -72 a +112 kg e -6.5 a +5.5 cm, respectivamente. As estimativas de herdabilidade foram crescentes no gradiente ambiental, PN (0,04 a 0,55), PD (0,39 a 0,47), GP (0,01 a 0,43) e PE (0,21 a 0,23). A correlação entre o nível e a inclinação da norma de reação para PN e GP foi de alta magnitude, indicando que os animais de maior valor genético médio foram os que apresentaram maior resposta à melhoria das condições ambientais, caracterizando o efeito de escala da GxE. Para PD e PE, a correlação entre intercepto e inclinação foi baixa implicando reclassificação dos animais em ambientes diferentes. O modelo hierárquico de normas de reação foi útil para descrever alterações nos componentes de variância decorrentes do ambiente e para descrever a presença de GxE nas características estudadas de bovinos compostos. Existe variação genética com respeito à sensibilidade dos animais, o que possibilita a seleção de genótipos mais plásticos ou mais robustos. / The objectives of this study were to characterize and define homogenous production environments of composite beef cattle in Brazil in terms of climatic and geographic variables using multivariate exploratory techniques; to evaluate the presence of genotype by environment interaction (GxE) for birth weight (BW), weaning weight (WW), postweaning gain (PWG), scrotal circumference (SC) and muscling. Nonhierarchical cluster analysis was used to group farms located in regions with similar environmental variables into clusters. Six clusters of farms were formed. The effect of sire-cluster interaction was tested by single-trait analysis. The inclusion of sire-cluster interaction in the genetic evaluation model may not result in better fit to the data for BW, WW and SC. Genetic parameters were estimated by multiple-trait analysis considering the same trait to be different in each cluster. The heritability coefficient in the clusters for BW, WW, PWG, SC and muscling ranged from 0.15 to 0.25; 0.16 to 0.25; 0.10 to 0.20; 0.17 to 0.31 and 0.17 to 0.24, respectively. The genetic correlations ranged from 0.19 to 0.90 for BW, -0.02 to 0.92 for WW, 0.31 to 0.93 for PWG, 0.64 a 0.89 for SC and 0.18 to 0.80 for muscling in the clusters of farms. The different heritability estimates between groups of farms indicates that the response to selection varies with the environment in which animals are selected. The low genetic correlations between traits in the different regions demonstrated the presence of GxE, indicating that the best sires in a certain region are not the same for the other regions. A reaction norm hierarchical model using Bayesian approach was also used for estimation of variance components, genetic parameters and to verify the existence of GxE. Environmental gradients based in solutions for the effect of contemporary groups for BW, WW, PWG and SC were -6.45 to +4.75 kg, -65 kg to +65, -72 to +112 kg and -6.5 to +5.5 cm, respectively. Heritability estimates were increasing in the environmental gradient, BW (0.04 to 0.55), WW (0.39 to 0.47), PWG (0.01 to 0.43) and SC (0.21 to 0.23). The correlation between the level and slope of reaction norm for BW and PWG was of high magnitude, indicating that animals of higher average breeding value were the ones which presented a best response to environmental improvement, characterizing a scale effect on GxE. For WW and SC, the correlation between intercept and slope was low implying reranking of animals in different environments. The reaction norm hierarchical model has been useful to describe changes in the variance components due to the environment and to describe the presence of GxE traits in composite beef cattle. There is genetic variation with respect to the sensitivity of the animals, which enables the selection of genotypes most plastics or more robust.

La France présente une grande diversité de conditions pédoclimatiques et par conséquent des systèmes d'élevage très variés. Pourtant, les schémas de sélection actuels en bovins laitiers considèrent que les meilleurs reproducteurs sont les mêmes quel que soit le type de système d'élevage, c'est-à-dire qu'il n'existe pas d'interactions Génotype*Milieu. L'objectif de cette thèse est de mesurer les interactions Génotype*Milieu en France sur les caractères laitiers et fonctionnels dans les 3 races bovines laitières principales (Normande, Montbéliarde, Holstein).Un point crucial dans ce type d'étude est la façon de définir le milieu. L'innovation de cette thèse est l'utilisation des profils Troupeau-Jour de Contrôle. Ce sont des coproduits du modèle génétique basé sur les contrôles élémentaires. Ils reflètent la production permise par la conduite de troupeau au cours du temps. Ils présentent l'avantage d'être disponibles à partir des bases de données nationales et d'être uniquement le reflet de la conduite, contrairement à d'autres définitions qui mêlent effet génétique et effet d'environnement au sein de la définition du milieu ou qui se focalisent sur certains points précis de la conduite sans prendre en compte son effet global. La description des profils Troupeau-Jour de Contrôle de plus de 15000 élevages normands, montbéliards et holsteins par des méthodes de lissage de séries temporelles, d'analyses factorielles et de classification a permis de créer 2 définitions du milieu en vue de l'étude des interactions Génotype*Milieu : des milieux définis comme des groupes d'élevages aux conduites distinctes ou un milieu défini comme un continuum à travers une ou des variables synthétiques.L'importance des interactions Génotype*Milieu a été estimées à partir de 2 types de modèles : un modèle multicaractères qui valorise la définition du milieu sous forme de groupes d'élevages et un modèle de norme de réaction qui valorise, quant à lui, le milieu défini comme un continuum. Les avancées méthodologiques proposées dans cette thèse concernent les modèles de normes de réaction. Des approches permettant de prendre en compte plusieurs variables d'environnement au sein d'un même modèle et de les résumer au sein d'une matrice génétique de rang réduit sont mises en avant.Aucun reclassement n'a été mis en évidence : les meilleurs reproducteurs sont les mêmes quel que soit le système d'élevage. Les schémas des sélections actuels sont donc performants. Il existe tout de même une interaction Génotype*Milieu significative sous forme d'effet d'échelle : la variabilité des valeurs génétiques des animaux est plus importante dans les systèmes d'élevage plus intensifs. Cet effet d'échelle ne sera pas pris en compte dans les modèles d'évaluation génétique, en revanche, il est possible d'imaginer un indicateur utilisable sur le terrain pour mesurer les écarts de performances, dus à cet effet, auxquels il faut s'attendre. / Because of the diversity of pedoclimatic conditions in France, dairy farms have very diversified herd management systems. For this reason, some breeders question the efficiency of the existing breeding schemes for their own management system. To overcome these concerns, a genotype by environment interaction study at the French national level has been considered necessary. The aim of this thesis is to assess the presence of genotype by environment interactions in Normande, Montbéliarde and Holstein breeds for production and functional traits.A tricky point in genotype by environment interaction studies is the environmentdefinition. The innovation of this thesis deals with the use of Herd-Test Day profiles.They are co-products of the French test day model. They reflect the production dueto herd management over time. They are available in national databases and only reflect herd management effect contrary to other definitions in which there is a confusion between genetic and environmental effects in the environment definition or which focus on specific features of the herd management without taking into account its global effect. Herd Test Day profiles of more than 15,000 herds have been studied through time series smoothing, factor analysis and clustering methods. It led to 2 definitions of the environment for the genotype by environment interaction study : environments defined as herd groups or one to several environmental gradients.Genotype by environment interactions were assessed with 2 models : the multitrait model and the reaction norm model. The first one uses herd groups as definition of the environment whereas reaction norm model considers the environment as a gradient. Several methodological improvements have been suggested for reaction norm models : taking into account several environmental gradients in a reaction norm model and summarizing them through a reduced rank genetic matrix.No reranking has been shown : the best parents are the same whatever the herd management system. Consequently, current breeding schemes are relevant. However, a scale effect exists : the variability of animal breeding values is higher in intensive herds. Genetic models will not account for this scale effect. However, a tool useful for breeders could indicate the deviation between expected performances and actual performances due to this scale effect.

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In the first chapter, the efficiency of the genotypic recurrent selection (RS) used in the Embrapa’s rice breeding program was evaluated, in order to obtain genetic gains and maintain the population genetic variability. Ten yield trials of S1:3 progenies were used in the analyses. The evaluated traits were grain yield, plant height and days-to-flowering. Variance and covariance components were obtained using Bayesian approach. Using single nucleotide polymorphisms (SNP) markers, the population diversity and genetic structure also were estimated. Adjusted means of progenies in each cycle were computed and, genetic progress was estimated by generalized linear regression using frequentist approach. The magnitudes of effective population size and genetic variance indicated maintenance of genetic variability over selection cycles. The genetic progress achieved for grain yield was 760 kg ha-1 per cycle (1.95% per year), and for days-to-flowering, it was -6.3 days per cycle (-1.28% per year). It was concluded that the genetic progress already achieved and the genetic variability available in the population demonstrate the efficiency of RS in the improvement of rice populations. In the second chapter, in the context of genomic selection, the relative efficiency of GRS on RS was assessed, as well as the accuracy of different models of genomic prediction, in order to propose a GRS scheme for population breeding of self-pollinating species such as rice. In this study, the genetic material was the S1:3 progenies yield trial of the third selection cycle. From a group of 196 progenies that were phenotyped for eight traits with different heritabilities and genetic architectures, a group of 174 progenies was genotyped for SNP markers. Ten predictive models were fitted to the data set. The proposed GRS scheme, when compared to the RS method, showed higher efficiency, especially in genetic gain per unit of time. From the predictive models assessed, HBLUP (hybrid best linear unbiased prediction, using hybrid relationship matrix based in pedigree and SNP markers) and RForest (random forest) have greater potential for genomic prediction in irrigated rice, given the high accuracy of their predictions for a number of traits. The HBLUP model was notoriously superior for more complex traits, such as grain yield, while RForest stood out for less complex traits. The high extent of linkage disequilibrium in the population suggests that the marker density employed (approximately one SNP per 60 kb) is enough for the practice of genomic selection in populations with similar genetic structure. In the third chapter, the objective was to extend a class of HBLUP models based on reaction norm, in context of multi-environmental trials with genotype x environment interaction, for accommodation of hybrid genetic relationship and information of the assessed environments. The accuracy of alternative models for multi-environmental predictions was evaluated, as well as the relative importance of structures of additive and multiplicative components, using genetic relationship information and environmental covariates. This strategy allowed to evaluate the influence of different approaches to group the genetic-environmental information on the accuracy of models for prediction of breeding value of progenies for agronomic traits. The data consisted of the same ten trial of S1:3 progenies, carried out during three recurrent selection cycles. Six predictive HBLUP models of reaction norm were considered, using genetic and environmental covariates, as well as interactions between these effects. Genomic information was derived from SNP markers obtained for the 174 progenies of the third selection cycle. The 401 environmental covariates, the genetic information (hybrid genetic relationship) and the interactions among these effects explained an important portion of the phenotypic variance, allowing an increase in the predictive accuracy of models. The use of genetic information and environmental covariates only from the respective selection cycle is enough for accurate predictions of unphenotyped progenies, even in non-sampled environments. This is the first study to take into account simultaneously hybrid genetic relationship, stemming from pedigree information plus SNP markers, and environmental covariates in multi-environmental models based on reaction norm for breeding value prediction in target environments of a recurrent selection program. / A obtenção de ganhos genéticos para caracteres quantitativos associada à manutenção da variabilidade genética são fatores importantes em programas de seleção recorrente. Com os avanços no campo da estatística genômica, estratégias de seleção potencialmente mais rápidas para alcance de ganhos genéticos estão sendo desenvolvidas, como a seleção genômica. Partindo-se de uma população subtropical de arroz irrigado (CNA12S), conduzida durante três ciclos de seleção recorrente, este estudo teve como objetivo geral avaliar o potencial de emprego do esquema de seleção recorrente genômica (GRS) em programas de melhoramento genético de arroz. Três estudos específicos foram desenvolvidos. No primeiro deles, avaliou-se a eficiência do esquema de seleção recorrente genotípica (RS) utilizado no programa de melhoramento de arroz da Embrapa, na obtenção de ganhos genéticos e manutenção da variabilidade genética populacional. O material experimental utilizado constituiu-se de dez ensaios de rendimento de progênies S1:3 associadas a cada ciclo de seleção. Os caracteres avaliados foram produtividade de grãos, altura de planta e número de dias até o florescimento. Componentes de variância e covariância foram obtidos via abordagem Bayesiana e, com uso de marcadores SNP (single nucleotide polymorphisms) associados às progênies, também a diversidade e a estrutura genética populacional. Médias ajustadas de progênies em cada ciclo foram computadas e, por regressão linear generalizada, estimou-se o progresso genético, via abordagem frequentista. As magnitudes do tamanho efetivo populacional e da variância genética indicaram manutenção da variabilidade genética ao longo dos ciclos de seleção. O progresso genético alcançado para produtividade de grãos foi de 760 kg ha-1 por ciclo (1,95 % ao ano) e para dias para florescimento, -6,3 dias por ciclo (-1,28 % ao ano). Concluiu-se que, o progresso genético já alcançado e a variabilidade genética disponível na população demonstram a eficiência de RS no melhoramento de populações de arroz. Num segundo estudo, no contexto de seleção genômica, avaliou-se a eficiência relativa de GRS sobre o esquema de RS; além da acurácia de diferentes modelos de predição genômica, buscando-se propor um esquema de GRS para melhoramento populacional de espécies autógamas como o arroz. Nesse estudo, o material genético foi composto por um ensaio de rendimento de progênies S1:3 do terceiro ciclo de seleção. Do grupo de 196 progênies fenotipadas para oito caracteres, com herdabilidades e arquiteturas genéticas diferentes, um grupo de 174 progênies foi genotipado para marcadores SNP. Dez modelos preditivos foram ajustados ao conjunto de dados. O esquema de GRS, quando comparado ao de RS, apresentou maior eficiência, sobretudo em ganho genético por unidade de tempo. Dos modelos preditivos avaliados, HBLUP (hybrid best linear unbiased prediction, com uso de matriz híbrida de parentesco baseada em pedigree e marcadores SNP) e RForest (random forest) apresentaram maior potencial para predição genômica, haja vista a elevada acurácia de suas predições para maior número de caracteres. O modelo HBLUP foi notoriamente superior para caracteres mais complexos, como produtividade de grãos, enquanto RForest destacou-se para caracteres menos complexos. A alta extensão do desequilíbrio de ligação na população sugere que a densidade de marcadores empregada (aproximadamente um SNP por 60 kb) é suficiente para a prática de predição genômica em populações com estrutura genética similar. No terceiro estudo buscou-se estender uma classe de modelos preditivos HBLUP baseados em norma de reação (contexto de ensaios multiambientais com interação genótipos × ambientes), para acomodar informações de parentesco e de covariáveis associadas aos ambientes de avaliação. Assim, avaliouse a acurácia preditiva de modelos alternativos para predições multiambientais, bem como a importância relativa de estruturas de componentes aditivos e multiplicativos; além da influência de diferentes abordagens de agrupamento de informações genético-ambientais sobre a acurácia dos modelos. O material genético constituiu-se nos mesmos dez ensaios de rendimento de progênies S1:3, conduzidos durante três ciclos de seleção recorrente. Foi considerada uma sequência de seis modelos preditivos de norma de reação, do tipo HBLUP, com uso de covariáveis genéticas e ambientais, além de interações entre esses efeitos. A informação genômica foi proveniente de marcadores SNP obtidos por genotipagem de 173 progênies do terceiro ciclo de seleção. As covariáveis ambientais (num total de 401), informações genéticas (parentesco híbrido) e as interações entre esses efeitos explicaram importante porção da variância fenotípica, o que possibilitou aumento da acurácia preditiva dos modelos. O emprego de informações genéticas e de covariáveis ambientais apenas do respectivo ciclo de seleção mostrou-se suficiente para predições acuradas do desempenho de progênies não fenotipadas, mesmo em ambientes não amostrados. Este estudo é pioneiro em considerar conjuntamente parentesco híbrido, oriundo de informações de pedigree mais marcadores SNP, e covariáveis ambientais em modelos multiambientais baseados em norma de reação, para predição de valor genético em ambientes-alvo de programas de seleção recorrente.