The effect of host plant and isolation on the genetic structure of phytophagous insects: A preliminary study on a bruchid beetle

Genetic differentiation is a consequence of the combination of drift and restriction in gene flow between populations due to barriers to dispersal, or selection against individuals resulting from inter-population matings In phytophagous insects, local adaptation to different kinds of host plants can sometimes lead to reproductive isolation and thus to genetic structuring, or even to speciation Acanthoscelides. obtectus Say is a bean bruchid specialized on beans of the Phaseolus vulgaris group, attacking both wild and domesticated forms of P vulgaris., and P coccineus This study reveals that the genetic structure of populations of this bruchid is explained mainly by their geographical location and is not related to a particular kind (wild or domesticated) of bean In contrast, the species of bean might have led, to some extent, to genetic structuring in these bruchids, although our sampling is too limited to address such process unambiguously. If confirmed, it would corroborate preliminary results found for the parasitoid species that attack Acanthoscelides species, which might show a genetic structure depending on the species of host plant

Inferring ultraviolet anatomical exposure patterns while distinguishing the relative contribution of radiation components

Exposure to solar ultraviolet (UV) radiation is the main causative factor for skin cancer. UV exposure depends on environmental and individual factors, but individual exposure data remain scarce. While ground UV irradiance is monitored via different techniques, it is difficult to translate such observations into human UV exposure or dose because of confounding factors. A multi-disciplinary collaboration developed a model predicting the dose and distribution of UV exposure on the basis of ground irradiation and morphological data. Standard 3D computer graphics techniques were adapted to develop a simulation tool that estimates solar exposure of a virtual manikin depicted as a triangle mesh surface. The amount of solar energy received by various body locations is computed for direct, diffuse and reflected radiation separately. Dosimetric measurements obtained in field conditions were used to assess the model performance. The model predicted exposure to solar UV adequately with a symmetric mean absolute percentage error of 13% and half of the predictions within 17% range of the measurements. Using this tool, solar UV exposure patterns were investigated with respect to the relative contribution of the direct, diffuse and reflected radiation. Exposure doses for various body parts and exposure scenarios of a standing individual were assessed using erythemally-weighted UV ground irradiance data measured in 2009 at Payerne, Switzerland as input. For most anatomical sites, mean daily doses were high (typically 6.2-14.6 Standard Erythemal Dose, SED) and exceeded recommended exposure values. Direct exposure was important during specific periods (e. g. midday during summer), but contributed moderately to the annual dose, ranging from 15 to 24% for vertical and horizontal body parts, respectively. Diffuse irradiation explained about 80% of the cumulative annual exposure dose.

Extended family structure in the ant Formica paralugubris: the role of the breeding system

In populations of various ant species, many queens reproduce in the same nest (polygyny), and colony boundaries appear to be absent with individuals able to move fi eely between nests (unicoloniality). Such societies depart strongly from a simple family structure and pose a potential challenge to kin selection theory, because high queen number coupled with unrestricted gene flow among nests should result in levels of relatedness among nestmates close to zero. This study investigated the breeding system and genetic structure of a highly polygynous and largely unicolonial population of the wood ant Formica paralugubris. A microsatellite analysis revealed that nestmate workers, reproductive queens and reproductive males (the queens' mates) are all equally related to each other, with relatedness estimates centring around 0.14. This suggests that most of the queens and males reproducing in the study population had mated within or close to their natal nest, and that the queens did not disperse far after mating. We developed a theoretical model to investigate how the breeding system affects the relatedness structure of polygynous colonies. By combining the model and our empirical data, it was estimated that about 99.8% of the reproducing queens and males originated from within the nest, or from a nearby nest. This high rate of local mating and the rarity of long-distance dispersal maintain significant relatedness among nestmates, and contrast with the common view that unicoloniality is coupled with unrestricted gene flow among nests.

HCF-1 self-association via an interdigitated Fn3 structure facilitates transcriptional regulatory complex formation.

Host-cell factor 1 (HCF-1) is an unusual transcriptional regulator that undergoes a process of proteolytic maturation to generate N- (HCF-1(N)) and C- (HCF-1(C)) terminal subunits noncovalently associated via self-association sequence elements. Here, we present the crystal structure of the self-association sequence 1 (SAS1) including the adjacent C-terminal HCF-1 nuclear localization signal (NLS). SAS1 elements from each of the HCF-1(N) and HCF-1(C) subunits form an interdigitated fibronectin type 3 (Fn3) tandem repeat structure. We show that the C-terminal NLS recruited by the interdigitated SAS1 structure is required for effective formation of a transcriptional regulatory complex: the herpes simplex virus VP16-induced complex. Thus, HCF-1(N)-HCF-1(C) association via an integrated Fn3 structure permits an NLS to facilitate formation of a transcriptional regulatory complex.

Le mouvement peut-il guérir? : histoire de l'engagement des médecins français dans l'élaboration de l'éducation physique (1741-1888)

Résumé : Cette recherche doctorale analyse l'engagement des médecins français autour de l'éducation physique entre 1741 et 1888. Basé sur un travail prosopographique d'identification des médecins qui ont participé à l'élaboration de l'éducation physique, ce travail repose sur une mise en dialogue de leurs prises de position respectives. Pour réaliser cette enquête, nous avons compulsé un large corpus de sources primaires, composé des ouvrages consacrés à la gymnastique médicale mais aussi une très large portion de la production d'imprimés touchant à l'anatomie, l'hygiène, la thérapeutique, la physiologie, l'orthopédie, etc. Le corpus contient également des articles des principaux dictionnaires médicaux de la période et des principales revues médicales du XIXe siècle. Avec une approche critique de l'historiographie et à partir de ce corpus, nous avons travaillé dans le cadre de contextes définis pour saisir au plus près les logiques sociales et scientifiques amenant les médecins auprès de l'éducation physique. Trois conjonctures successives structurent l'engagement médical. Entre 1741 et 1817, la thèse retrace l'émergence d'un questionnement ; les années 1817-1847 constituent un « moment orthopédique » dans la formulation de la gymnastique ; et finalement entre 1847 et 1888, on observe une diversification des voies de légitimation médicale des exercices du corps. Ces trois moments de l'histoire des « discours gymniques médicaux » proposent un certain nombre de convergences : la prégnance de l'orthopédie, une certaine concentration autour de la santé des corps féminins, l'inclusion dans un « projet hygiéniste » ; mais aussi des divergences et des singularités : relatives à la progressive structuration en cours du champ médical, à l'implication progressive du politique (surtout après 1845/1850), aux transformations des pathologies/doctrines médicales « dominantes », ainsi qu'à l'importance plus ou moins forte de l'une ou l'autre des facettes de l'éducation physique (militaire, athlétique, « médicinale » ou pédagogique). Le processus est aussi celui de l'expérimentation de la curation de certaines pathologies (scolioses, affections nerveuses), dans des configurations idéologiques/scientifiques marquées par la « dégénération » (XVIIIe siècle), l'anatomie pathologique (début du XIXe siècle) et plus tard la « dégénérescence » et les affections nerveuses (après 1850). Dans le cadre d'une dynamique d'inspiration « foucaldienne », ces recommandations évoluent d'une anatomopolitique - caractérisée par un essor de discours empreints d'anatomie au XVIIIe siècle - vers une biopolitique - caractérisée par l'engagement de l'Etat qui fait de la gymnastique une discipline d'enseignement, pensée à des fins hygiéniques dans la seconde moitié du XIXe - où le processus réside en fait dans une biologisation progressive des recommandations pratiques. Observée à l'aune de la formulation médicale de l'éducation physique, la biopolitique n'est pas réalisée dans la seconde moitié du XVIIIe, elle se compose lentement aux marges de l'institution scolaire et des gymnastiques pédagogico-militaires pour constituer un projet thérapeutique et hygiénique plus construit après 1850. Abstract : This dissertation analyzes French doctor's involvement in debates and initiatives concerning physical education between 1741 and 1888. Based on a prosopographic inventory of those physicians who participated in the development of physical education, it explores the variety of their discourses with respect to the practice of physical exercises. This investigation relies on a large selection of primary sources: works devoted to medical gymnastic, but also medical treatises related to anatomy, hygiene, therapeutics, physiology, orthopedics, etc. The sources also include articles from the major medical dictionaries and journals of the nineteenth century. These documents are used to explore the socio-scientific mechanisms that underlay physicians' commitment to physical education. Three chronological periods structure medical engagement in the area of physical education. Between 1741 and 1817 the thesis traces the emergence of a questioning; the years 1817 to 1847 represent an « orthopedic moment » in the development of gymnastics; finally between 1847 and 1888, one witnesses a diversification of the legitimation process between medicine and gymnastics. These three moments in the history of « medical and gymnastic discourses » offer a number of similarities: the weight of orthopedics, the ongoing focus on the health of the female body, and the association of these discourses with a « hygienic project ». But differences also distinguish these periods as the medical field became more structured and new medical doctrines became dominant, with the increasing involvement of politics (especially after 1850), and with the changing weight of priorities within physical education (military, athletic, « medical » or pedagogic). Medical discourses centered on the curing of certain diseases (scoliosis or nervous disorders) are analyzed within an ideological configuration marked by the idea of « degeneration » (in the eighteenth century), « pathological anatomy » (in the early nineteenth century) and later « dégénérescence » associated with nervous disorders (after 1850). The dissertation draws on Foucault's historical epistemology to understand how medical recommendations evolve from an anatomopolitics - characterized by a surge in anatomical discourses - toward a biopolitics - characterized by the commitment of the State to introduce gymnastics for hygienic purposes into schools in the second half of the nineteenth century. This process reveals a progressive "biologization" of practical recommendations. The medical discourses about physical education show that Foucault's biopolitical power is not achieved in the second half of the eighteenth century, but develops slowly at the margins of the school system and of pedagogical and military gymnastic, becoming a veritable hygienic and therapeutic project only after 1850.

Comparison of polyethylene wear in anatomical and reversed shoulder prostheses.

Wear of polyethylene is associated with aseptic loosening of orthopaedic implants and has been observed in hip and knee prostheses and anatomical implants for the shoulder. The reversed shoulder prostheses have not been assessed as yet. We investigated the volumetric polyethylene wear of the reversed and anatomical Aequalis shoulder prostheses using a mathematical musculoskeletal model. Movement and joint stability were achieved by EMG-controlled activation of the muscles. A non-constant wear factor was considered. Simulated activities of daily living were estimated from in vivo recorded data. After one year of use, the volumetric wear was 8.4 mm(3) for the anatomical prosthesis, but 44.6 mm(3) for the reversed version. For the anatomical prosthesis the predictions for contact pressure and wear were consistent with biomechanical and clinical data. The abrasive wear of the polyethylene in reversed prostheses should not be underestimated, and further analysis, both experimental and clinical, is required.

Structure-function analyses point to a polynucleotide-accommodating groove essential for APOBEC3A restriction activities.

Members of the human APOBEC3 family of editing enzymes can inhibit various mobile genetic elements. APOBEC3A (A3A) can block the retrotransposon LINE-1 and the parvovirus adeno-associated virus type 2 (AAV-2) but does not inhibit retroviruses. In contrast, APOBEC3G (A3G) can block retroviruses but has only limited effects on AAV-2 or LINE-1. What dictates this differential target specificity remains largely undefined. Here, we modeled the structure of A3A based on its homology with the C-terminal domain of A3G and further compared the sequence of human A3A to those of 11 nonhuman primate orthologues. We then used these data to perform a mutational analysis of A3A, examining its ability to restrict LINE-1, AAV-2, and foreign plasmid DNA and to edit a single-stranded DNA substrate. The results revealed an essential functional role for the predicted single-stranded DNA-docking groove located around the A3A catalytic site. Within this region, amino acid differences between A3A and A3G are predicted to affect the shape of the polynucleotide-binding groove. Correspondingly, transferring some of these A3A residues to A3G endows the latter protein with the ability to block LINE-1 and AAV-2. These results suggest that the target specificity of APOBEC3 family members is partly defined by structural features influencing their interaction with polynucleotide substrates.

Fine-scale genetic structure and marginal processes in an expanding population of Biscutella laevigata L. (Brassicaceae).

Evolutionary processes acting at the expanding margins of a species' range are still poorly understood. Genetic drift is considered prevalent in marginal populations, and the maintenance of genetic diversity during recolonization might seem puzzling. To investigate such processes, a fine-scale investigation of 219 individuals was performed within a population of Biscutella laevigata (Brassicaceae), located at the leading edge of its range. The survey used amplified fragment length polymorphisms (AFLPs). As commonly reported across the whole species distribution range, individual density and genetic diversity decreased along the local axis of recolonization of this expanding population, highlighting the enduring effect of the historical colonization on present-day diversity. The self-incompatibility system of the plant may have prevented local inbreeding in newly found patches and sustained genetic diversity by ensuring gene flow from established populations. Within the more continuously populated region, spatial analysis of genetic structure revealed restricted gene flow among individuals. The distribution of genotypes formed a mosaic of relatively homogenous patches within the continuous population. This pattern could be explained by a history of expansion by long-distance dispersal followed by fine-scale diffusion (that is, a stratified dispersal combination). The secondary contact among expanding patches apparently led to admixture among differentiated genotypes where they met (that is, a reshuffling effect). This type of dynamics could explain the maintenance of genetic diversity during recolonization.

Genetic structure of a linear population of Beta vulgaris ssp maritima (sea beet) revealed by isozyme and RFLP analysis

Knowledge of the genetic structure of plant populations is necessary for the understanding of the dynamics of major ecological processes. It also has applications in conservation biology and risk assessment for genetically modified crops. This paper reports the genetic structure of a linear population of sea beet, Beta vulgaris ssp. maritima (the wild relative of sugar beet), on Furzey Island, Poole Harbour. The relative spatial positions of the plants were accurately mapped and the plants were scored for variation at isozyme and RFLP loci. Structure was analysed by repeated subdivision of the population to find the average size of a randomly mating group. Estimates of F-ST between randomly mating units were then made, and gave patterns consistent with the structure of the population being determined largely by founder effects. The implications of these results for the monitoring of transgene spread in wild sea beet populations are discussed.

Constraints on the permeability structure of alluvial aquifers from P-wave sonic logs

Modern sonic logging tools designed for shallow environmental and engineering applications allow for P-wave phase velocity measurements over a wide frequency band. Methodological considerations indicate that, for saturated unconsolidated sediments in the silt to sand range and source frequencies ranging from approximately 1 to 30 kHz, the observable poro-elastic P-wave velocity dispersion is sufficiently pronounced to allow for reliable first-order estimations of the underlying permeability structure. These predictions have been tested on and verified for a surficial alluvial aquifer. Our results indicate that, even without any further calibration, the thus obtained permeability estimates as well as their variabilities within the pertinent lithological units are remarkably close to those expected based on the corresponding granulometric characteristics.

ASIC1a oligomerization structure-function of its extracellular vestibule and functional characterization of αS243Pβɣ ENaC

Quatre cristaux du canal ASIC1a ont été publiés et soutiennent une stoechiométrie trimérique. Cependant, ces données contredisant de précédentes analyses fonctionnelles effectuées sur des canaux de la même famille, notre intérêt fut porté sur l'oligomérisation d'ASIC1a. Dans ce sens, un nouvel essai couplant la méthode d'analyse par substitution de cystéines (SCAM) avec l'utilisation de réactifs sulfhydryls bifonctionnels (crosslinkers) a été mis en place. Le but étant de stabiliser, puis sélectionner les canaux fonctionnels, pour ensuite les séparer selon leur taille par SDS-PAGE. Grâce à cette technique, nous avons démontré que le complexe stabilisé a une taille coïncidant avec une organisation tétramérique. En plus de son oligomérisation, le chemin emprunté par les ions pour traverser le canal n'est pas clairement défini dans ces structures. De ce fait, utilisant une approche électrophysiologique, nous avons étudié le lien entre la structure et la fonction du vestibule extracellulaire d'ASIC1a. Dans ce but, nous nous sommes intéressés l'accessibilité de cystéines spécifiques localisées dans ce vestibule pour des réactifs méthanethiosulfonates (MTS). Ainsi, nous avons pu corréler les cinétiques de modification de ces cystéines par les MTS avec les effets sur le courant sodique, et donc avoir des informations supplémentaires sur la voie empruntée par les ions. De plus, la simulation informatique de liaison de ces réactifs illustre le remplissage total de ce vestibule. Fonctionnellement, cette interaction ne perturbe pas le passage de ions, c'est pourquoi il nous apparaît probable que le vestibule présente une taille plus large que celle illustrée par les cristaux. Dans un deuxième temps, notre intérêt fut porté sur ENaC. Ce canal est composé des trois sous-unités (a, ß et y) et est exprimé dans divers épithéliums, dont les tubules des reins. Il participe à l'homéostasie sodique et est essentiellement régulé par voie hormonale via l'aldostérone et la Vasopressine, mais également par des sérines protéases ou le Na+. Nous avons étudié la répercussion fonctionnelle de la mutation aS243P, découverte chez un nouveau-né prématuré atteint de pseudohypoaldostéronisme de type 1. Cette maladie autosomale récessive se caractérise, généralement, par une hyponatrémie liée à d'importantes pertes de sel dans les urines, une hyperkaliémie, ainsi qu'un niveau élevé d'aldostérone. Tout d'abord aucune des expériences biochimiques et électrophysiologiques n'a pu démontrer un défaut d'expression ou une forte diminution de l'activité soutenant les données cliniques. Cependant, en challengeant aS243PßyENaC avec une forte concentration de Na+ externe, une hypersensibilité de canal fut observée. En effet, ni les phénomènes régulateurs de « feedback inhibition » ou de « Na+ self-inhibition » n'étaient semblables au canal sauvage. De ce fait, ils apparaissaient exacerbés en présence de la mutation, amenant ainsi à une diminution de la réabsorption de Na+. Ceci corrobore entièrement l'hyponatrémie diagnostiquée. Le rein d'un prématuré étant immature, la quantité de Na+ atteignant la partie distale du néphron est plus élevée, du fait que les autres mécanismes de réabsorption en amont ne sont probablement pas encore en place. Cette hypothèse est renforcée par l'existence d'un frère présentant la même mutation, mais qui, né à terme, ne présentait aucun signe d'hyponatrémie. - The main topic of my thesis is the structure-function relationship of the ENaC/Deg family of ion channels, namely the Acid-Sensing Ion Channel ASIC1a and the Epithelial Na Channel ENaC. The primary part of this research is dedicated to the structure of ASIC1a. Four channel crystals have been published, which support a trimeric stoichiometry, although these data contradict previous functional experiments on other ENaC/Deg members. We are therefore interested in ASIC1a oligomerization and have set up a new assay combining the Substituted- Cysteine Accessibility Method (SCAM) with Afunctional sulfhydryl reagents (crosslinkers) allowing its study. The aim was to first stabilize the channels, then select those that are functional and then resolve them according to their size on SDS-PAGE. We demonstrated that the stabilized complex has a molecular weight corresponding to a tetrameric stoichiometry. In addition to our interest in the oligomerization of the ENaC/Deg family of ion channels, we also wanted to investigate the thus far undefined way of permeation for these channels. Therefore, taking the advantage of a more electrophysiological approach, we studied the accessibility of specific cysteines for methanethiosulfonate reagents (MTS) and were able to correlate the MTS association kinetics on cysteine residues with Na+ currents. These results have given us an insight into ion permeation and our functional evidence indicates that the extracellular is larger than that depicted by the crystal structures. As a side project, we focused on ENaC, which is made up of three subunits (a, ß and y) and is expressed in various epithelia, especially in the distal nephron of the kidneys. It plays a role in Na+ homeostasis and is essentially regulated by hormones via aldosterone and vasopressin, but also by serine proteases or Na+. We have studied the functional impact of the aS243P mutation, discovered in a premature baby suffering from pseudohypoaldosteronism of type 1. This autosomal recessive disease is characterized by hyponatremia, hyperkalemia and high aldosterone levels. Firstly, neither biochemical nor electrophysiological experiments indicated an expression defect or a strong decrease in activity. However, challenging aS243PßyENaC with increased external Na+ concentration showed channel hypersensitivity. Indeed, both the "feedback inhibition" and the "Na+ self-inhibition" regulatory mechanisms are impaired, leading to a decrease in Na+ reabsorption, entirely supports the diagnosis. The kidneys in preterm infants are immature and Na+ levels reaching the distal nephron are higher than normally observed. We hypothesize that the upstream reabsorption machinery is unlikely to be sufficiently matured and this assumption is supported by an asymptomatic sibling carrying the same mutation, but born at term. - La cellule, unité fonctionnelle du corps humain, est délimitée par une membrane plasmique servant de barrière biologique entre les milieux intra et extracellulaires. Une communication entre cellules est indispensable pour un fonctionnement adéquat. Sa survie dépend, entre autres, du maintien de la teneur en ions dans chacun des milieux qui doivent pouvoir être réabsorbés, ou sécrétés, selon les besoins. Les protéines insérées dans la membrane forment un canal et sont un moyen de communication permettant spécifiquement à des ions tel que le sodium (Na+) de traverser. Le Na+ se trouve dans la plupart des aliments et le sel, et est spécifiquement réabsorbé au niveau des reins grâce au canal sodique épithélial ENaC. Cette réabsorption se fait de l'urine primaire vers l'intérieur de la cellule, puis est transporté vers le sang. Pour maintenir un équilibre, une régulation de ce canal est nécessaire. En effet, des dysfonctionnements impliquant la régulation ou l'activité d'ENaC lui-même sont à l'origine de maladies telles que la mucoviscidose, l'hypertension ou encore, le pseudohypoaldostéronisme (PHA). Cette maladie est caractérisée, notamment, par d'importantes pertes de sel dans les urines. Des pédiatres ont diagnostiqué un PHA chez un nouveau-né, ce dernier présentant une modification du canal ENaC, nous avons recréé cette protéine afin d'étudier l'impact de ce changement sur son activité. Nous avons démontré que la régulation d'ENaC était effectivement perturbée, conduisant ainsi à une forte réduction de la réabsorption sodique. Afin de développer des molécules capables de moduler l'activité de protéines. Il est nécessaire d'en connaître la structure. Celle du canal sodique sensible à l'acidification ASIC1, un canal cousin d'ENaC, est connue. Ces données structurales contredisant cependant les analyses fonctionnelles, nous nous sommes penchés une nouvelle fois sur ASIC1. Une protéine est une macromolécule biologique composée d'une chaîne d'acides aminés (aa). De l'enchaînement d'aa à la protéine fonctionnelle, quatre niveaux de structuration existent. Chaque aa donne une indication quant au repliement et plus particulièrement la cystéine. Arborant un groupe sulfhydryle (SH) capable de former une liaison spécifique et stable avec un autre SH, celle-ci est souvent impliquée dans la structure tridimensionnelle de la protéine. Ce type de liaison intervient également dans la stabilisation de la structure quaternaire, qui est l'association de plusieurs protéines identiques (homomère), ou pas (hétéromère). Dans cette partie, nous avons remplacé des aa par des cystéines à des endroits spécifiques. Le but était de stabiliser plusieurs homomères d'ASICl ensemble avec des réactifs créant des ponts entre deux SH. Ainsi, nous avons pu déterminer le nombre de protéines ASIC1 participant à la formation d'un canal fonctionnel. Nos résultats corroborent les données fonctionnelles soutenant un canal tétramérique. Nous avons également étudié l'accessibilité de ces nouvelles cystéines afin d'obtenir des informations supplémentaires sur la structure du chemin emprunté par le Na+ à travers ASIC1 et plus particulièrement du vestibule extracellulaire.

Influence of anatomical variations on lumbar foraminal stenosis pathogenesis.

INTRODUCTION: Symptomatic foraminal stenosis has been observed in patients with degenerative disc disease, scoliosis, asymmetrical disc degeneration and spondylolisthesis. Nevertheless not all patients with the above pathologies will develop symptomatic foraminal stenosis. We hypothesised that symptomatic patients have anatomical predisposition to foraminal stenosis, namely a larger pedicle height (PH) to vertebral body height (VH) ratio, leaving less room below the pedicle for the exiting nerve root compared to asymptomatic patients. PATIENT SAMPLE: 66 Patients were divided in two groups. The surgical group consisted of 37 patients (average age of 61 years) who presented with severe radicular symptoms resisting to conservative measures and requiring decompression and transforaminal lumbar interbody fusion (TLIF). The control group consisted of 29 patients (average age of 51 years) presenting with low back pain (LBP) but with no radicular symptoms and who were treated conservatively. METHODS: We measured VH at the level of the posterior wall as well as PH on parasagittal images (CT or MRI) on all lumbar levels (L1 to L5). Statistical analysis was performed using Student's t test. RESULTS: No difference in PH was found between the two groups for L1 to L4 levels. By contrast, there was a highly statistically significant difference in VH between the two groups from L1 to L4 level. In the surgical group, the VH was smaller (p < 0.001). CONCLUSIONS: Symptomatic patients with foraminal stenosis have smaller VH leading to lesser space beneath the pedicle and putting the exiting nerve root at risk in cases of spondylolisthesis or disc degeneration.

Impact of social structure variation on population genetics, social conflicts and life histories in ants

Summary The evolution of social structures and breeding systems in animals is a complex process that combines ecological, genetical and social factors. This thesis sheds light on important changes in population genetics, life-history and social behavior that are associated with variation in social structure in ants. The socially polymorphic ant Formica selysi was chosen as the model organism because single- and multiple-queen colonies occur in close proximity within a single large population. The shift from single- to multiple-queen colonies is generally associated with profound changes in dispersal behavior and mode of colony founding. In chapter 1, we examine the genetic consequences of variation in social structure at both the colony and population levels. A detailed microsatellite analysis reveals that both colony types have similar mating systems, with few or no queen turnover. Furthermore, the complete lack of genetic differentiation observed between single- and multiple-queen colonies provides no support to the hypothesis that change in queen number leads to restricted gene flow between social forms. Besides changes in the genetic composition of the colony, the variation in the number of queens per colony is associated with changes in a network of behavioral and life-history traits that have been described as forming a "polygyny syndrome". In chapter 2, we demonstrate that multiple-queen colonies profoundly differ from single-queen ones in terms of size, nest density and lifespan of colonies, in weight of queens produced, as well as in allocation to reproductive individuals relative to workers. These multifaceted changes in life-history traits can provide various fitness benefits to members of multiple-queen colonies. Increasing the number of queens in a colony usually results in a decreased level of aggression towards non-nestmates. The phenotype matching hypothesis predicts that, compared to single-queen colonies, multiple-queen colonies have more diverse genetically-derived cues used for recognition, resulting in a lower ability to discriminate non-nestmates. In sharp contrast to this hypothesis, we show in chapter 3 that single- and multiple-queen colonies exhibit on average similar levels of aggression. Moreover, stronger aggression is recorded between colonies of different social structure than between colonies of the same social structure. Several hypotheses propose that the evolution of multiple-queen colonies is at least partly due to benefits resulting from an increase in colony genetic diversity. The task-efficiency hypothesis holds that genetic variation improves task performance due to a more complete or more sensitive expression of the genetically-based division of labor. In .chapter 4, we evaluate if higher colony genetic diversity increases worker size polymorphism and thus may improve division of labor. We show that despite the fact that worker size has a heritable component, higher levels of genetic diversity do not result in more polymorphic workers. The smaller size and lower polymorphism levels of workers of multiple-queen colonies compared to single-queen ones further indicate that an increase in colony genetic diversity does not increase worker size polymorphism but might improve colony homeostasis. In chapter 5, we provide clear evidence for an ongoing conflict between queens and workers on sex allocation, as predicted by kin selection theory. Our data show that queens of F. selysi strongly influence colony sex allocation by biasing the sex ratio of their eggs. However, there is also evidence that workers eliminated some male brood, resulting in a population sex-investment ratio that is between the queens' and workers' equilibria. Résumé L'évolution des structures sociales et systèmes d'accouplement chez les animaux est un processus complexe combinant à la fois des facteurs écologiques, génétiques et sociaux. Cette thèse met en lumière des changements importants dans la génétique des populations, les traits d'histoire de vie et les comportements sociaux qui sont associés à des variations de structure sociale chez les fourmis. Durant ce travail, nous avons étudié une population de Formica selysi composée à la fois de colonies à une reine et de colonies à plusieurs reines. La transition de colonie à une reine à colonie à plusieurs reines est généralement associée à des changements profonds dans le comportement de dispersion ainsi que le mode de fondation des sociétés. Dans le chapitre 1, nous examinons les conséquences génétiques de la variation de structure sociale tant au niveau de la colonie qu'au niveau de la population. Une analyse détaillée à l'aide de marqueurs microsatellites nous révèle que les deux types de colonies ont des systèmes d'accouplements similaires avec peu ou pas de renouvellement de reines. L'absence totale de différenciation génétique entre les colonies à une et à plusieurs reines n'apporte aucun support à l'hypothèse selon laquelle un changement dans le nombre de reines conduit à un flux de gènes restreint entre les deux formes sociales. A côté de changements dans la composition génétique de la colonie, la variation du nombre de reines dans une colonie est associée à une multitude de changements comportementaux et de traits d'histoire de vie qui ont été décrits comme formant un "syndrome polygyne". Dans le chapitre 2, nous démontrons que les colonies à plusieurs reines diffèrent profondément des colonies à une reine en terme de taille, densité de nids, longévité des colonies, poids des nouvelles reines produites ainsi que dans l'allocation entre les individus reproducteurs et les ouvrières. Ces changements multiples dans les traits d'histoire de vie peuvent apporter des bénéfices variés en terme de fitness aux colonies à plusieurs reines. L'augmentation du nombre de reines dans une colonie est généralement associée à une baisse du degré d'agressivité envers les fourmis étrangères au nid. L'hypothèse "phénotype matching" prédit que les colonies à plusieurs reines ont une plus grande diversité dans les facteurs d'origine génétique utilisés pour la reconnaissance, résultant en une capacité diminuée à discriminer une fourmi étrangère au nid. Contrairement à cette hypothèse, nous montrons dans le chapitre 3 que les colonies à une et à plusieurs reines ont des niveaux d'agressivité similaires. De plus, une agressivité accrue est observée entre colonies de structures sociales différentes comparée à des colonies de même structure sociale. Plusieurs hypothèses ont proposé que l'évolution de colonies ä plusieurs reines soit en partie due aux bénéfices résultant d'une augmentation de la diversité génétique dans la colonie. L'hypothèse "task efficiency" prédit que la diversité génétique améliore l'efficacité à effectuer certaines tâches grâce à une expression plus complète et plus souple d'une division du travail génétiquement déterminée. Nous évaluons dans le chapitre 4 si un accroissement de la diversité génétique augmente le polymorphisme de taille des ouvrières, d'où peut ainsi découler une meilleure division du travail. Nous montrons qu'en dépit du fait que la taille des ouvrières soit un caractère héritable, une forte diversité génétique ne se traduit pas par un plus fort polymorphisme chez les ouvrières. Les ouvrières de colonies à plusieurs reines sont plus petites et moins polymorphes que celles des colonies à une seule reine. Dans le chapitre 5, nous démontrons l'existence d'un conflit ouvert entre reines et ouvrières à propos de l'allocation dans les sexes, comme le prédit la théorie de la sélection de parentèle. Nos données révèlent que les reines de F. selysi influencent fortement l'allocation dans les sexes en biaisant la sexe ratio des oeufs. Cependant, certains indices indiquent que les ouvrières éliminent une partie du couvain mâle, ce qui a pour effet d'avoir un investissement dans les sexes au niveau de la population intermédiaire entre les intérêts des reines et des ouvrières.