Évaluation de suppléments alimentaires pour deux espèces d’acariens prédateurs, Amblyseius swirskii et Neoseiulus cucumeris (Acari: Phytoseiidae) pour l’optimisation du contrôle biologique du thrips des petits fruits (Frankliniella occidentalis) en serriculture

Projet réalisé en cotutelle avec Jacques Brodeur et Les Shipp

Deep learning of representations and its application to computer vision

L’objectif de cette thèse par articles est de présenter modestement quelques étapes du parcours qui mènera (on espère) à une solution générale du problème de l’intelligence artificielle. Cette thèse contient quatre articles qui présentent chacun une différente nouvelle méthode d’inférence perceptive en utilisant l’apprentissage machine et, plus particulièrement, les réseaux neuronaux profonds. Chacun de ces documents met en évidence l’utilité de sa méthode proposée dans le cadre d’une tâche de vision par ordinateur. Ces méthodes sont applicables dans un contexte plus général, et dans certains cas elles on tété appliquées ailleurs, mais ceci ne sera pas abordé dans le contexte de cette de thèse. Dans le premier article, nous présentons deux nouveaux algorithmes d’inférence variationelle pour le modèle génératif d’images appelé codage parcimonieux “spike- and-slab” (CPSS). Ces méthodes d’inférence plus rapides nous permettent d’utiliser des modèles CPSS de tailles beaucoup plus grandes qu’auparavant. Nous démontrons qu’elles sont meilleures pour extraire des détecteur de caractéristiques quand très peu d’exemples étiquetés sont disponibles pour l’entraînement. Partant d’un modèle CPSS, nous construisons ensuite une architecture profonde, la machine de Boltzmann profonde partiellement dirigée (MBP-PD). Ce modèle a été conçu de manière à simplifier d’entraînement des machines de Boltzmann profondes qui nécessitent normalement une phase de pré-entraînement glouton pour chaque couche. Ce problème est réglé dans une certaine mesure, mais le coût d’inférence dans le nouveau modèle est relativement trop élevé pour permettre de l’utiliser de manière pratique. Dans le deuxième article, nous revenons au problème d’entraînement joint de machines de Boltzmann profondes. Cette fois, au lieu de changer de famille de modèles, nous introduisons un nouveau critère d’entraînement qui donne naissance aux machines de Boltzmann profondes à multiples prédictions (MBP-MP). Les MBP-MP sont entraînables en une seule étape et ont un meilleur taux de succès en classification que les MBP classiques. Elles s’entraînent aussi avec des méthodes variationelles standard au lieu de nécessiter un classificateur discriminant pour obtenir un bon taux de succès en classification. Par contre, un des inconvénients de tels modèles est leur incapacité de générer deséchantillons, mais ceci n’est pas trop grave puisque la performance de classification des machines de Boltzmann profondes n’est plus une priorité étant donné les dernières avancées en apprentissage supervisé. Malgré cela, les MBP-MP demeurent intéressantes parce qu’elles sont capable d’accomplir certaines tâches que des modèles purement supervisés ne peuvent pas faire, telles que celle de classifier des données incomplètes ou encore celle de combler intelligemment l’information manquante dans ces données incomplètes. Le travail présenté dans cette thèse s’est déroulé au milieu d’une période de transformations importantes du domaine de l’apprentissage à réseaux neuronaux profonds qui a été déclenchée par la découverte de l’algorithme de “dropout” par Geoffrey Hinton. Dropout rend possible un entraînement purement supervisé d’architectures de propagation unidirectionnel sans être exposé au danger de sur- entraînement. Le troisième article présenté dans cette thèse introduit une nouvelle fonction d’activation spécialement con ̧cue pour aller avec l’algorithme de Dropout. Cette fonction d’activation, appelée maxout, permet l’utilisation de aggrégation multi-canal dans un contexte d’apprentissage purement supervisé. Nous démontrons comment plusieurs tâches de reconnaissance d’objets sont mieux accomplies par l’utilisation de maxout. Pour terminer, sont présentons un vrai cas d’utilisation dans l’industrie pour la transcription d’adresses de maisons à plusieurs chiffres. En combinant maxout avec une nouvelle sorte de couche de sortie pour des réseaux neuronaux de convolution, nous démontrons qu’il est possible d’atteindre un taux de succès comparable à celui des humains sur un ensemble de données coriace constitué de photos prises par les voitures de Google. Ce système a été déployé avec succès chez Google pour lire environ cent million d’adresses de maisons.

Étude d’impact : comparaison et analyse des données anthropométriques et biologiques d’enfants d’âge scolaire au Burkina Faso

L’ Initiative des Écoles Amies de la Nutrition (IEAN) est une initiative développée par l'Organisation Mondiale de la Santé (OMS) en 2006 pour contrer le Double Fardeau Nutritionnel (DFN). TRANSNUT est une équipe de professeurs de l’Université de Montréal et Centre collaborateur OMS sur la transition nutritionnelle et le développement. En 2009, il a participé à une étude de base au Burkina Faso, qui a recueilli des données anthropométriques et biologiques des élèves du cours moyen. Cinq ans plus tard, en 2014, de nouvelles données anthropométriques et biologiques ont été recueillies dans les mêmes écoles mais non chez les mêmes élèves. Le but de cette étude est d'analyser les données de 2014 et de comparer les résultats avec ceux de 2009, afin d'évaluer l'impact et l’efficacité de l'initiative. C’est une étude transversale menée dans 12 écoles à Ouagadougou, la capitale du Burkina Faso. Six écoles «intervention» et six écoles «témoin» ont été sélectionnées, en tenant compte de la nature des écoles (privées/publiques) et de leurs zones géographiques (urbaines/périurbaines). L'échantillon total comprenait 651 écoliers (54,7% de filles) âgés de 8 à 14 ans. Des mesures anthropométriques et de la concentration d'hémoglobine ont été effectuées sur tous les enfants, alors que le rétinol sérique a été mesuré dans un sous-échantillon aléatoire de 184 enfants. Le test de t et du Khi Carré ont été utilisés pour la comparaison des moyennes et des proportions. L'âge moyen des enfants était de 11,4 ± 1,1 ans. Les taux d'anémie et de déficience en vitamine A (DVA) étaient respectivement de 35,6% et 26,1%. La prévalence du retard de croissance était de 8,1% et celle de la maigreur, de 8,4%. Chez les filles, 2,8% étaient en surpoids contre 0,9% des garçons (p = 0,036). Moins d'élèves étaient maigres en 2014 (7,2%) par rapport à 2009 (13,7%), et ce résultat était significatif avec p < 0,001. En outre, les carences en micronutriments ont été moins présentes dans les écoles en 2014 par rapport à 2009 (p = 0,007 pour l'anémie, p = 0,044 pour la DVA). Nos résultats ont confirmé une grande amélioration du statut nutritionnel des enfants d’âge scolaire à Ouagadougou. Toutefois, il n’est pas possible présentement d’évaluer jusqu'à quelle mesure l’IEAN a été impliquée dans ces changements, ni d’attribuer ces améliorations à cette initiative uniquement. Les recherches futures doivent être axées sur des études longitudinales pour évaluer de manière plus précise la croissance des mêmes élèves qui font partie des écoles « amies de la nutrition ».

Farmers’ knowledge and perceptions of potato pests and their management in Uganda

As we initiate entomological research on potato (Solanum tuberosum L.) in Uganda, there is need to understand farmers’ knowledge of existing insect pest problems and their management practices. Such information is important for designing a suitable intervention and successful integrated pest management (IPM) strategy. A farm household survey using a structured questionnaire was conducted among 204 potato farmers in six districts of Uganda (i.e., Kabale, Kisoro, Mbale, Kapchorwa, Mubende, and Kyegegwa) during August and September 2013. Diseases, insect pests, price fluctuations, and low market prices were the four highest ranked constraints in potato production, in order of decreasing importance. Cutworms (Agrotis spp.), aphids (Myzus persicae (Sulzer)), and potato tuber moth (Phthorimaea operculella (Zeller)) were the three most severe insect pests. Ants (Dorylis orantalis Westwood), whiteflies (Bemisia tabaci (Gennadius)), and leafminer flies (Liriomyza huidobrensis (Blanchard)) were pests of moderate importance. Major yield losses are predominantly due to late blight (Phytophthora infestans (Mont.) de Bary) and reached 100% without chemical control in the districts of Kabale, Kisoro, Mbale, and Kapchorwa. On average, farmers had little to moderate knowledge about pest characteristics. The predominant control methods were use of fungicides (72% of respondents) and insecticides (62% of respondents). On average, only 5% of the 204 farmers knew about insect pests and their natural enemies. This lack of knowledge calls for training of both farmers and extension workers in insect pest identification, their biology, and control. Empowering farmers with knowledge about insect pests is essential for the reduction of pesticide misuse and uptake of more environmentally friendly approaches like IPM. Field surveys would need follow-up in order to assess the actual field infestation rates and intensities of each insect pest and compare the results with the responses received from farmers.

An ancient pollinator of a contemporary plant (Cyclamen persicum): When pollination syndromes break down

Pollination of Cyclamen persicum (Primulaceae) was studied in two wild populations in Israel. Buzz-pollination proved to be extremely rare, and performed by a large Anthophora bee only. The most frequent pollinators were various unspecialized species of thrips (Thysanoptera) and hoverflies (Syrphidae). In the Winter-flowering populations the commonest visitor was a small primitive moth, Micropteris elegans (Micropterigidae, Lepidoptera). These moths feed on pollen, copulate and oviposit within the flowers. From the rarity of buzz-pollination it is concluded that the genus Cyclamen co-evolved with large bees capable of buzz-pollination, but lost its original pollinators for unknown historical reasons. The vacant niche was then open to various unspecialized pollen consumers such as thrips, hoverflies and small solitary bees. While these insects are not specific to C. persicum and seem to play a minor role only, the moth strictly relies upon Cyclamen and seems to be the most efficient pollinator.

Are polyphagous geometrid moths with flightless females adapted to budburst phenology of local host species?

The majority of studies demonstrating local adaptation of insect herbivores involve sessile species, particularly those with a parthenogentic phase to their life history or endophagous "parasites" of plants. Current arguments suggest the strength of selection determines whether local adaptation can or cannot take place. Therefore local adaptation should not be limited to species with such traits. We studied the ability of three polyphagous geometrid moths with flightless adult females (Erannisdefoliaria, Operophtera brumata and O. fagata) to synchronise their egg hatching with the budburst of a local host species in north east Scotland. A strong selection for hatching time is expected among generalist moths given the large variation in budburst phenology and an inability to hatch in synchrony with budburst decreases moth fitness substantially. In two successive seasons, we trapped emerging females from patches of five host species and recorded the temperature sum needed for 50% egg hatch of each brood laid by the trapped females. The hatching times of broods were compared against the average budburst time of the maternal host species in the study area. In addition, the trapping dates of each female were recorded. Only O. brumata showed synchrony with egg hatch and budburst which suggests local phenological adaptation to different host species. This could be maintained by selection and partial reproductive isolation between populations dwelling on different host species. No phenological adaptation was found in the other common geometrids of the study area

Functional benefits of predator species diversity depend on prey identity

1. Determining the functional significance of species diversity in natural enemy assemblages is a key step towards prediction of the likely impact of biodiversity loss on natural pest control processes. While the biological control literature contains examples in which increased natural enemy diversity hinders pest control, other studies have highlighted mechanisms where pest suppression is promoted by increased enemy diversity. 2. This study aimed to test whether increased predator species diversity results in higher rates of predation on two key, but contrasting, insect pest species commonly found in the rice ecosystems of south-east Asia. 3. Glasshouse experiments were undertaken in which four life stages of a planthopper (Nilaparvata lugens) and a moth (Marasmia patnalis) were caged with single or three-species combinations of generalist predators. 4. Generally, predation rates of the three-species assemblages exceeded expectation when attacking M. patnalis, but not when attacking N. lugens. In addition, a positive effect of increased predator species richness on overall predation rate was found with M. patnalis but not with N. lugens. 5. The results are consistent with theoretical predictions that morphological and behavioural differentiation among prey life stages promotes functional complementarity among predator species. This indicates that emergent species diversity effects in natural enemy assemblages are context dependent; they depend not only on the characteristics of the predators species, but on the identity of the species on which they prey.

Effect of field margins on moths depends on species mobility: Field-based evidence for landscape-scale conservation

Agri-environment schemes (AES) are widely used policy instruments intended to combat widespread biodiversity declines across agricultural landscapes. Here, using a light trapping and mark-release-recapture study at a field-scale on nine common and widespread larger moth species, we investigate the effect of wide field margins (a popular current scheme option) and the presence of hedgerow trees (a potential scheme option in England) on moth abundance. Of these, we show that wide field margins positively affected abundances, although species did not all respond in the same way. We demonstrate that this variation can be attributed to species-specific mobility characteristics. Those species for which the effect of wide margins was strongest covered shorter distances, and were more frequently recaptured at their site of first capture. This demonstrates that the standard, field-scale uptake of AES may be effective only for less mobile species. We discuss that a landscape-scale approach, in contrast, could deliver significant biodiversity gains, as our results indicate that such an approach (perhaps delivered through targeting farmers to join AES) would be effective for the majority of wider countryside species, irrespective of their mobility level. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Agronomic techniques to control Lobesia botrana

The grapevine moth Lobesia botrana (Denis & Schiffermuller) (Lepidoptera: Tortricidae) is a key pest of grapevines in Greece. As part of a broader study on integrated pest management, the effects were investigated of different cultural methods on the establishment and survival of L. botrana, specifically: application of different nitrogen levels (30 and 100 units of ammonium sulfate or 70 units of Agrobiosol); summer leaf and shoot pruning; application of growth regulators (Regalis, probexadione-calcium; or Falgro, gibberellic acid). There were significant differences among the three levels of N application. The lowest L. botrana infestation rates were found in plots treated with 30 units of (NH4)(2)SO4 and plots that received some summer pruning. Following the application of plant growth regulators, the lowest L. botrana infestation levels occurred in the plots treated with Regalis or Falgro at the manufacturers' recommended concentrations. On vines where growth regulators had been applied, the clusters had fewer berries than those not treated with growth regulators.

Genotypic and phenotypic diversity of a baculovirus population within an individual insect host

It is becoming increasingly apparent that many pathogen populations, including those of insects, show high levels of genotypic variation. Baculoviruses are known to be highly variable, with isolates collected from the same species in different geographical locations frequently showing genetic variation and differences in their biology. More recent Studies at smaller scales have also shown that virus DNA profiles from individual larvae can show polymorphisms within and between populations of the same species. Here, we investigate the genotypic and phenotypic variation of an insect baculovirus infection within a single insect host. Twenty four genotypically distinct nucleopolyhedrovirus (NPV) variants were isolated from an individual pine beauty moth, Panolis flammea, caterpillar by in vivo cloning techniques. No variant appeared to be dominant in the population. The Pafl NPV variants have been mapped using three restriction endonucleases and shown to contain three hypervariable regions containing insertions of 70-750 bp. Comparison of seven of these variants in an alternative host, Mamestra brassicae, demonstrated that the variants differed significantly in both pathogenicity and speed of kill. The generation and maintenance of pathogen heterogeneity are discussed. (c) 2005 Elsevier Inc. All rights reserved.

Coordination and separation studies of the uranyl ion with iso-butyramide based ligands: Synthesis and structures of [UO2(NO3)(2)((C3H7CON)-C-i{(C4H9)-C-i}(2))(2)] and [UO2(C6H5COCHCOC6H5)(2)((C3H7CON)-C-i{(C3H7)-C-i}(2))]

The coordination chemistry of iso-butyramide based ligands such as: (C3H7CON)-C-i((C3H7)-C-i)(2), (C3H7CON)-C-i(C4H9)(2) and (C3H7CON)-C-i((C4H9)-C-i)(2) with [UO2(NO3)(2) center dot 6H(2)O], [UO2(OO)(2) center dot 2H(2)O] {where OO = C4H3SCOCHCCCF3 (TTA), C6H5COCHCOCF3 (BTA) and C6H5COCHCOC6H5 (DBM)), [Th(NO3)(4) center dot 6H(2)O] and [La(NO3)(3) center dot 6H(2)O] has been evaluated. Structures for the compounds [UO2(NO3)(2)CC3H7CON{(C4H9)-C-i}(2))(2)] and [UO2(C6H5COCHCOC6H5)(2)((C3H7CON)-C-i{(C3H7)-C-i)(2))] have been determined by single crystal X-ray diffraction methods. Preliminary separation studies from nitric acid medium using the amide (C3H7CON)-C-i((C4H9)-C-i)(2) with U(VI), Th(IV) and La(Ill) ions showed the selective precipitation of uranyl ion from the mixture. Thermal study of the compound [UO2(NO3)(2)((C3H7CON)-C-i((C4H9)-C-i)(2))(2)] in air revealed that the ligands can be destroyed completely on incineration. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Complexes of the uranyl ion with bis(diphenylphosphino)methane dioxide

Bis(diphenylphosphino)methane dioxide compounds of uranyl nitrate and uranyl bis(beta-diketonates) have been synthesized and characterized by spectroscopic and X-ray diffraction methods. Monodentate, bidentate chelate and bridging bidentate modes of coordination for this ligand have been established from the single-crystal X-ray diffraction studies of its compounds, [UO2(DBM)(2)DPPMO], [UO2(NO3)(2)DPPNO] and [{UO2(DBM)(2)}(2)DPPMO], respectively. (C) 2004 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Galleria mellonella as an infection model for Campylobacter jejuni virulence

Larvae of Galleria mellonella (Greater Wax Moth) have been shown to be susceptible to Campylobacter jejuni infection and our study characterizes this infection model. Following infection with C. jejuni human isolates, bacteria were visible in the haemocoel and gut of challenged larvae, and there was extensive damage to the gut. Bacteria were found in the extracellular and cell-associated fraction in the haemocoel, and it was shown that C. jejuni can survive in insect cells. Finally, we have used the model to screen a further 67 C. jejuni isolates belonging to different MLST types. Isolates belonging to ST257 were the most virulent in the Galleria model, whereas those belonging to ST21 were the least virulent.

Insect infection model for campylobacter jejuni reveals that O-methyl phosphoramidate has insecticidal activity

Galleria mellonella (wax moth) larvae have elsewhere been shown to be susceptible to pathogens such as Francisella tularensis, Burkholderia mallei, and Pseudomonas aeruginosa. We report that the larvae are rapidly killed by Campylobacter jejuni at 37 degrees C. Three strains of C. jejuni tested, 11168H (human diarrheal isolate), G1 (human Guillain-Barre syndrome isolate), and 81-176 (human diarrheal isolate), were equally effective at killing G. mellonella larvae. A panel of defined mutants of C. jejuni 11168H, in known or putative virulence genes, showed different degrees of attenuation in G. mellonella larvae. A mutant lacking the O-methyl phosphoramidate (MeOPN) capsule side group was attenuated, clearly demonstrating that MeOPN has a role in virulence. This new model of C. jejuni infection should facilitate the identification of novel virulence genes.