Evolution, maintenance and ecological consequences of genetic caste determination in " Pogonomyrmex " harvester ants

Summary Division of labor between reproducers (queens) and helpers (workers) is the main characteristic of social insect societies and at the root of their ecological success. Kin selection models predict that phenotypic differences between queens and workers should result from environmental rather than from genetic differences. However, genetic effects on queen and worker differentiation were found in two populations-of Pogonomyrmex harvester ants. Each of the two populations is composed of two genetically distinct lineages. Queens (which can be of either lineage) generally mate with males of their own and of the alternate lineage and produce two types of female offspring, those fertilized by males of the queens' lineage which develop into queens and those fertilized by males of the alternate lineage which develop into workers. All four lineages were further suggested to be themselves of hybrid origin between-the species P: barbatus and P. rugosus, in which queens and workers do not differ genetically. In a first set of experiments, we tested if female caste determination (the differentiation into queens and workers) in the lineages was genetically hardwired and if it was associated with costs in terms of the ability to optimally allocate resources to the production of queens and workers. To this end we first mated queens of-two lineages to a single male. Queens mated to a male of the alternate lineage successfully raised worker offspring whereas queens mated to a male of their own lineage almost always failed to produce workers. This reveals that pure-lineage individuals have lost the ability to develop into workers. Second, we analyzed offspring produced by naturally mated queens. During the stage of colony founding when only workers are produced, naturally mated queens laid a high proportion of pure-lineage eggs but the large majority of these eggs failed to develop. As a consequence, the number of offspring produced by incipient colonies decreased linearly with the proportion of pure-lineage eggs laid by queens. Moreover, queens of the lineage most commonly represented in a given population produced more pure-lineage eggs, in line with the view that they mate randomly with the two types of males and indiscriminately use their sperm. Altogether these results predict frequency-dependent founding success for pairs of lineages because queens of the more common lineage will produce more pure-lineage eggs and their colonies be less successful during the stage of colony founding. To describe the distribution of populations characterized with genetic caste determination relative to the populations with environmental caste determination we genotyped queens and workers collected during a large survey of -additional populations. Genetic caste determination associated with pairs of interbreeding lineages was frequent and widespread in the studied range and we identified four additional lineages displaying genetic caste determination. Overall, there were thus eight highly differentiated lineages with genetic caste determination. These lineages always co-occurred in the same complementary lineage pairs. Three of the four lineage pairs appeared to have a common origin, while their relationship with the forth could not be resolved. The genetic survey also revealed that, in addition to being genetically isolated from one another, all eight lineages were genetically distinct from P. rugosus and P. barbatus, even when colonies of interbreeding lineages co-occurred with colonies of either putative parent at the same site. This raised the question of the mechanisms involved in the reproductive isolation between the lineages and the parental species and between the two lineages of a lineage pair. At a site where one lineage pair co-occurred with P. rugosus, we identified two pre-zygotic mechanisms (differences in timing for mating flights between P. rugosus and the lineage pair and assortative mating) and one post-zygotic mechanism (high levels of hybrid unviablility) which in combination may largely account for the reproductive isolation between the lineages and their parental species. The mechanisms accounting for the reproductive isolation between the two lineages of a lineage pair varied across lineage pairs. In one lineage pair, inter-lineage individuals exclusively occurred in the sterile worker caste, raising the possibility that inter-lineage eggs have completely lost the ability to develop into queens in this lineage pair and that there is thus no opportunity for gene flow. In each of the three remaining lineage pairs, inter-lineage queens were produced by a minority of colonies. In these lineage pairs, colonies headed by inter-lineage queens failed to grow sufficiently to produce reproductive individuals which may account for the reproductive isolation between co-occurring lineages in three lineage pairs. In conclusion, the results of this thesis show that genetic caste determination is costly but widespread in Pogonomyrmex harvester ants. Reproductive isolation among the lineages and between the lineages and the parental species as well as frequency-dependent founding success for co-occurring lineages may contribute to the persistence of this extraordinary system. Résumé La division du travail entre individus reproducteurs (les reines) et individus non-reproducteurs (ouvrières) représente la caractéristique principale des sociétés d'insectes et est à la base de leur succès écologique. Des modèles de sélection de parentèle prédisent que les différences phénotypiques entre reines et ouvrières devraient provenir d'effets environnementaux plutôt que de différences génétiques. Malgré ce fait, des effets génétiques sur la différentiation entre reines et ouvrières ont été montrés dans deux populations de fourmis moissonneuses du genre Pogonomyrmex. Chacune des deux populations est composée de deux lignées génétiquement distinctes. Les reines de chaque lignée s'accouplent en général avec des mâles de leur propre lignée ainsi qu'avec des mâles de l'autre lignée et produisent deux types d'oeufs, ceux qui sont fécondés par les mâles de leur propre lignée qui se développent en nouvelles reines et ceux qui sont fécondés par les mâles de l'autre lignée qui se développent en ouvrières. Il a été suggéré que les lignées sont elles-mêmes des hybrides entre les deux espèces P. barbatus et P. rugosus. Dans ces deux espèces, les reines et ouvrières ne sont pas génétiquement distinctes. Dans une première série d'expériences, nous avons testé si la détermination de la caste femelle (le développement en reine ou en ouvrière) est génétiquement rigide et si elle est associée à des coûts en terme de capacité à allouer de façon optimale les ressources pour la production de reines et d'ouvrières. Pour cela nous avons accouplé des reines de deux lignées avec un seul mâle. Les reines accouplées avec un mâle de l'autre lignée ont élevé de nouvelles ouvrières avec succès alors que les reines accouplées avec un mâle de leur propre lignée ont presque toujours échoué à produire des ouvrières. Ceci montre que les individus de lignée pure ont perdu la capacité de se développer en ouvrière. Deuxièmement, nous avons analysé la descendance de reines qui se sont accouplées naturellement. Durant le stade de fondation de la colonie, où seules des ouvrières sont élevées, les reines accouplées naturellement ont pondu une grande proportion d'oeufs de lignée pure mais la majorité de ces derniers ne se sont pas développés. En conséquence, le nombre de descendants produits par des colonies fondatrices diminuait linéairement avec la proportion des oeufs de lignée pure pondus par la reine en accord avec l'hypothèse que les reines s'accouplent au hasard avec les deux types de mâles et utilisent leur sperme aléatoirement. Dans l'ensemble; ces résultats prédisent un succès de fondation fréquence-dépendant pour les deux lignées, car les reines de la lignée la plus fréquente produiront .plus d'oeufs de lignée pure et leurs colonies auront moins de succès lors de la fondation de colonies par rapport aux colonies de la lignée la moins fréquente. Pour décrire la distribution des-populations caractérisées par une détermination génétique des castes par rapport aux populations caractérisées par une détermination environnementale des castes, nous avons génotypé des reines et des ouvrières qui ont été collectées lors d'une analyse de populations supplémentaires. La détermination génétique des castes associée à des croisements entre lignées est fréquente et largement répartie dans l'aire étudiée. Nous avons identifié quatre lignées supplémentaires, ayant une détermination génétique des castes, pour un total de huit lignées. Ces huit lignées forment quatre paires de lignées et on ne trouve jamais deux lignées de paires différentes, dans une population. Trois des quatre paires de lignées s'avèrent avoir une origine commune alors que leur relation avec la quatrième paire de lignées n'a pas pu être résolue. L'analyse génétique de populations supplémentaires a également révélé qu'en plus d'être génétiquement isolées les unes des autres, les huit lignées sont génétiquement distinctes de P. rugosus et P. barbatus même si les colonies d'une paire de lignées se trouvent en sympatrie avec l'une ou l'autre des espèces parentales. Ceci relève la question des mécanismes impliqués dans l'isolation reproductive entre les lignées et les espèces parentales ainsi qu'entre les deux lignées d'une paire. En étudiant un site où une paire de lignées se trouve en sympatrie avec P. rugosus, nous avons identifié deux mécanismes pré-zygotiques (des différences dans le timing du vol nuptial entre P. rugosus et les lignées et des accouplements assortis) ainsi qu'un mécanisme post-zygotique (un niveau élevé de non-viabilité des hybrides). En combinaison, ces mécanismes peuvent largement expliquer l'isolement reproductif entre les lignées et leurs espèces parentales. Les mécanismes contribuant à l'isolement reproductif entre les deux lignées d'une paire variaient entre paires de lignées. Dans une paire, les individus de génotype inter-lignée se trouvent uniquement dans la caste stérile des ouvrières, suggérant qu'il n'y a pas d'opportunité pour avoir du flux de gènes entre les deux lignées ce cette paire. Dans chacune des trois autres paires de lignées des nouvelles reines de génotype inter-lignée sont produites par une minorité de colonies. Par contre, les colonies avec une reine mère de génotype inter-lignée ne se développent pas suffisamment pour produire des individus reproducteurs. Ceci peut donc expliquer pourquoi il n'y a pas de flux de gènes entre les deux lignées de trois paires. En conclusion, les résultats de cette thèse montrent que la détermination génétique de la caste est coûteuse mais très répandue chez les fourmis. moissonneuses du genre Pogonomyrmex. L'isolement reproductif des lignées entre elles et avec les espèces parentales, ainsi qu'un succès de fondation fréquence-dépendant contribuent à la persistance de ce système extraordinaire.

Cutting edge: influence of the TCR Vbeta domain on the selection of semi-invariant NKT cells by endogenous ligands.

Invariant Valpha14 (Valpha14i) NKT cells are a murine CD1d-dependent regulatory T cell subset characterized by a Valpha14-Jalpha18 rearrangement and expression of mostly Vbeta8.2 and Vbeta7. Whereas the TCR Vbeta domain influences the binding avidity of the Valpha14i TCR for CD1d-alpha-galactosylceramide complexes, with Vbeta8.2 conferring higher avidity binding than Vbeta7, a possible impact of the TCR Vbeta domain on Valpha14i NKT cell selection by endogenous ligands has not been studied. In this study, we show that thymic selection of Vbeta7(+), but not Vbeta8.2(+), Valpha14i NKT cells is favored in situations where endogenous ligand concentration or TCRalpha-chain avidity are suboptimal. Furthermore, thymic Vbeta7(+) Valpha14i NKT cells were preferentially selected in vitro in response to CD1d-dependent presentation of endogenous ligands or exogenously added self ligand isoglobotrihexosylceramide. Collectively, our data demonstrate that the TCR Vbeta domain influences the selection of Valpha14i NKT cells by endogenous ligands, presumably because Vbeta7 confers higher avidity binding.

Cutting edge: influence of the TCR V beta domain on the avidity of CD1d:alpha-galactosylceramide binding by invariant V alpha 14 NKT cells.

CD1d tetramers loaded with alpha-galactosylceramide (alpha-GalCer) bind selectively to mouse invariant Valpha14 (Valpha14i) NKT cells and their human counterparts. Whereas tetramer binding strictly depends on the expression of a Valpha14-Jalpha18 chain in murine NKT cells, the associated beta-chain (typically expressing Vbeta8.2 or Vbeta7) appears not to influence tetramer binding. In this study, we describe novel alpha-GalCer-loaded mouse and human CD1d-IgG1 dimers, which revealed an unexpected influence of the TCR-beta chain on the avidity of CD1d:alpha-GalCer binding. A subset of Valpha14i NKT cells clearly discriminated alpha-GalCer bound to mouse or human CD1d on the basis of avidity differences conferred by the Vbeta domain of the TCR-beta chain, with Vbeta8.2 conferring higher avidity binding than Vbeta7.

Female Genital Mutilation/Cutting - A Literature Review

This report represents the result of two different strands of work by the Women's Health Council. At the beginning of 2006, due to the recent significant inward migration experienced in Ireland, the Council's board identified the promotion of the health of ethnic minority women as a key area of work in its strategic plan for the period 2007-2009. At the same time, it was also decided that the problem of gender-based violence would also be addressed through a number of research and policy initiatives. This report focuses on a health issuethat marries these two concerns, Female Genital Mutilation/Cutting (FGM/C – see below for definition) and serves as an accompanying document to the recently published Violence Against Women and Health (2007) and the forthcoming study on Ethnic Minority Women and Gender-Based Violence. Download document here

Cutting edge: an essential role for Notch-1 in the development of both thymus-independent and -dependent T cells in the gut.

Whereas most T cells arise in the thymus, a distinct lineage of extrathymically derived T cells is present in the gut mucosa. The developmental origin of extrathymic T cells is poorly understood. We show here that Notch-1, a transmembrane receptor involved in T cell fate specification of bipotential T/B precursors in the thymus, is absolutely required for the development of extrathymic (as well as thymus-derived) mature T cells in the intestinal epithelium. In the absence of Notch-1, CD117(+) T cell precursors are relatively more abundant in the gut than the thymus, whereas immature B cells accumulate in the thymus but not the gut. Collectively, these data demonstrate that Notch-1 is essential for both thymic and extrathymic T cell fate specification and further suggest that bipotential T/B precursors that do not receive a Notch-1 signal adopt a B cell fate in the thymus but become developmentally arrested in the gut.

Cutting edge: IL-7 regulates the peripheral pool of adult ROR gamma+ lymphoid tissue inducer cells.

During fetal life, CD4(+)CD3(-) lymphoid tissue inducer (LTi) cells are required for lymph node and Peyer's patch development in mice. In adult animals, CD4(+)CD3(-) cells are found in low numbers in lymphoid organs. Whether adult CD4(+)CD3(-) cells are LTi cells and are generated and maintained through cytokine signals has not been directly addressed. In this study we show that adult CD4(+)CD3(-) cells adoptively transferred into neonatal CXCR5(-/-) mice induced the formation of intestinal lymphoid tissues, demonstrating for the first time their bona fide LTi function. Increasing IL-7 availability in wild-type mice either by IL-7 transgene expression or treatment with IL-7/anti-IL-7 complexes increased adult LTi cell numbers through de novo generation from bone marrow cells and increased the survival and proliferation of LTi cells. Our observations demonstrate that adult CD4(+)lineage(-) cells are LTi cells and that the availability of IL-7 determines the size of the adult LTi cell pool.

Cutting artefacts and cutting process in vitreous sections for cryo-electron microscopy.

Cryo-electron microscopy of vitreous sections (CEMOVIS) has recently been shown to provide images of biological specimens with unprecedented quality and resolution. Cutting the sections remains however the major difficulty. Here, we examine the parameters influencing the quality of the sections and analyse the resulting artefacts. They are in particular: knife marks, compression, crevasses, and chatter. We propose a model taking into account the interplay between viscous flow and fracture. We confirm that crevasses are formed on only one side of the section, and define conditions by which they can be avoided. Chatter is an effect of irregular compression due to friction of the section of the knife edge and conditions to prevent this are also explored. In absence of crevasses and chatter, the bulk of the section is compressed approximately homogeneously. Within this approximation, it is possible to correct for compression by a simple linear transformation for the bulk of the section. A research program is proposed to test and refine our understanding of the sectioning process.

Cutting edge: IL-1α is a crucial danger signal triggering acute myocardial inflammation during myocardial infarction.

Myocardial infarction (MI) induces a sterile inflammatory response that contributes to adverse cardiac remodeling. The initiating mechanisms of this response remain incompletely defined. We found that necrotic cardiomyocytes released a heat-labile proinflammatory signal activating MAPKs and NF-κB in cardiac fibroblasts, with secondary production of cytokines. This response was abolished in Myd88(-/-) fibroblasts but was unaffected in nlrp3-deficient fibroblasts. Despite MyD88 dependency, the response was TLR independent, as explored in TLR reporter cells, pointing to a contribution of the IL-1 pathway. Indeed, necrotic cardiomyocytes released IL-1α, but not IL-1β, and the immune activation of cardiac fibroblasts was abrogated by an IL-1R antagonist and an IL-1α-blocking Ab. Moreover, immune responses triggered by necrotic Il1a(-/-) cardiomyocytes were markedly reduced. In vivo, mice exposed to MI released IL-1α in the plasma, and postischemic inflammation was attenuated in Il1a(-/-) mice. Thus, our findings identify IL-1α as a crucial early danger signal triggering post-MI inflammation.

A multilevel approach to understanding circadian rhythmicity : social and sleep-dependent effects in ants and mice

Résumé françaisLa majorité des organismes vivants sont soumis à l'alternance du jour et de la nuit, conséquence de la rotation de la terre autour de son axe. Ils ont développé un système interne de mesure du temps, appelé horloge circadienne, leur permettant de s'adapter et de synchroniser leur comportement et leur physiologie aux cycles de lumière. Cette dernière est considérée comme étant le signal majeur entraînant l'horloge interne et. par conséquent, les rythmes journaliers d'éveil et de sommeil. Outre sa régulation circadienne, le sommeil est contrôlé par un processus homéostatique qui détermine son besoin. La contribution de ces deux processus dans le fonctionnement cellulaire du cerveau n'a pas encore été investiguée. La mesure de l'amplitude ainsi que de la prévalence des ondes delta de l'EEG (activité delta) constitue un index très fiable du besoin de sommeil. Il a été démontré que cette activité est génétiquement déterminée et associée à un locus de trait quantitatif situé sur le chromosome 13 de la souris.Grâce à des expériences de privation de sommeil et d'analyses de transcriptome du cerveau dans trois souches de souris présentant diverses réponses à la privation de sommeil, nous avons trouvé que Homerla, localisé dans la région d'intérêt du chromosome 13, est le meilleur marqueur du besoin de sommeil. Homerla est impliqué dans la récupération de l'hyperactivité neuronale induite par le glutamate, grâce à son effet tampon sur le calcium intracellulaire. Une fonction fondamentale du sommeil pourrait donc être de protéger le cerveau et de lui permettre de récupérer après une hyperactivité neuronale imposée par une veille prolongée.De plus, nous avons montré que 2032 transcrits sont exprimés rythmiqueraent dans le cerveau de la souris, parmi lesquels seulement 391 le restent après que les animaux aient été privés de sommeil à différents moments au cours des 24 heures. Cette observation montre clairement que la plupart des changements rythmiques au niveau du transcriptome dépendent du sommeil et non de l'horloge circadienne et souligne ainsi l'importance du sommeil dans la physiologie des mammifères.La plupart des expériences concernant les rythmes circadiens ont été réalisées sur des individus isolés en négligeant l'effet du contexte social sur les comportements circadiens. Les espèces sociales, telles que les fourmis, se caractérisent par une division du travail où une répartition des tâches s'effectue entre ses membres. De plus, certaines d'entre elles doivent être pratiquées en continu comme les soins au couvain tandis que d'autres requièrent une activité rythmique comme le fourragement. Ainsi la fourmi est un excellent modèle pour l'étude de 1 influence du contexte social sur les rythmes circadiens.A ces fins, nous avons décidé d'étudier les rythmes circadiens chez une espèce de fourmi Camponotus fellah et de caractériser au niveau moléculaire son horloge circadienne. Nous avons ainsi développé un système vidéo permettant de suivre l'activité locomotrice de tous les individus d'une colonie. Nos résultats montrent que, bien que la plupart des fourmis soient arythmiques à l'intérieur de la colonie, elles développent d'amples rythmes d'activité en isolation. De plus, ces rythmes disparaissent presque aussitôt que la fourmi est réintroduite dans la colonie. Cette rythmicité observée en isolation semble être générée par l'horloge circadienne car elle persiste en condition constante (obscurité totale). Nous avons ensuite regardé si cette apparente arythmie observée dans la colonie résultait d'un effet masquant des interactions sociales sur les rythmes circadiens d'activité. Nos résultats suggèrent que l'horloge interne est fonctionnelle dans la colonie mais que l'expression de ses rythmes au niveau comportemental est inhibée par les interactions sociales. Les analyses moléculaires du statut de l'horloge dans différents contextes sociaux sont actuellement en cours. Le contexte social semble donc un déterminant majeur du comportement circadien chez la fourmi.AbstractAlmost all living organisms on earth are subjected to the alternance of day and night re-sulting from the rotation of the earth around its axis. They have evolved with an internal timing system, termed the circadian clock, enabling them to adapt and synchronize their behavior and physiology to the daily changes in light and related environmental parame¬ters. Light is thought to be the major cue entraining the circadian clock and consequently the rhythms of rest/activity. In addition to its circadian dependent timing, sleep is reg¬ulated by a homeostatic process that determines its need. The contribution of these two processes in the cellular functioning of the brain has not yet been considered. A highly reliable index of the homeostatic process of sleep is the measure of the amplitude and prevalence of the EEG delta waves (delta activity). It has been shown that sleep need, measured by delta activity, is genetically determined and associated with a Quantitative Trait Locus (QTL) located on the mouse chromosome 13. By using sleep deprivation and brain transcriptome profiling in three inbred mouse strains showing different responses to sleep loss, we found that Homerla, localized within this QTL region is the best transcrip¬tional marker of sleep need. Interestingly Homerla is primarily involved in the recovery from glutamate-induced neuronal hyperactivity by its buffering effect on intracellular cal¬cium. A fundamental function of sleep may therefore reside in the protection and recovery of the brain from a neuronal hyperactivity imposed by prolonged wakefulness.Moreover, time course gene expression experiments showed that 2032 brain tran¬scripts present a rhythmic variation, but only 391 of those remain rhythmic when mice are sleep deprived at four time points around the clock. This finding clearly suggests that most changes in gene transcription over the day are sleep-wake dependent rather than clock dependent and underlines the importance of sleep in mammalian physiology.In the second part of this PhD, I was interested in the social influence on circadian behavior. Most experiments done in the circadian field have been performed on isolated individuals and have therefore ignored the effect of the social context on circadian behav-ior. Eusocial insect species such as ants are characterized by a division of labor: colony tasks are distributed among individuals, some of them requiring continuous activity such as nursing or rhythmic ones such as foraging. Thus ants represent a suitable model to study the influence of the social context on the circadian clock and its output rhythms.The aim of this part was to address the effect of social context on circadian rhythms in the ant species Camponotus fellah and to characterize its circadian clock at the molecu¬lar level. We therefore developed a video tracking system to follow the locomotor activity of all individuals in a colony. Our results show that most ants are arrhythmic within the colony, but develop, when subjected to social isolation, strong rhythms of activity that intriguingly disappear when individuals are reintroduced into the colony. The rhythmicity observed in isolated ants seems to be driven by the circadian clock as it persists under constant conditions (complete darkness). We then tested whether the apparent arrhyth- micity in the colony stemmed from a masking effect of social interactions on circadian rhythms. Indeed, we found that circadian clocks of ants in the colony are functional but their expression at the behavioral level is inhibited by social interactions. The molecular assessment of the circadian clock functional state in the different social context is still under investigation. Our results suggest that social context is a major determinant of circadian behavior in ants.

Social evolution: sick ants face death alone.

Social insects not only live altruistically, they die so: a new study reveals that moribund ants abandon their nests to die in seclusion, which reduces the risk of transmitting diseases to relatives.

Interplay between insulin signaling, juvenile hormone, and vitellogenin regulates maternal effects on polyphenism in ants.

Polyphenism is the phenomenon in which alternative phenotypes are produced by a single genotype in response to environmental cues. An extreme case is found in social insects, in which reproductive queens and sterile workers that greatly differ in morphology and behavior can arise from a single genotype. Experimental evidence for maternal effects on caste determination, the differential larval development toward the queen or worker caste, was recently documented in Pogonomyrmex seed harvester ants, in which only colonies with a hibernated queen produce new queens. However, the proximate mechanisms behind these intergenerational effects have remained elusive. We used a combination of artificial hibernation, hormonal treatments, gene expression analyses, hormone measurements, and vitellogenin quantification to investigate how the combined effect of environmental cues and hormonal signaling affects the process of caste determination in Pogonomyrmex rugosus. The results show that the interplay between insulin signaling, juvenile hormone, and vitellogenin regulates maternal effects on the production of alternative phenotypes and set vitellogenin as a likely key player in the intergenerational transmission of information. This study reveals how hibernation triggers the production of new queens in Pogonomyrmex ant colonies. More generally, it provides important information on maternal effects by showing how environmental cues experienced by one generation can translate into phenotypic variation in the next generation.

Social evolution and defences against pathogens in ants

Pathogens represent a threat to all organisms, which generates a coevolutionary arms race. Social insects provide an interesting system to study host-pathogen interactions, because their defences depend on both the individual and collective responses, and involve genetic, physiological, behavioral and organizational mechanisms. In this thesis, I studied the evolutionary ecology of the resistance of ant queens and workers to natural fungal pathogens. Mechanisms that increase within-colony genetic diversity, like polyandry and polygyny, decrease relatedness among colony mates, which reduces the strength of selection for the evolution and maintenance of altruistic behavior. A leading hypothesis posits that intracolonial genetic diversity is adaptive because it reduces the risk of pathogen transmission. In chapter 1, I examine individual resistance in ant workers of Formica selysi, a species that shows natural variation in colony queen number. I discuss how this variation might be beneficial to resist natural fungal pathogens in groups. Overall my results indicate that there is genetic variation for fungal resistance in workers, a requirement for the 'genetic diversity for pathogen resistance' hypothesis. However I was not able to detect direct evidence that group diversity improves the survival of focal ants or reduces pathogen transmission. Thus, although the coexistence of multiple queens increases the within-colony variance in worker resistance, it remains unclear whether it protects ant colonies from pathogens and whether it is comparable to polyandry in other social insects. Traditionally, it was thought that the immune system of invertebrates lacked memory and specificity. In chapter 2, I investigate individual immunity in ant queens and show that they may be able to adjust their pathogen defences in response to their current environment by means of immune priming, which bears similarities with the adaptive immunity of vertebrates. However, my results indicate that the expression of immune priming in ant queens may be influenced by factors like mating status, mating conditions or host species. In addition, I showed that mating increases pathogen resistance in çhe two ant species that I studied (F. selysi and Lasius niger). This raises the question of how ant queens invest heavily in both maintenance and reproduction, which I discuss in the context of the evolution of social organization. In chapter 3,1 investigate if transgenerational priming against a fungal pathogen protects the queen progeny. I failed to detect this effect, and discuss why the detection of transgenerational immune priming in ants is a difficult task. Overall, this thesis illustrates some of the individual and collective mechanisms that likely played a role in allowing ants to become one of the most diverse and ecologically successful groups of organisms. -- Les pathogènes représentent une menace pour tous les organismes, ce qui a engendré l'évolution d'une course aux armements. Les insectes sociaux sont un système intéressant permettant d'étudier les interactions hôtes-pathogènes, car leurs défenses dépendent de réponses aussi bien individuelles que collectives, et impliquent des mécanismes génétiques, physiologiques, comportementaux et organisationnels. Dans cette thèse, j'ai étudié l'écologie évolutive de la résistance des reines et des ouvrières de fourmis exposées à des champignons pathogènes. Les facteurs augmentant la diversité génétique à l'intérieur de la colonie, comme la polyandrie et la polygynie, diminuent la parenté, ce qui réduit la pression de sélection pour l'évolution et la maintenance des comportements altruistes. Une hypothèse dominante stipule que la diversité génétique à l'intérieur de la colonie est adaptative car elle réduit le risque de transmission des pathogènes. Dans le chapitre 1, nous examinons la résistance individuelle à des pathogènes fongiques chez les ouvrières de Formica selysi, une espèce présentant une variation naturelle dans le nombre de reines par colonie. Nous discutons aussi de la possibilité que ces variations individuelles augmentent la capacité du groupe à résister à des champignons pathogènes. Dans l'ensemble, nos résultats indiquent une variation génétique dans la résistance aux champignons chez les ouvrières, un prérequis à l'hypothèse que la diversité génétique du groupe augmente la résistance aux pathogènes. Cependant, nous n'avons pas pu détecter une preuve directe que la diversité du groupe augmente la survie de fourmis focales ou réduise la transmission des pathogènes. Ainsi, bien que la coexistence de plusieurs reines augmente la variance dans la résistance des ouvrières à l'intérieur de la colonie, la question de savoir si cela protège les colonies de fourmis contre les pathogènes et si cela est comparable à la polyandrie chez d'autres insectes sociaux reste ouverte. Traditionnellement, il était admis que le système immunitaire des invertébrés ne possédait pas de mémoire et était non-spécifique. Dans le chapitre 2, nous avons étudié l'immunité individuelle chez des reines de fourmis. Nous avons montré que les reines pourraient être capables d'ajuster leurs défenses contre les pathogènes en réponse à leur environnement, grâce à une pré-activation du système immunitaire (« immune priming ») ressemblant à l'immunité adaptative des vertébrés. Cependant, nos résultats indiquent que cette pré-activation du système immunitaire chez les reines dépend du fait d'être accouplée ou non, des conditions d'accouplement, ou de l'espèce. De plus, nous avons montré que l'accouplement augmente la résistance aux pathogènes chez les deux espèces que nous avons étudié (F. selysi et Lasius niger). Ceci pose la question de la capacité des reines à investir fortement aussi bien dans la maintenance que dans la reproduction, ce que nous discutons dans le contexte de l'évolution de l'organisation sociale. Dans le chapitre 3, nous étudions si la pré-activation trans-générationelle du système immunitaire [« trans-generational immune priming ») protège la progéniture de la reine contre un champignon pathogène. Nous n'avons par réussi à détecter cet effet, et discutons des raisons pour lesquelles la détection de la pré-activation trans-générationelle du système immunitaire chez les fourmis est une tâche difficile. Dans l'ensemble, cette thèse illustre quelques-uns des mécanismes individuels et collectifs qui ont probablement contribué à la diversité et à l'important succès écologique des fourmis.

Evolution of asexuality via different mechanisms in grass thrips (thysanoptera: Aptinothrips).

Asexual lineages can derive from sexual ancestors via different mechanisms and at variable rates, which affects the diversity of the asexual population and thereby its ecological success. We investigated the variation and evolution of reproductive systems in Aptinothrips, a genus of grass thrips comprising four species. Extensive population surveys and breeding experiments indicated sexual reproduction in A. elegans, asexuality in A. stylifer and A. karnyi, and both sexual and asexual lineages in A. rufus. Asexuality in A. stylifer and A. rufus coincides with a worldwide distribution, with sexual A. rufus lineages confined to a limited area. Inference of molecular phylogenies and antibiotic treatment revealed different causes of asexuality in different species. Asexuality in A. stylifer and A. karnyi has most likely genetic causes, while it is induced by endosymbionts in A. rufus. Endosymbiont-community characterization revealed presence of Wolbachia, and lack of other bacteria known to manipulate host reproduction. However, only 69% asexual A. rufus females are Wolbachia-infected, indicating that either an undescribed endosymbiont causes asexuality in this species or that Wolbachia was lost in several lineages that remained asexual. These results open new perspectives for studies on the maintenance of mixed sexual and asexual reproduction in natural populations.

Cryptococcus neoformans carried by Odontomachus bauri ants

Cryptococcus neoformans is the most common causative agent of cryptococcosis worldwide. Although this fungus has been isolated from a variety of organic substrates, several studies suggest that hollow trees constitute an important natural niche for C. neoformans. A previously surveyed hollow of a living pink shower tree (Cassia grandis) positive for C. neoformans in the city of Rio de Janeiro, Brazil, was chosen for further investigation. Odontomachus bauri ants (trap-jaw ants) found inside the hollow were collected for evaluation as possible carriers of Cryptococcus spp. Two out of 10 ants were found to carry phenoloxidase-positive colonies identified as C. neoformans molecular types VNI and VNII. The ants may have acted as a mechanical vector of C. neoformans and possibly contributed to the dispersal of the fungi from one substrate to another. To the best of our knowledge, this is the first report on the association of C. neoformans with ants of the genus Odontomachus.