A comparison of immunohistochemical assays and FISH in detecting the ALK translocation in diagnostic histological and cytological lung tumor material.

Introduction: Detection of the ALK rearrangement in a solid tumor gives these patients the option of crizotinib as an oral form of anticancer treatment. The current test of choice is fluorescence in situ hybridization (FISH), but various cheaper and more convenient immunohistochemical (IHC) assays have been proposed as alternatives. 
Methods: Fifteen FISH-positive cases from patients, seven with data on crizotinib therapy and clinical response, were evaluated for the presence of ALK protein using three different commercially available antibodies: D5F3, using the proprietary automated system (Ventana), ALK1 (Dako), and 5A4 (Abcam). A further 14 FISH-negative and three uncertain (<15% rearrangement detected) cases were also retrieved. Of the total 32 specimens, 17 were excisions and 15 were computed tomography-guided biopsies or cytological specimens. All three antibodies were applied to all cases. Antibodies were semiquantitatively scored on intensity, and the proportion of malignant cells stained was documented. Cutoffs were set by receiver operating curve analysis for positivity to optimize correct classification. 
Results: All three IHC assays were 100% specific but sensitivity did vary: D5F3 86%, ALK 79%, 5A4 71%. Intensity was the most discriminating measure overall, with a combination of proportion and intensity not improving the test. No FISH-negative IHC-positive cases were seen. Two FISH-positive cases were negative with all three IHC assays. One of these had been treated with crizotinib and had failed to show clinical response. The other harbored a second driving mutation in the EGFR gene.
Conclusions: IHC with all three antibodies is especially highly specific (100%) although variably sensitive (71%-86%), specifically in cases with scanty material. D5F3 assay was most sensitive in these latter cases. Occasional cases are IHC-positive but FISH-negative, suggesting either inaccuracy of one assay or occasional tumors with ALK rearrangement that do not express high levels of ALK protein.

ALK translocation is associated with ALK immunoreactivity and extensive signet-ring morphology in primary lung adenocarcinoma.

BACKGROUND: ALK rearrangement is particularly observed in signet-ring sub-type adenocarcinoma. Since fluorescence in situ hybridization (FISH) is not suitable for mass screening, we aimed to characterize the predictive utility of tumour morphology and ALK immunoreactivity to identify ALK rearrangement, in a primary lung adenocarcinoma dataset enriched for signet-ring morphology, compared with that of other morphology. METHODS: 7 adenocarcinomas from diagnostic archives reported with signet-ring morphology were assessed and compared with 11 adenocarcinomas without signet-ring features over the same time period. Growth patterns were reviewed, ALK expression was assessed by standard immunohistochemistry using ALK1 clone and Envision detection (Dako), and ALK rearrangement was assessed by FISH (Abbott Molecular). Associations between groups and predictive utility of tumour morphology and ALK expression using FISH as gold standard were calculated. RESULTS: 2 excision lung biopsy cases with pure (100%) signet-ring morphology and solid patterns demonstrated diffuse moderate cytoplasmic ALK immunoreactivity (2+) and harboured ALK rearrangements (p=0.007), unlike 5 mixed-signet-ring and 11 non-signet-ring adenocarcinomas, which showed negative or 1+ immunoreactivity; and did not harbour ALK rearrangements (p>0.1). ALK expression was not associated with ALK copy number. 6 of 7 cases with signet ring morphology stained for TTF-1. Pure signet-ring morphology and moderate ALK expression were both associated with ALK rearranged tumours. CONCLUSION: ALK rearrangement is strongly associated with ALK immunoreactivity, and was seen only in tumours with pure signet-ring morphology and solid growth pattern. Tumour morphology, growth pattern and ALK immunoreactivity appear to be good indicators of ALK rearrangement, with TTF-1 positivity aiding in proving primary pulmonary origin.

A global expression-based analysis of the consequences of the t(4;14) translocation in myeloma

Purpose: Our purpose in this report was to define genes and pathways dysregulated as a consequence of the t(4;14) in myeloma, and to gain insight into the downstream functional effects that may explain the different prognosis of this subgroup.Experimental Design: Fibroblast growth factor receptor 3 (FGFR3) overexpression, the presence of immunoglobulin heavy chain-multiple myeloma SET domain (IgH-MMSET) fusion products and the identification of t(4;14) breakpoints were determined in a series of myeloma cases. Differentially expressed genes were identified between cases with (n = 55) and without (n = 24) a t(4;14) by using global gene expression analysis.Results: Cases with a t(4;14) have a distinct expression pattern compared with other cases of myeloma. A total of 127 genes were identified as being differentially expressed including MMSET and cyclin D2, which have been previously reported as being associated with this translocation. Other important functional classes of genes include cell signaling, apoptosis and related genes, oncogenes, chromatin structure, and DNA repair genes. Interestingly, 25% of myeloma cases lacking evidence of this translocation had up-regulation of the MMSET transcript to the same level as cases with a translocation.Conclusions: t(4;14) cases form a distinct subgroup of myeloma cases with a unique gene signature that may account for their poor prognosis. A number of non-t(4;14) cases also express MMSET consistent with this gene playing a role in myeloma pathogenesis.

Expression of high amounts of the CD117 molecule in a case of B-cell non-Hodgkin's lymphoma carrying the t(14:18) translocation.

The c-kit proto-oncogen (CD117) has been described to be present in normal and neoplastic hemopoietic cells including both myeloid and lymphoid lineages. Among the normal lymphoid cells CD117 expression would be restricted to a small subset of NK-cells, and to early T-cell precursors and it is not expressed by normal B-cells. Regarding chronic lymphoproliferative disorders the only data provided up to now suggests that CD117 expression is restricted to cases of Hodgkin's disease and anaplastic large-cell lymphoma. In the present paper we describe a case of a B-cell chronic lymphoproliferative disorder carrying the t(14:18) translocation as demonstrated by molecular studies, in which the flow cytometric immunophenotypic analysis of both peripheral blood and bone marrow samples revealed the expression of high amounts of the CD117 antigen in the surface of the clonal B-cell population. Further studies are necessary to explore both the functional role of c-kit expression in the neoplastic B-cells from this patient and its potential utility for the diagnosis and follow-up of patients with B-cell non-Hodgkin's lymphoma.

EspZ of enteropathogenic and enterohemorrhagic Escherichia coli regulates type III secretion system protein translocation

UNLABELLED: Translocation of effector proteins via a type III secretion system (T3SS) is a widespread infection strategy among Gram-negative bacterial pathogens. Each pathogen translocates a particular set of effectors that subvert cell signaling in a way that suits its particular infection cycle. However, as effector unbalance might lead to cytotoxicity, the pathogens must employ mechanisms that regulate the intracellular effector concentration. We present evidence that the effector EspZ controls T3SS effector translocation from enteropathogenic (EPEC) and enterohemorrhagic (EHEC) Escherichia coli. Consistently, an EPEC espZ mutant is highly cytotoxic. Following ectopic expression, we found that EspZ inhibited the formation of actin pedestals as it blocked the translocation of Tir, as well as other effectors, including Map and EspF. Moreover, during infection EspZ inhibited effector translocation following superinfection. Importantly, while EspZ of EHEC O157:H7 had a universal "translocation stop" activity, EspZ of EPEC inhibited effector translocation from typical EPEC strains but not from EHEC O157:H7 or its progenitor, atypical EPEC O55:H7. We found that the N and C termini of EspZ, which contains two transmembrane domains, face the cytosolic leaflet of the plasma membrane at the site of bacterial attachment, while the extracellular loop of EspZ is responsible for its strain-specific activity. These results show that EPEC and EHEC acquired a sophisticated mechanism to regulate the effector translocation.

IMPORTANCE: Enteropathogenic Escherichia coli (EPEC) and enterohemorrhagic E. coli (EHEC) are important diarrheal pathogens responsible for significant morbidity and mortality in developing countries and the developed world, respectively. The virulence strategy of EPEC and EHEC revolves around a conserved type III secretion system (T3SS), which translocates bacterial proteins known as effectors directly into host cells. Previous studies have shown that when cells are infected in two waves with EPEC, the first wave inhibits effector translocation by the second wave in a T3SS-dependent manner, although the factor involved was not known. Importantly, we identified EspZ as the effector responsible for blocking protein translocation following a secondary EPEC infection. Interestingly, we found that while EspZ of EHEC can block protein translocation from both EPEC and EHEC strains, EPEC EspZ cannot block translocation from EHEC. These studies show that EPEC and EHEC employ a novel infection strategy to regulate T3SS translocation.

Exploration génétique de l'hypothyroïdie congénitale par dysgénésie thyroïdienne

L'hypothyroïdie congénitale par dysgénésie thyroïdienne (HCDT, ectopie dans plus de 80 %) a une prévalence de 1 cas sur 4000 naissances vivantes. L’HCDT est la conséquence d'une défaillance de la thyroïde embryonnaire à se différencier, à se maintenir ou à migrer vers sa localisation anatomique (partie antérieure du cou), qui aboutit à une absence totale de la thyroïde (athyréose) ou à une ectopie thyroïdienne (linguale ou sublinguale). Les HCDT sont principalement non-syndromiques (soit 98% des cas sont non-familiale), ont un taux de discordance de 92% chez les jumeaux monozygotes, et ont une prédominance féminine et ethnique (i.e., Caucasienne). La majorité des cas d’HCDT n’a pas de cause connue, mais est associée à un déficit sévère en hormones thyroïdiennes (hypothyroïdie). Des mutations germinales dans les facteurs de transcription liés à la thyroïde (NKX2.1, FOXE1, PAX8, NKX2.5) ont été identifiées dans seulement 3% des patients atteints d’HCDT sporadiques et l’analyse de liaisons exclue ces gènes dans les rares familles multiplex avec HCDT. Nous supposons que le manque de transmission familiale claire d’HCDT peut résulter de la nécessité d’au moins deux « hits » génétiques différents dans des gènes importants pour le développement thyroïdien. Pour répondre au mieux nos questions de recherche, nous avons utilisé deux approches différentes: 1) une approche gène candidat, FOXE1, seul gène impliqué dans l’ectopie dans le modèle murin et 2) une approche en utilisant les techniques de séquençage de nouvelle génération (NGS) afin de trouver des variants génétiques pouvant expliquer cette pathologie au sein d’une cohorte de patients avec HCDT. Pour la première approche, une étude cas-contrôles a été réalisée sur le promoteur de FOXE1. Il a récemment été découvert qu’une région du promoteur de FOXE1 est différentiellement méthylée au niveau de deux dinucléotides CpG consécutifs, définissant une zone cruciale de contrôle de l’expression de FOXE1. L’analyse d’association basée sur les haplotypes a révélé qu’un haplotype (Hap1: ACCCCCCdel1C) est associé avec le HCDT chez les Caucasiens (p = 5x10-03). Une réduction significative de l’activité luciférase est observée pour Hap1 (réduction de 68%, p<0.001) comparé au promoteur WT de FOXE1. Une réduction de 50% de l’expression de FOXE1 dans une lignée de cellules thyroïdienne humaine est suffisante pour réduire significativement la migration cellulaire (réduction de 55%, p<0.05). Un autre haplotype (Hap2: ACCCCCCC) est observé moins fréquemment chez les Afro-Américain comparés aux Caucasiens (p = 1.7x10-03) et Hap2 diminue l’activité luciférase (réduction de 26%, p<0.001). Deux haplotypes distincts sont trouvés fréquemment dans les contrôles Africains (Black-African descents). Le premier haplotype (Hap3: GTCCCAAC) est fréquent (30.2%) chez les contrôles Afro-Américains comparés aux contrôles Caucasiens (6.3%; p = 2.59 x 10-9) tandis que le second haplotype (Hap4: GTCCGCAC) est trouvé exclusivement chez les contrôles Afro-Américains (9.4%) et est absent chez les contrôles Caucasiens (P = 2.59 x 10-6). Pour la deuxième approche, le séquençage de l’exome de l’ADN leucocytaire entre les jumeaux MZ discordants n’a révélé aucune différence. D'où l'intérêt du projet de séquençage de l’ADN et l’ARN de thyroïdes ectopiques et orthotopiques dans lesquelles de l'expression monoallélique aléatoire dans a été observée, ce qui pourrait expliquer comment une mutation monoallélique peut avoir des conséquences pathogéniques. Finalement, le séquençage de l’exome d’une cohorte de 36 cas atteints d’HCDT a permis d’identifier de nouveaux variants probablement pathogéniques dans les gènes récurrents RYR3, SSPO, IKBKE et TNXB. Ces quatre gènes sont impliqués dans l’adhésion focale (jouant un rôle dans la migration cellulaire), suggérant un rôle direct dans les défauts de migration de la thyroïde. Les essais de migration montrent une forte diminution (au moins 60% à 5h) de la migration des cellules thyroïdiennes infectées par shRNA comparés au shCtrl dans 2 de ces gènes. Des zebrafish KO (-/- et +/-) pour ces nouveaux gènes seront réalisés afin d’évaluer leur impact sur l’embryologie de la thyroïde.

Prevention of bacterial translocation using β-(1-3)-D-glucan in small bowel ischemia and reperfusion in rats

To investigate the role of β-(1-3)-D-glucan on 99mTc labelled Escherichia coli translocation and cytokines secretion in rats submitted to small bowel ischemia/reperfusion injury. Methods: Five groups (n=10 each) of Wistar rats were subjected to control(C), sham(S), group IR subjected to 45 min of bowel ischemia/60 min of reperfusion(I/R), and group I/R+glucan subjected to 45 min of bowel ischemia/60 min of reperfusion(I/R) and injected with 2mg/Kg intramuscular. Translocation of labelled bacteria to mesenteric lymph nodes, liver, spleen, lung and serum was determined using radioactivity/count and colony forming units/g(CFU/g). Serum TNFα, IL-1β, IL-6, IL-10 were measured by ELISA. Results: CFU/g and radioactivity/count were higher in I/R than in I/R+glucan rats. In C, S and S+glucan groups, bacteria and radioactivity/count were rarely detected. The I/R+glucan rats had enhancement of IL-10 and suppressed production of serum TNFα, IL-1β and, IL-6, compared to I/R untreated animals. Conclusion: The β-(1-3)-D-glucan modulated the production of pro-inflammatory and anti-inflammatory cytokines during bowel ischemia/reperfusion, and attenuated translocation of labelled bacteria

Translocation of 99mTc labelled bacteria after intestinal ischemia and reperfusion

Ischemia and reperfusion of the small intestine disrupts gut barrier, causes bacterial translocation and activates inflammatory responses. An experimental study was planned to evaluate if 99mTc labelled Escherichia coli translocates to mesenteric lymph nodes, liver, spleen, lung and serum of rats submitted to mesenteric ischemia/reperfusion. Additionally, it was observed if the time of reperfusion influences the level of translocation. METHODS: Forty male Wistar rats underwent 45 minutes of gut ischemia by occlusion of the superior mesenteric artery. The translocation of labelled bacteria to different organs and portal serum was determined in rats reperfused for 30 minutes, 24 hours, sham(S) and controls(C), using radioactivity count and colony forming units/g (CFU). RESULTS: All the organs from rats observed for 24 hours after reperfusion had higher levels of radioactivity and positive cultures (CFU) than did the organs of rats reperfused for 30 minutes, C and S, except in the spleen (p<0,01). CONCLUSION: The results of this study indicated that intestinal ischemia/reperfusion led to bacterial translocation, mostly after 24 hours of reperfusion

Étiologie génétique et cognitive de l’association entre les habiletés en lecture et les dimensions du trouble déficitaire de l’attention avec ou sans hyperactivité (TDAH)

La présente thèse examine les associations entre les dimensions du TDAH et les habiletés en lecture sur les plans phénotypique, génétique et cognitif. En premier lieu, les associations entre les dimensions du TDAH (inattention et hyperactivité/impulsivité) et les habiletés en lecture (décodage et compréhension en lecture) chez des enfants au début du primaire (6-8 ans) ont été examinées. Les résultats révèlent des associations similaires. Toutefois, seules celles entre l’inattention et les habiletés en lecture demeurent après que l’hyperactivité/impulsivité, les symptômes de trouble du comportement et les habiletés non verbales aient été contrôlés. De plus, les associations entre l’inattention et les habiletés en lecture s’expliquent en grande partie par des facteurs génétiques. En second lieu, les associations entre les dimensions du TDAH et les habiletés en lecture (lecture de mots et exactitude/vitesse lors de la lecture d’un texte) ont été étudiées à 14-15 ans. Seule l’inattention demeure associée aux habiletés en lecture après que l’hyperactivité/impulsivité, les habiletés verbales et les habiletés non verbales aient été contrôlées. L’inattention et les habiletés en lecture sont aussi corrélées sur le plan génétique, mais ces corrélations deviennent non significatives lorsque les habiletés verbales sont contrôlées. En dernier lieu, des habiletés cognitives ont été étudiées comme mécanismes sous-jacents potentiels de l’association entre l’inattention et les habiletés en lecture (décodage et compréhension en lecture) à l’enfance. Il apparait que la conscience phonologique, la vitesse de dénomination de chiffres, le traitement temporel bimodal et le vocabulaire sont des médiateurs de l’association entre l’inattention et le décodage alors que la conscience phonologique, la vitesse de dénomination de chiffres et de couleurs et le vocabulaire sont des médiateurs de l’association entre l’inattention et la compréhension en lecture. De plus, des facteurs génétiques communs ont été observés entre certains médiateurs (conscience phonologique, vitesse de dénomination des chiffres et traitement temporel bimodal), l’inattention et le décodage. Somme toute, la présente thèse montre que des facteurs génétiques expliquent en partie ces associations à l’enfance et l’adolescence. Des médiateurs cognitifs sous-tendent ces associations, possiblement par des processus génétiques et environnementaux qui devront être précisés dans le futur.

Bacterial translocation in rats nonfunctioning diverted distal colon

To investigate whether the alterations of the diverted colon segment mucosa, evidenced in fecal colitis, would be able to alter Bacterial Translocation (BT). Methods: Sixty-two Wistar male rats ranging from 220 to 320 grams of weight, were divided in two groups: A (Colostomy) and B (Control), with 31 animals each one. In group A, all animals underwent end colostomy, one stoma, in ascending colon; and in the 70th POD was injected in five rats, by rectal route – diverted segment - 2ml of a 0.9% saline solution in animals (A1 subgroup); in eight it was inoculated, by rectal route, 2ml of a solution containing Escherichia coli ATCC 25922 (American Type Culture Collection), in a concentration of 108 Colony Forming Unit for milliliters (CFU/ml) - A2 Subgroup; in ten animals the same solution of E. coli was inoculated, in a concentration of 1011 CFU/ml (A3 Subgroup); and in eight it was collected part of the mucus found in the diverted distal colonic segment for neutral sugars and total proteins dosage (A4 subgroup). The animals from the group B underwent the same procedures of group A, but with differences in the colostomy confection. In rats from subgroups A1, A2, A3, B1, B2, and B3 2ml of blood were aspirated from the heart, and fragments from mesenteric lymphatic nodule, liver, spleen, lung and kidney taken for microbiological analysis, after their death. This analysis consisted of evidencing the presence of E. coli ATCC 25922 CFU. Mann-Whitney and ANOVA Tests were applied as analytic techniques for association of variables. Results: The occurrence of BT was evidenced only in those animals in which inoculated concentration of E. coli ATCC 25922, reached levels of 1011CFU/ml, i.e. in Subgroups A3 and B3, although, being significantly greater (80%) in those animals without colostomy (subgroup B3) when compared to the ones with colostomy (20%) from the subgroup A3 (P <0.05). Lung, liver and mesenteric lymphatic nodules were the tissues with larger percentile of bacterial recovery, so much in subgroup A3, as in B3. Blood culture was considered positive in 60% of the animals from subgroup B3 and in 10% of those from subgroup A3 (p <0.05). There was greater concentration of neutral sugars, in subgroup A4 - mean 27.3mg/ml -, than in subgroup B4 - mean 8.4mg/ml - (P <0.05). Conclusion: The modifications in the architecture of intestinal mucosa in colitis following fecal diversion can cause alterations in the intestinal barrier, but it does not necessarily lead to an increased frequency of BT

Prevention of bacterial translocation using β-(1-3)-D-glucan in small bowel ischemia and reperfusion in rats

To investigate the role of β-(1-3)-D-glucan on 99mTc labelled Escherichia coli translocation and cytokines secretion in rats submitted to small bowel ischemia/reperfusion injury. Methods: Five groups (n=10 each) of Wistar rats were subjected to control(C), sham(S), group IR subjected to 45 min of bowel ischemia/60 min of reperfusion(I/R), and group I/R+glucan subjected to 45 min of bowel ischemia/60 min of reperfusion(I/R) and injected with 2mg/Kg intramuscular. Translocation of labelled bacteria to mesenteric lymph nodes, liver, spleen, lung and serum was determined using radioactivity/count and colony forming units/g(CFU/g). Serum TNFα, IL-1β, IL-6, IL-10 were measured by ELISA. Results: CFU/g and radioactivity/count were higher in I/R than in I/R+glucan rats. In C, S and S+glucan groups, bacteria and radioactivity/count were rarely detected. The I/R+glucan rats had enhancement of IL-10 and suppressed production of serum TNFα, IL-1β and, IL-6, compared to I/R untreated animals. Conclusion: The β-(1-3)-D-glucan modulated the production of pro-inflammatory and anti-inflammatory cytokines during bowel ischemia/reperfusion, and attenuated translocation of labelled bacteria

Mémoire de source, propension à halluciner et psychose : identification de marqueurs cognitifs et cliniques chez une population à haut risque génétique

Les déficits cognitifs sont centraux à la psychose et sont observables plusieurs années avant le premier épisode psychotique. L’atteinte de la mémoire épisodique est fréquemment identifiée comme une des plus sévères, tant chez les patients qu’avant l’apparition de la pathologie chez des populations à risque. Chez les patients psychotiques, l’étude neuropsychologique des processus mnésiques a permis de mieux comprendre l’origine de cette atteinte. Une altération des processus de mémoire de source qui permettent d’associer un souvenir à son origine a ainsi été identifiée et a été associée aux symptômes positifs de psychose, principalement aux hallucinations. La mémoire de source de même que la présence de symptômes sous-cliniques n’ont pourtant jamais été investiguées avant l’apparition de la maladie chez une population à haut risque génétique de psychose (HRG). Or, leur étude permettrait de voir si les déficits en mémoire de source de même que le vécu d’expériences hallucinatoires sont associés à l’apparition de la psychose ou s’ils en précèdent l’émergence, constituant alors des indicateurs précoces de pathologie. Afin d’étudier cette question, trois principaux objectifs ont été poursuivis par la présente thèse : 1) caractériser le fonctionnement de la mémoire de source chez une population HRG afin d’observer si une atteinte de ce processus précède l’apparition de la maladie, 2) évaluer si des manifestations sous-cliniques de symptômes psychotiques, soit les expériences hallucinatoires, sont identifiables chez une population à risque et 3) investiguer si un lien est présent entre le fonctionnement en mémoire de source et la symptomatologie sous-clinique chez une population à risque, à l’instar de ce qui est documenté chez les patients. Les résultats de la thèse ont permis de démontrer que les HRG présentent une atteinte de la mémoire de source ciblée à l’attribution du contexte temporel des souvenirs, ainsi que des distorsions mnésiques qui se manifestent par une fragmentation des souvenirs et par une défaillance de la métacognition en mémoire. Il a également été observé que les expériences hallucinatoires sous-cliniques étaient plus fréquentes chez les HRG. Des associations ont été documentées entre certaines distorsions en mémoire et la propension à halluciner. Ces résultats permettent d’identifier de nouveaux indicateurs cliniques et cognitifs du risque de développer une psychose et permettent de soulever des hypothèses liant l’attribution de la source interne-externe de l’information et le développement de la maladie. Les implications empiriques, théoriques, méthodologiques et cliniques de la thèse sont discutées.

Contrôle adaptatif d'un bioréacteur cardiaque par algorithme génétique

Un bon fonctionnement du coeur humain est primordial pour maintenir une bonne qualité de vie. Cependant, lorsque le coeur est défaillant, certaines interventions chirurgicales s’avèrent nécessaires pour prolonger l’espérance de vie. Dans le cadre d’un projet multidisciplinaire reliant le génie mécanique avec le domaine biomédical, notre équipe travaille sur la fabrication de valves cardiaques conçues entièrement par génie tissulaire. Pour y parvenir, il est important d’obtenir des propriétés mécaniques optimales pour les tissus biologiques. Afin d’obtenir ces propriétés mécaniques, un outil important a été fabriqué lors d’une étude antérieure : le bioréacteur cardiaque. Le bioréacteur cardiaque permet de reproduire l’environnement physiologique du coeur, notamment les conditions de débit et de pression. Il est crucial de bien contrôler ces conditions, car celles-ci jouent un rôle important lors du conditionnement des substituts valvulaires. Toutefois, il est complexe de contrôler simultanément ces deux conditions de manière efficace. C’est pourquoi notre équipe s’est concentrée sur le développement d’une nouvelle stratégie de contrôle afin que le bioréacteur puisse reproduire le plus fidèlement possible l’environnement physiologique. Plusieurs techniques de contrôle ont été essayés jusqu’à maintenant. Par contre, leur précision était généralement limitée. Une nouvelle approche a donc été envisagée et est présentée dans ce mémoire. Cette nouvelle approche pour le contrôle du bioréacteur est basée sur un type d’algorithme bien connu mais encore très peu utilisé en contrôle : les algorithmes génétiques. Cette approche prometteuse nous a permis de produire des résultats dépassant tous ceux obtenus jusqu’à maintenant pour l’une des deux conditions, soit le débit physiologique.

Potentiel évolutif de l'hirondelle bicolore (Tachycineta bicolor) : plasticité phénotypique et variation génétique dans un contexte d'hétérogénéité environnementale

Les changements environnementaux actuels entrainent des modifications importantes dans les pressions de sélection qui agissent sur les populations naturelles. Cependant, la capacité de réponse des populations à ces modifications et l’importance relative des différents mécanismes comme la plasticité phénotypique et les changements de la composition génétique des populations restent encore trop peu connus. L’objectif général de ma thèse était donc d’évaluer les rôles de la plasticité phénotypique et de la variation génétique sur le potentiel évolutif en population naturelle. Pour ce faire, j’ai utilisé comme modèle d’étude l’Hirondelle bicolore (Tachycineta bicolor), un passereau migrateur qui est suivi dans le Sud du Québec depuis 2004 dans un environnement hétérogène. Dans un premier temps (chapitre 2), j’ai évalué les déterminants environnementaux de la date de ponte et évalué leurs effets à des niveaux individuels et populationnels de plasticité phénotypique. Comme observé chez de nombreuses espèces aviaires, la température avait un effet important sur la synchronisation de la ponte, similaire au niveau individuel et populationnel, avec les dates de ponte plus hâtive lorsque les températures étaient plus chaudes. Par contre, ces relations semblaient contraintes par la densité locale d’hirondelles, considérée dans ce système d’étude comme un indice de la qualité de l’environnement. Plus précisément, les réponses plastiques à la température étaient moins prononcées à faible densité, c’est-à-dire dans les habitats plus contraignants. Ces résultats suggèrent donc que malgré la présence de plasticité phénotypique chez une espèce donnée, son efficacité pour pallier les changements climatiques peut être inégale entre les populations. Dans un deuxième temps (chapitre 3), je me suis intéressée à 4 gènes candidats liés à la phénologie (CLOCK, NPAS2, ADCYAP1 et CREB1) montrant de la variation de type courtes répétitions en tandem, et à leur relation avec deux traits phénologiques, la date de ponte et le temps d’incubation. Ces analyses ont montré plusieurs relations entre la variation observée à ces gènes et celle des traits phénologiques étudiés, dans la plupart des cas en interaction avec des variables environnementales (densité locale, latitude ou température printanière). Par exemple, les femelles avec en moyenne des allèles plus courts au gène CLOCK pondaient plus tôt que celles avec des allèles plus longs, une relation plus marquée à densité locale élevée. Les différents résultats suggèrent l’importance que peuvent prendre les interactions génotype-environnement, qui sont rarement prises en compte dans les études de gènes candidats, et qui pourraient expliquer une partie des résultats discordants entre les celles-ci. Dans un troisième temps (chapitre 4), j’ai vérifié la faisabilité d’une étude en génétique quantitative avec les données récoltées dans le système d’étude utilisée, caractérisé par un fort taux de reproduction hors couple et un faible recrutement des oisillons. Plus précisément, j’ai testé à l’aide de données empiriques et simulées la précision et l’exactitude des estimations d’héritabilité et de corrélations génétiques pour trois types de traits, morphologiques, reproducteurs et d’oisillons. Les résultats suggéraient un manque de précision important pour les traits morphologiques et reproducteurs, de même que des biais considérables lors de l’utilisation du pédigrée social plutôt que du pédigrée génétique. Ces analyses révèlent entre autres l’utilité des simulations pour tester adéquatement la faisabilité d’une étude en génétique quantitative sur une population donnée. Dans une dernière étude (chapitre 5), j’ai documenté les effets de l’hétérogénéité environnementale et de l’utilisation de différentes approches de génétique quantitative sur les prédictions de réponses évolutives en population naturelle. Plus particulièrement, cette étude s’est concentrée sur trois traits morphologiques (masse, longueur de l’aile et du tarse) mesurés à différents moments au cours du développement des oisillons. Les différentes analyses ont montré une sélection plus forte à faible densité locale pour la masse à 12 jours ainsi que des variations dans les composantes de variances phénotypiques selon la qualité de l’environnement (densité locale faible ou élevée) pour la plupart des combinaisons trait-âge étudiées. Il en résultait une tendance à des réponses évolutives prédites plus grandes à faible densité locale. Par contre, les prédictions obtenues avec l’équation du reproducteur et le second théorème de la sélection différaient fréquemment, et contrastaient grandement avec les tendances phénotypiques observées. En somme, les résultats de ma thèse suggèrent que les possibilités d’ajustement aux changements environnementaux par la plasticité phénotypique et d’adaptation par des changements génétiques entre les générations peuvent varier selon l’environnement expérimenté par une population. Mes recherches contribuent à une meilleure compréhension des facteurs et mécanismes influençant la persistance à long terme des populations naturelles face aux modifications dans les pressions de sélection.