L’influence des capacités cognitives mâles et femelles sur le choix de partenaire chez le diamant mandarin (Taeniopygia guttata)

S’approvisionner en nourriture est essentiel à la survie et au succès reproducteur. Lorsque les animaux font face à des changements environnementaux brutaux, ils doivent s’ajuster rapidement à leur nouvel environnement et parfois même innover dans leur façon de s’approvisionner. Des processus comportementaux et cognitifs, tels que l’innovation et l’apprentissage, permettent aux animaux d'intégrer de nouveaux comportements à leur répertoire comportemental afin de s'adapter de façon optimale. Les performances cognitives varient entre les individus d’une même population et bien que des études récentes se soient intéressées aux causes de ce phénomène, de convaincantes évidences sont manquantes afin d’expliquer pourquoi ces variations sont maintenues. Au cours de ce mémoire, les questions des pressions de sélection s'exerçant sur les performances d’alimentation par une tâche motrice nouvelle sont abordées afin de mieux comprendre l'évolution des capacités cognitives au sein d'une population captive de diamants mandarins (Taeniopygia guttata). Nous avons tout d'abord testé si les femelles diamants mandarins modifient leurs préférences d'accouplement après avoir observé la performance d'alimentation par une tâche motrice nouvelle des mâles. Afin de déterminer si les femelles sont capables de discriminer entre les mâles sur la base de leur capacité cognitive, nous avons également évalué les performances d’apprentissage de chacune d’elles. En effet, des études ont suggéré qu’il peut être coûteux, spécialement en terme de temps, de discriminer entre des partenaires potentiels sur cette base. La généralisation d’une préférence pour un mâle performant à d’autres mâles possédant le même phénotype permettrait la réduction de ces coûts. Nous avons donc finalement testé si les femelles diamants mandarins peuvent généraliser leur préférence après avoir observé les performances d’alimentation pour une tâche motrice nouvelle d’un mâle. Nos résultats suggèrent que les femelles diamants mandarins ne peuvent évaluer les capacités cognitives d’un mâle par l’intermédiaire de traits indicateurs. Toutefois, nous avons démontré qu’une observation directe des performances d’alimentation d’un mâle guide le choix d’appariement des femelles. Également, nous avons montré que les femelles peuvent généraliser l’apparence du mâle le plus performant et utiliser cette information lors de l’évaluation de nouveaux mâles. La relation entre les performances cognitives et le choix de partenaire pourraient s’expliquer par exemple par une meilleure exploitation de l’habitat, mais nécessite des études plus approfondies.

L’influence des capacités cognitives mâles et femelles sur le choix de partenaire chez le diamant mandarin (Taeniopygia guttata)

S’approvisionner en nourriture est essentiel à la survie et au succès reproducteur. Lorsque les animaux font face à des changements environnementaux brutaux, ils doivent s’ajuster rapidement à leur nouvel environnement et parfois même innover dans leur façon de s’approvisionner. Des processus comportementaux et cognitifs, tels que l’innovation et l’apprentissage, permettent aux animaux d'intégrer de nouveaux comportements à leur répertoire comportemental afin de s'adapter de façon optimale. Les performances cognitives varient entre les individus d’une même population et bien que des études récentes se soient intéressées aux causes de ce phénomène, de convaincantes évidences sont manquantes afin d’expliquer pourquoi ces variations sont maintenues. Au cours de ce mémoire, les questions des pressions de sélection s'exerçant sur les performances d’alimentation par une tâche motrice nouvelle sont abordées afin de mieux comprendre l'évolution des capacités cognitives au sein d'une population captive de diamants mandarins (Taeniopygia guttata). Nous avons tout d'abord testé si les femelles diamants mandarins modifient leurs préférences d'accouplement après avoir observé la performance d'alimentation par une tâche motrice nouvelle des mâles. Afin de déterminer si les femelles sont capables de discriminer entre les mâles sur la base de leur capacité cognitive, nous avons également évalué les performances d’apprentissage de chacune d’elles. En effet, des études ont suggéré qu’il peut être coûteux, spécialement en terme de temps, de discriminer entre des partenaires potentiels sur cette base. La généralisation d’une préférence pour un mâle performant à d’autres mâles possédant le même phénotype permettrait la réduction de ces coûts. Nous avons donc finalement testé si les femelles diamants mandarins peuvent généraliser leur préférence après avoir observé les performances d’alimentation pour une tâche motrice nouvelle d’un mâle. Nos résultats suggèrent que les femelles diamants mandarins ne peuvent évaluer les capacités cognitives d’un mâle par l’intermédiaire de traits indicateurs. Toutefois, nous avons démontré qu’une observation directe des performances d’alimentation d’un mâle guide le choix d’appariement des femelles. Également, nous avons montré que les femelles peuvent généraliser l’apparence du mâle le plus performant et utiliser cette information lors de l’évaluation de nouveaux mâles. La relation entre les performances cognitives et le choix de partenaire pourraient s’expliquer par exemple par une meilleure exploitation de l’habitat, mais nécessite des études plus approfondies.

Influence de l’hypoxie dans la régulation du pH et les conséquences dans la progression tumorale et la résistance à la chimiothérapie

Résumé : La formation de métastases s’inscrit comme la finalité d’un processus darwinien dans lequel les cellules tumorales subissent des altérations génétiques et épigénétiques dans l’unique but de préserver un avantage prolifératif. L’environnement hypoxique, caractéristique des tumeurs solides, se révèle comme une pression de sélection et un facteur déterminant dans la progression tumorale. Face à l’hypoxie, une des adaptations majeures des cellules tumorales est le déséquilibre du pH cellulaire qui mène à la formation de métastases et à la résistance à la chimiothérapie. Cette thèse met en lumière de nouveaux liens moléculaires entre l’hypoxie et la régulation du pH dans des contextes d’invasion cellulaire et de chimiorésistance. Les échangeurs d’ions NHE1 et NHE6 sont au cœur de ces études où de nouveaux rôles dans la progression du cancer leur ont été attribués. Premièrement, nous avons observé l’influence de l’hypoxie sur la régulation de NHE1 par p90RSK et les conséquences fonctionnelles de cette interaction dans l’invasion cellulaire par les invadopodes. En conditions hypoxiques, NHE1 est activé par p90RSK résultant en une acidification extracellulaire. En modifiant le pH, NHE1 stimule la formation des invadopodes et la dégradation de la matrice extracellulaire. Ainsi, la phosphorylation de NHE1 par p90RSK en hypoxie apparaît comme un biomarqueur potentiel des cancers métastatiques. Peu étudié, le pH endosomal peut intervenir dans la chimiorésistance mais les mécanismes sont inconnus. Nous avons développé une méthode pour mesurer précisément le pH endosomal par microscopie. Ceci a permis d’illuminer un nouveau mécanisme de résistance induit par l’hypoxie et mettant en vedette l’échangeur NHE6. L’hypoxie favorise l’interaction de NHE6 avec RACK1 à la membrane plasmique empêchant la localisation endosomale de l’échangeur. Cette interaction mène à la séquestration de la doxorubicine dans des endosomes sur-acidifiés. Ces travaux mettent en évidence pour la première fois le rôle du pH endosomal et l’échangeur NHE6 comme des éléments centraux de la chimiorésistance induite par l’hypoxie. Cette thèse renforce donc l’idée voulant que les interactions entre les cellules tumorales et le microenvironnement hypoxique sont le « talon d’Achille » du cancer et la régulation du pH cellulaire est primordiale dans l’adaptation des cellules à l’hypoxie et l’instauration du phénotype malin du cancer. La découverte de nouveaux rôles pro-tumoraux pour NHE1 et NHE6 les placent à l’avant-plan pour le développement de stratégies thérapeutiques orientées contre la formation de métastases et la chimiorésistance.

The consequences of phenotypic plasticity on postglacial fishes

Phenotypic differences within a species significantly contribute to the variation we see among plants and animals. Plasticity as a concept helps us to understand some of this variation. Phenotypic plasticity plays a significant role in multiple ecological and evolutionary processes. Because plasticity can be driven by the environment it is more likely to produce beneficial alternative phenotypes than rare and often deleterious genetic mutations. Furthermore, differences in phenotypes that arise in response to the environment can affect multiple individuals from the same population (or entire populations) simultaneously and are therefore of greater evolutionary significance. This allows similar, beneficial alternative phenotypes to increase quickly within a single generation and allow new environments to produce and select for new phenotypes instantly. The direction of the present thesis is to increase our understanding of how phenotypic plasticity, coupled with contrasting environmental conditions, can produce alternative phenotypes within a population. Plasticity provides a source of variation for natural selection to act upon, and may lead to genetic isolation as a by-product. For example, there are multiple cases of polymorphic populations of fish, where groups belonging to multiple isolated gene pools, have arisen in sympatry. Here it is shown that although plasticity is important in sympatric speciation events, plasticity alone is not responsible for the frequency in which sympatric polymorphic populations occur. The most frequently observed differences among sympatric polymorphic populations are morphological differences associated with parts of the anatomy used in the detection, handling and capture of prey. Moreover, it is shown here that there are physiological effects associated with foraging on alternative prey that may significantly contribute towards ecological speciation. It is also shown in this study that anthropogenic abiotic factors can disrupt developmental processes during early ontogeny, significantly influencing morphology, and therefore having ecological consequences. Phenotypic structuring in postglacial fish is most frequently based around a divergence towards either pelagic or littoral benthic foraging specialisms. Divergences that deviate from this pattern are of greater scientific interest as they increase our understanding of how evolutionary processes and selection pressures work. Here we describe a rare divergence not based around the typical pelagic/littoral benthic foraging specialisms. Finally, in this study, the effectiveness of local level conservation policy shows that species of fish which are highly variable in their life history strategies are harder to effectively manage and often poorly represented at a local level.

Genetic potential of a maize population from Southern Brazil for the modified convergent-divergent selection scheme

Maize (Zea mays L.) is a very important cereal to world-wide economy which is also true for Brazil, particularly in the South region. Grain yield and plant height have been chosen as important criteria by breeders and farmers from Santa Catarina State (SC), Brazil. The objective of this work was to estimate genetic-statistic parameters associated with genetic gain for grain yield and plant height, in the first cycle of convergent-divergent half-sib selection in a maize population (MPA1) cultivated by farmers within the municipality of Anchieta (SC). Three experiments were carried out in different small farms at Anchieta using low external agronomic inputs; each experiment represented independent samples of half-sib families, which were evaluated in randomized complete blocks with three replications per location. Significant differences among half-sib families were observed for both variables in all experiments. The expected responses to truncated selection of the 25% better families in each experiment were 5.1, 5.8 and 5.2% for reducing plant height and 3.9, 5.7 and 5.0% for increasing grain yield, respectively. The magnitudes of genetic-statistic parameters estimated evidenced that the composite population MPA1 exhibits enough genetic variability to be used in cyclical process of recurrent selection. There were evidences that the genetic structure of the base population MPA1, as indicated by its genetic variability, may lead to expressive changes in the traits under selection, even under low selection pressure.

Divergent evolution and purifying selection of the flaA gene sequences in Aeromonas

BACKGROUND: The bacterial flagellum is the most important organelle of motility in bacteria and plays a key role in many bacterial lifestyles, including virulence. The flagellum also provides a paradigm of how hierarchical gene regulation, intricate protein-protein interactions and controlled protein secretion can result in the assembly of a complex multi-protein structure tightly orchestrated in time and space. As if to stress its importance, plants and animals produce receptors specifically dedicated to the recognition of flagella. Aside from motility, the flagellum also moonlights as an adhesion and has been adapted by humans as a tool for peptide display. Flagellar sequence variation constitutes a marker with widespread potential uses for studies of population genetics and phylogeny of bacterial species. RESULTS: We sequenced the complete flagellin gene (flaA) in 18 different species and subspecies of Aeromonas. Sequences ranged in size from 870 (A. allosaccharophila) to 921 nucleotides (A. popoffii). The multiple alignment displayed 924 sites, 66 of which presented alignment gaps. The phylogenetic tree revealed the existence of two groups of species exhibiting different FlaA flagellins (FlaA1 and FlaA2). Maximum likelihood models of codon substitution were used to analyze flaA sequences. Likelihood ratio tests suggested a low variation in selective pressure among lineages, with an omega ratio of less than 1 indicating the presence of purifying selection in almost all cases. Only one site under potential diversifying selection was identified (isoleucine in position 179). However, 17 amino acid positions were inferred as sites that are likely to be under positive selection using the branch-site model. Ancestral reconstruction revealed that these 17 amino acids were among the amino acid changes detected in the ancestral sequence. CONCLUSION: The models applied to our set of sequences allowed us to determine the possible evolutionary pathway followed by the flaA gene in Aeromonas, suggesting that this gene have probably been evolving independently in the two groups of Aeromonas species since the divergence of a distant common ancestor after one or several episodes of positive selection. REVIEWERS: This article was reviewed by Alexey Kondrashov, John Logsdon and Olivier Tenaillon (nominated by Laurence D Hurst).

Divergent evolution and purifying selection of the H (FUT1) gene in New World monkeys (Primates, Platyrrhini)

In the present study, the coding region of the H gene was sequenced and analyzed in fourteen genera of New World primates (Alouatta, Aotus, Ateles, Brachyteles, Cacajao, Callicebus, Callithrix, Cebus, Chiropotes, Lagothrix, Leontopithecus, Pithecia, Saguinus, and Saimiri), in order to investigate the evolution of the gene. The analyses revealed that this coding region contains 1,101 nucleotides, with the exception of Brachyteles, the callitrichines (Callithrix, Leontopithecus, and Saguinus) and one species of Callicebus (moloch), in which one codon was deleted. In the primates studied, the high GC content (63%), the nonrandom distribution of codons and the low evolution rate of the gene (0.513 substitutions/site/MA in the order Primates) suggest the action of a purifying type of selective pressure, confirmed by the Z-test. Our analyses did not identify mutations equivalent to those responsible for the H-deficient phenotypes found in humans, nor any other alteration that might explain the lack of expression of the gene in the erythrocytes of Neotropical monkeys. The phylogenetic trees obtained for the H gene and the distance matrix data suggest the occurrence of divergent evolution in the primates.

Selection on floral traits through male fertility in a natural plant population

Most studies on selection in plants estimate female fitness components and neglect male mating success, although the latter might also be fundamental to understand adaptive evolution. Information from molecular genetic markers can be used to assess determinants of male mating success through parentage analyses. We estimated paternal selection gradients on floral traits in a large natural population of the herb Mimulus guttatus using a paternity probability model and maximum likelihood methods. This analysis revealed more significant selection gradients than a previous analysis based on regression of estimated male fertilities on floral traits. There were differences between results of univariate and multivariate analyses most likely due to the underlying covariance structure of the traits. Multivariate analysis, which corrects for the covariance structure of the traits, indicated that male mating success declined with distance from and depended on the direction to the mother plants. Moreover, there was directional selection for plants with fewer open flowers which have smaller corollas, a smaller anther-stigma separation, more red dots on the corolla and a larger fluctuating asymmetry therein. For most of these traits, however, there was also stabilizing selection indicating that there are intermediate optima for these traits. The large number of significant selection gradients in this study shows that even in relatively large natural populations where not all males can be sampled, it is possible to detect significant paternal selection gradients, and that such studies can give us valuable information required to better understand adaptive plant evolution.

Divergent selection and phenotypic plasticity during incipient speciation in Lake Victoria cichlid fish

Divergent selection acting on several different traits that cause multidimensional shifts are supposed to promote speciation, but the outcome of this process is highly dependent on the balance between the strength of selection vs. gene flow. Here, we studied a pair of sister species of Lake Victoria cichlids at a location where they hybridize and tested the hypothesis that divergent selection acting on several traits can maintain phenotypic differentiation despite gene flow. To explore the possible role of selection we tested for correlations between phenotypes and environment and compared phenotypic divergence (P-ST) with that based on neutral markers (F-ST). We found indications for disruptive selection acting on male breeding colour and divergent selection acting on several morphological traits. By performing common garden experiments we also separated the environmental and heritable components of divergence and found evidence for phenotypic plasticity in some morphological traits contributing to species differences.