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.

Asymptotic Change-Point Analysis of the Dependencies in Time Series

In recent papers, Wied and his coauthors have introduced change-point procedures to detect and estimate structural breaks in the correlation between time series. To prove the asymptotic distribution of the test statistic and stopping time as well as the change-point estimation rate, they use an extended functional Delta method and assume nearly constant expectations and variances of the time series. In this thesis, we allow asymptotically infinitely many structural breaks in the means and variances of the time series. For this setting, we present test statistics and stopping times which are used to determine whether or not the correlation between two time series is and stays constant, respectively. Additionally, we consider estimates for change-points in the correlations. The employed nonparametric statistics depend on the means and variances. These (nuisance) parameters are replaced by estimates in the course of this thesis. We avoid assuming a fixed form of these estimates but rather we use "blackbox" estimates, i.e. we derive results under assumptions that these estimates fulfill. These results are supplement with examples. This thesis is organized in seven sections. In Section 1, we motivate the issue and present the mathematical model. In Section 2, we consider a posteriori and sequential testing procedures, and investigate convergence rates for change-point estimation, always assuming that the means and the variances of the time series are known. In the following sections, the assumptions of known means and variances are relaxed. In Section 3, we present the assumptions for the mean and variance estimates that we will use for the mean in Section 4, for the variance in Section 5, and for both parameters in Section 6. Finally, in Section 7, a simulation study illustrates the finite sample behaviors of some testing procedures and estimates.

Critère de validation croisée pour le choix des modèles des petits domaines au niveau des unités

Ce mémoire s’intéresse à l’étude du critère de validation croisée pour le choix des modèles relatifs aux petits domaines. L’étude est limitée aux modèles de petits domaines au niveau des unités. Le modèle de base des petits domaines est introduit par Battese, Harter et Fuller en 1988. C’est un modèle de régression linéaire mixte avec une ordonnée à l’origine aléatoire. Il se compose d’un certain nombre de paramètres : le paramètre β de la partie fixe, la composante aléatoire et les variances relatives à l’erreur résiduelle. Le modèle de Battese et al. est utilisé pour prédire, lors d’une enquête, la moyenne d’une variable d’intérêt y dans chaque petit domaine en utilisant une variable auxiliaire administrative x connue sur toute la population. La méthode d’estimation consiste à utiliser une distribution normale, pour modéliser la composante résiduelle du modèle. La considération d’une dépendance résiduelle générale, c’est-à-dire autre que la loi normale donne une méthodologie plus flexible. Cette généralisation conduit à une nouvelle classe de modèles échangeables. En effet, la généralisation se situe au niveau de la modélisation de la dépendance résiduelle qui peut être soit normale (c’est le cas du modèle de Battese et al.) ou non-normale. L’objectif est de déterminer les paramètres propres aux petits domaines avec le plus de précision possible. Cet enjeu est lié au choix de la bonne dépendance résiduelle à utiliser dans le modèle. Le critère de validation croisée sera étudié à cet effet.

The Phosphate Source Influences Gene Expression and Quality of Mineralization during In Vitro Osteogenic Differentiation of Human Mesenchymal Stem Cells

For in vitro differentiation of bone marrow-derived mesenchymal stem cells/mesenchymal stromal cells into osteoblasts by 2-dimensional cell culture a variety of protocols have been used and evaluated in the past. Especially the external phosphate source used to induce mineralization varies considerably both in respect to chemical composition and concentration. In light of the recent findings that inorganic phosphate directs gene expression of genes crucial for bone development, the need for a standardized phosphate source in in vitro differentiation becomes apparent. We show that chemical composition (inorganic versus organic phosphate origin) and concentration of phosphate supplementation exert a severe impact on the results of gene expression for the genes commonly used as markers for osteoblast formation as well as on the composition of the mineral formed. Specifically, the intensity of gene expression does not necessarily correlate with a high quality mineralized matrix. Our study demonstrates advantages of using inorganic phosphate instead of beta-glycerophosphate and propose colorimetric quantification methods for calcium and phosphate ions as cost-and time-effective alternatives to X-ray diffraction and Fourier-transform infrared spectroscopy for determination of the calcium phosphate ratio and concentration of mineral matrix formed under in vitro-conditions. We critically discuss the different assays used to assess in vitro bone formation in respect to specificity and provide a detailed in vitro protocol that could help to avoid contradictory results due to variances in experimental design.

Mixture of time-dependent growth models with an application to blue swimmer crab length-frequency data

Understanding how aquatic species grow is fundamental in fisheries because stock assessment often relies on growth dependent statistical models. Length-frequency-based methods become important when more applicable data for growth model estimation are either not available or very expensive. In this article, we develop a new framework for growth estimation from length-frequency data using a generalized von Bertalanffy growth model (VBGM) framework that allows for time-dependent covariates to be incorporated. A finite mixture of normal distributions is used to model the length-frequency cohorts of each month with the means constrained to follow a VBGM. The variances of the finite mixture components are constrained to be a function of mean length, reducing the number of parameters and allowing for an estimate of the variance at any length. To optimize the likelihood, we use a minorization–maximization (MM) algorithm with a Nelder–Mead sub-step. This work was motivated by the decline in catches of the blue swimmer crab (BSC) (Portunus armatus) off the east coast of Queensland, Australia. We test the method with a simulation study and then apply it to the BSC fishery data.

Gaussian entanglement for quantum key distribution from a single-mode squeezing source

We report the suitability of an Einstein-Podolsky-Rosen entanglement source for Gaussian continuous-variable quantum key distribution at 1550 nm. Our source is based on a single continuous-wave squeezed vacuum mode combined with a vacuum mode at a balanced beam splitter. Extending a recent security proof, we characterize the source by quantifying the extractable length of a composable secure key from a finite number of samples under the assumption of collective attacks. We show that distances in the order of 10 km are achievable with this source for a reasonable sample size despite the fact that the entanglement was generated including a vacuum mode. Our security analysis applies to all states having an asymmetry in the field quadrature variances, including those generated by superposition of two squeezed modes with different squeezing strengths.

In-situ based reanalysis of the global ocean temperature and salinity with ISAS: variability of the heat content and steric height

The In Situ Analysis System (ISAS) was developed to produce gridded fields of temperature and salinity that preserve as much as possible the time and space sampling capabilities of the Argo network of profiling floats. Since the first global re-analysis performed in 2009, the system has evolved and a careful delayed mode processing of the 2002-2012 dataset has been carried out using version 6 of ISAS and updating the statistics to produce the ISAS13 analysis. This last version is now implemented as the operational analysis tool at the Coriolis data centre. The robustness of the results with respect to the system evolution is explored through global quantities of climatological interest: the Ocean Heat Content and the Steric Height. Estimates of errors consistent with the methodology are computed. This study shows that building reliable statistics on the fields is fundamental to improve the monthly estimates and to determine the absolute error bars. The new mean fields and variances deduced from the ISAS13 re-analysis and dataset show significant changes relative to the previous ISAS estimates, in particular in the southern ocean, justifying the iterative procedure. During the decade covered by Argo, the intermediate waters appear warmer and saltier in the North Atlantic and fresher in the Southern Ocean than in WOA05 long term mean. At inter-annual scale, the impact of ENSO on the Ocean Heat Content and Steric Height is observed during the 2006-2007 and 2009-2010 events captured by the network.

On the Movements of the North Atlantic Subpolar Front in the Preinstrumental Past*

Three sediment records of sea surface temperature (SST) are analyzed that originate from distant locations in the North Atlantic, have centennial-to-multicentennial resolution, are based on the same reconstruction method and chronological assumptions, and span the past 15 000 yr. Using recursive least squares techniques, an estimate of the time-dependent North Atlantic SST field over the last 15 kyr is sought that is consistent with both the SST records and a surface ocean circulation model, given estimates of their respective error (co)variances. Under the authors' assumptions about data and model errors, it is found that the 10 degrees C mixed layer isotherm, which approximately traces the modern Subpolar Front, would have moved by ~15 degrees of latitude southward (northward) in the eastern North Atlantic at the onset (termination) of the Younger Dryas cold interval (YD), a result significant at the level of two standard deviations in the isotherm position. In contrast, meridional movements of the isotherm in the Newfoundland basin are estimated to be small and not significant. Thus, the isotherm would have pivoted twice around a region southeast of the Grand Banks, with a southwest-northeast orientation during the warm intervals of the Bolling-Allerod and the Holocene and a more zonal orientation and southerly position during the cold interval of the YD. This study provides an assessment of the significance of similar previous inferences and illustrates the potential of recursive least squares in paleoceanography.

Variation, correlation and heritability of interest characters for selection of African eggplant

The eggplant ( Solanum aethiopicum ) is the species of the Solanum genus, whose geographical distribution is broadest. It is grown throughout tropical Africa, and includes three groups of cultivars commonly called African or indigenous eggplant. Kumba group or “bitter eggplant” is an important Solanaceous vegetable crop in Burkina Faso. The objective of this study was to determine genetic variability, strength of association and level of heritability among agronomic interest traits. Phenotypic and genotypic variations and heritability of 14 traits were estimated in 61 accessions at Institut de Développement Rural (IDR), Gampela in Burkina Faso. High phenotypic and genotypic coefficients of variation were observed for fruit diameter, number of seeds per fruit, fruit weight, leaf blade length and width, and height at flowering. In addition, genetic and phenotypic variances were high for the number of seed, fruit weight, plant height at flowering and days to 50% flowering. High heritability estimates were recorded for all traits. Fruit weight showed a positive association with fruit diameter and thickness. The fifty percent flowering cycle registered positive correlations with plant height and fruit diameter. Fruit number showed a negative association with fruit weight and diameter, and 50% flowering cyle.

Analyse Multiniveau des Facteurs Associés au Retard dans la Vaccination des Enfants au Burkina Faso et au Mali

Plusieurs études effectuées dans les pays développés et les pays anglophones d’Afrique montrent que le contexte influence le statut vaccinal des enfants ainsi que l’administration de certains vaccins spécifiques. Cependant, peu d’études ont porté spécifiquement sur les pays d’Afrique francophone, particulièrement ceux du Sahel comme le Burkina Faso et le Mali. En analysant les données provenant des enquêtes démographiques et de santé du Burkina Faso (2010) et du Mali (2006) à travers une approche de régression logistique multiniveau, cet article évalue dans quelle mesure le contexte influence le respect du calendrier vaccinal des enfants de 12 à 59 mois. Les résultats montrent que les variances contextuelles demeurent significatives dans le modèle final même si le respect du calendrier vaccinal reste surtout tributaire des caractéristiques individuelles de l’enfant. Notamment, au Mali, plus le niveau de vie moyen du district de recensement augmente, plus le risque pour un enfant de recevoir un vaccin en retard diminue. Ces résultats invitent les acteurs de la santé publique à mettre en œuvre des approches communautaires ciblant les barrières locales qui empêchent une vaccination correcte des enfants dans ces deux pays.

Online Supplement to ‘Myopic Allocation Policy with Asymptotically Optimal Sampling Rate’

This document is the Online Supplement to ‘Myopic Allocation Policy with Asymptotically Optimal Sampling Rate,’ to be published in the IEEE Transactions of Automatic Control in 2017.

Quantification of key biological processes determining the dynamics and the assessment of the anchovy population in the Bay of Biscay: growth, reproduction, demography and natural mortality.

333 p.

Incertitudes des méthodes d’évaluation « eaux littorales » : utilisation de modèles linéaires dynamiques pour l’évaluation des incertitudes (chlorophylle a, phytoplancton)

L’incertitude associée à une mesure a pour origine d’une part la variabilité environnementale et d’autre part l’ensemble du processus d’acquisition depuis le prélèvement jusqu’à la saisie de la donnée dans une base. L’estimation de l'ensemble de cette variabilité est un exercice complexe à réaliser dans le cadre d’un plan d’expérience. En revanche, les séries temporelles présentent la caractéristique d’intégrer toutes les variabilités et ainsi l’analyse de ces séries en terme de signal et bruit doit permettre de quantifier l’amplitude des incertitudes. Toutefois, les séries temporelles d’observation présentent un ensemble de caractéristiques les rendant difficiles à analyser. Les modèles linaires dynamiques constituent une approche adaptée à ces données particulières en faisant l’hypothèse de paramètres variables dans le temps. Ainsi, l’objet du présent travail consiste à estimer les variances liées au processus d’observation à l’aide de modèles linéaires dynamiques. Plus particulièrement, les mesures considérées sont la chlorophylle a et l’abondance phytoplanctonique aux lieux de surveillance REPHY « Arcachon-Bouée- 7 » et « Teychan bis ». Les résultats montrent que pour la chlorophylle a, la variabilité d’observation est responsable de l’ordre de 80 % de la variabilité totale. Pour l’abondance phytoplanctonique, elle est également de 80 % à « Arcachon-Bouée 7 » mais de l’ordre de 70 % à « Teychan bis ». Ainsi la part de « bruit » est liée au lieu et au paramètre considéré. Exprimée en pourcentage de la médiane de la chlorophylle a, la variance d’observation place les bornes de l’intervalle de confiance à 95 % des observations à des valeurs de l’ordre de -40 % et +120 % de la médiane, l’intervalle étant sous estimé car ne prenant pas en compte la variabilité structurelle. Pour l’abondance phytoplanctonique en log10 cell./L, les ordres de grandeur correspondant en pourcentage de la moyenne sont de ± 13.5 %. Pour les deux paramètres, ces valeurs sont compatibles avec l’expérience des experts. Ainsi, l’approche mise en oeuvre s’est avérée riche d’enseignements en matière d’incertitude de mesure et les nombreuses améliorations méthodologiques envisagées ouvrent des perspectives fécondes à tout point de vue.

Volatility Spillover and Multivariate Volatility Impulse Response Analysis of GFC News Events

This paper applies two measures to assess spillovers across markets: the Diebold Yilmaz (2012) Spillover Index and the Hafner and Herwartz (2006) analysis of multivariate GARCH models using volatility impulse response analysis. We use two sets of data, daily realized volatility estimates taken from the Oxford Man RV library, running from the beginning of 2000 to October 2016, for the S&P500 and the FTSE, plus ten years of daily returns series for the New York Stock Exchange Index and the FTSE 100 index, from 3 January 2005 to 31 January 2015. Both data sets capture both the Global Financial Crisis (GFC) and the subsequent European Sovereign Debt Crisis (ESDC). The spillover index captures the transmission of volatility to and from markets, plus net spillovers. The key difference between the measures is that the spillover index captures an average of spillovers over a period, whilst volatility impulse responses (VIRF) have to be calibrated to conditional volatility estimated at a particular point in time. The VIRF provide information about the impact of independent shocks on volatility. In the latter analysis, we explore the impact of three different shocks, the onset of the GFC, which we date as 9 August 2007 (GFC1). It took a year for the financial crisis to come to a head, but it did so on 15 September 2008, (GFC2). The third shock is 9 May 2010. Our modelling includes leverage and asymmetric effects undertaken in the context of a multivariate GARCH model, which are then analysed using both BEKK and diagonal BEKK (DBEKK) models. A key result is that the impact of negative shocks is larger, in terms of the effects on variances and covariances, but shorter in duration, in this case a difference between three and six months.

Estudio in vitro de la resistencia adhesiva en la interfaz de resina entre la base del pad y el resinoso utilizado en cementación indirecta de la técnica lingual

Con el fin de aminorar retrasos por descementación de cualquier accesorio durante el tratamiento de Ortodoncia Lingual, se ha considerado que la fuerza de adhesión es muy importante, especialmente cuando está ubicada en las diferentes interfaces presentes entre el bracket y la resina del PAD; entre la resina del PAD y el cemento resinoso fotopolimerizable y entre este cemento y el esmalte dental. Por lo que este estudio se ha enfocado en determinar la resistencia adhesiva en la interfaz localizada entre la resina de la base del PAD y el cemento resinoso fotopolimerizable utilizando ácido fluorhídrico y óxido de aluminio como tratamiento de superficie previo a la cementación indirecta de la técnica lingual. MATERIALES Y METODOS: El tipo de estudio fue experimental "in vitro", con una muestra de 30 cuerpos de prueba hechos con resina Transbond XT, utilizando para su confección un blíster de brackets, se siguieron tres protocolos diferentes; G1 o grupo control sin ninguna preparación, G2 con aplicación de óxido de aluminio, 50 micrones durante 10 segundos en la superficie del cuerpo de prueba, G3 con aplicación de ácido fluorhídrico al 9% en la superficie del cuerpo de prueba durante 10 minutos. Previo al test de resistencia adhesiva, se realizó los cortes de precisión en cada cuerpo de prueba, obteniendo así 45 tiras de prueba, cada una de las muestras fue adherida a un porta muestra para la prueba de micro tracción, la misma que fue realizada con la máquina universal Mini-Instron modelo 5942, a una velocidad de deformación constante de 0.5 mm/min. Los datos fueron sometidos al test de Normalidad de residuos de Shapiro Wilk (p>0,05) y de LEVENE para el análisis de homogeneidad de las varianzas. La resistencia adhesiva fue comparada entre los grupos por medio del Análisis de Varianza (ANOVA) como factor único para el procesamiento de los datos. Para todos los análisis el nivel de significancia fue del 5% (p< 0,05) con un nivel de confianza del 95% (IC95%). Se consideró estadísticamente significativo valores por debajo de 0,05. RESULTADOS Y CONCLUSIONES: El resultado del test de ANOVA, reveló que el factor de tratamiento de superficie F(2,12)=2,52;p=0,12 no es significante, por lo tanto los diferentes tratamientos de superficie (óxido de aluminio y ácido fluorhídrico) utilizados son equivalentes al grupo control, indicando que no ejercen influencia de manera significativa en los valores de Resistencia Adhesiva (RA) en la preparación de la interfaz localizada entre la resina de la base del PAD y el cemento resinoso fotopolimerizable; concluyendo que se puede utilizar cualquier protocolo de tratamiento de superficie indicado en la presente investigación.