Analyse systémique et prospective des usages de l'eau dans la région de Crans-Montana-Sierre (Suisse)

Crans-Montana-Sierre is a tourist area locateci in Rhone valley in central Valais, cha-racterized by dry climate and scarce summer precipitations. More than other regions in Switzerland, this area has suffered the effects of the drought (heat wave) that affec¬ted all Western Europe during summer 2003. In the future, climate change together with societal and economic development will signicantly modify the water need of the region and, consequently, may increase the potential conflicts of interest. Within a long term planning strategy, decision-makers require precise information about the current amount of water needed in the region, with particular attention to temporal and spatial concentration, and the forecasted amount for 2050. This work therefore aims at estimating the variation of the water demand by taking into account the influence of climate change (CH2011) and socio-economic scenarios, developed in cooperation with the competent authorities. This thesis, whose aim is to study the water management and water uses is a core part of the MontanAqua project "Water management in times of scarcity and global change" mainly because of its interdisciplinary topic at the interface between water resources, land development and the socio-political structure. Results show that socio-economic development by 2050 could have a greater impact than expected climate changes (CH2011, A1B scenarios) for the same time horizon for water demand. Demography, spatial planning, tourism and economic development are just some of the factors that could significantly affect the water consumption of the Crans-Montana-Sierre region. Compared with the future water resources available, the maximal water demand forecasted by the socio-economic scenarios developed within the project MontanAqua, could not always be satisfied. This issue, like extreme climate phenomena (as it was the summer drought occurred in 2003 or in April / May 2011), could be mitigated adopting regional management policies relating to a more rational water use and preventive storage of water resource. - Crans-Montana-Sierre est une région touristique située dans la vallée du Rhône; dans le Valais central, qui se caractérise par un climat relativement pauvre en précipitations et qui plus que d'autres a subi les effets de la sécheresse qui a touché l'Europe occidentale durant l'été 2003. À l'avenir, les changements climatiques ainsi que le développement socio-économique modifieront de manière significative les besoins en eau de la région, ce qui risque de faire augmenter les rivalités d'usage concernant cette ressource. Afin de jouer à l'avance, les décideurs ont besoin d'informations précises sur la quantité d'eau nécessaire à la région, avec une attention particulière à sa concentration temporelle et spatiale, à l'heure actuelle et à l'horizon 2050. Ce travail vise donc à estimer la variation de la demande en eau en tenant compte de l'influence des changements climatiques (CH2011) et des scénarios socio-économiques, élaborés en collaboration avec les autorités compétentes. Cette thèse, qui met l'accent sur les usages de l'eau fait partie du projet Montan Aqua « Gestion de l'eau en temps de pénurie et de changement global », est à l'intersection entre les ressources hydriques, l'aménagement du territoire et son organisation socio-politique, fait qui la met, non pas par son importance, mais par son emplacement et ses interconnexions, au coeur de cette recherche. Les résultats obtenus montrent comment les développements socio-économiques d'ici à 2050 ont un impact potentiellement plus important que les changements climatiques prévus par les scénarios AlB de CH2011 pour le même horizon temporel sur la demande en eau. Démographie, aménagement du territoire et contexte économico-touristique, ne sont que quelques-uns des facteurs qui ont la capacité d'agir significativement sur les usages de l'eau en ce qui concerne les aspects qualitatif et quantitatif de la région de Crans-Montana-Sierre. Par rapport aux ressources en eau disponibles à l'avenir, la demande maximale d'eau prévue par les scénarios socio-économiques développés au sein du projet MontanAqua risque de ne pas être toujours satisfaite. Ce danger et la manifestation de phénomènes climatiques extrêmes, comme la sécheresse estivale survenue en 2003 ou celle d'avril/mai 2011, ne pourront être atténués que par l'adoption de politiques de gestion à l'échelle régionale favorisant une utilisation plus rationnelle et un stockage préventif de la ressource en eau.

VARIABILITY OF PHENOTYPIC, PROTEOMIC AND TRANSCRIPTOMIC EXPRESSION OF STAPHYLOCOCCUS AUREUS SURFACE ADHESINS

Staphylococcus aureus is a highly successful pathogen responsible of a wide variety of diseases, from minor skin infection to life-threatening sepsis or infective endocarditis, as well as food poisoning and toxic shock syndrome. This heterogeneity of infections and the ability of S. aureus to develop antibiotic-resistance to virtually any available drugs reflect its extraordinary capacity to adapt and survive in a great variety of environments. The pathogenesis of S. aureus infection involves a wide range of cell wall-associated adhesins and extracellular toxins that promote host colonization and invasion. In addition, S. aureus is extremely well equipped with regulatory systems that sense environmental conditions and respond by fine tuning the expression of metabolic and virulence determinants. Surface adhesins referred to MSCRAMMs - for Microbial Surface Component Recognizing Adherence Matrix Molecules - mediate binding to the host extracellular matrix or serum components, including fibrinogen, fibronectin, collagen and elastin, and promote tissue colonization and invasion. Major MSCRAMMs include a family of surface-attached proteins covalently bound to the cell wall peptidoglycan via a conserved LPXTG motif. Genomic analyses indicate that S. aureus contain up to 22 LPXTG surface proteins, which could potentially act individually or in synergy to promote infection. In the first part of this study we determined the range of adherence phenotypes to fibrinogen and fibronectin among 30 carriage isolates of S. aureus and compared it to the adherence phenotypes of 30 infective endocarditis and 30 blood culture isolates. Overall there were great variations in in vitro adherence, but no differences were observed between carriage and infection strains. We further determined the relation between in vitro adherence and in vivo infectivity in a rat model of experimental endocarditis, using 4 isolates that displayed either extremely low or high adherence phenotypes. Unexpectedly, no differences were observed between the in vivo infectivity of isolates that were poorly and highly adherent in vitro. We concluded that the natural variability of in vitro adherence to fibrinogen and fibronectin did not correlate with in vivo infectivity, and thus that pathogenic differences between various strains might only be expressed in in vivo conditions, but not in vitro. Therefore, considering the importance of adhesins expression for infection, direct measurement of those adhesins present on the bacterial surface were made by proteomic approach. 5 In the second series of experiments we assessed the physical presence of the LPXTG species at the staphylococcal surface, as measured at various time points during growth in different culture media. S. aureus Newman was grown in either tryptic soy broth (TSB) or in Roswell Park Memorial Institute (RPMI) culture medium, and samples were removed from early exponential growth phase to late stationary phase. Experiments were performed with mutants in the global accessory-gene regulator (agr), surface protein A (Spa) and clumping factor A (ClfA). Peptides of surface proteins were recovered by "trypsin-shaving" of live bacteria, and semi-quantitative proteomic analysis was performed by tandem liquid-chromatography and mass-spectrometry (LC-MS). We also determined in parallel the mRNA expression by microarrays analysis, as well as the phenotypic adherence of the bacteria to fibrinogen in vitro. The surface proteome was highly complex and contained numerous proteins theoretically not belonging to the bacterial envelope, including ribosomal proteins and metabolic enzymes. Sixteen of the 21 known LPXTG species were detected, but were differentially expressed. As expected, 9 known agr-regulated proteins (e.g. including Spa, FnBPA, ClfA, IsdA, IsdB, SasH, SasD, SasG and FmtB) increased up to the late exponential growth phase, and were abrogated in agr-negative mutants. However, only Spa and SasH modified their proteomic and mRNA profiles in parallel in the parent and its agr negative mutant, while all other LPXTG proteins modified their proteomic profiles independently of their mRNA. Moreover, ClfA became highly transcribed and active in in vitro fibrinogen adherence tests during late growth (24h), whereas it remained poorly detected by proteomics. Differential expression was also detected in iron-rich TSB versus iron-poor RPMI. Proteins from the iron-regulated surface determinant (isd) system, including IsdA, IsdB and IsdH were barely expressed in iron-rich TSB, whereas they increased their expression by >10 time in iron-poor RPMI. We conclude that semi-quantitative proteomic analysis of specific protein species is feasible in S. aureus and that proteomic, transcriptomic and adherence phenotypes demonstrated differential profiles in S. aureus. Furthermore, peptide signatures released by trypsin shaving suggested differential protein domain exposures in various environments, which might be relevant for antiadhesins vaccines. A comprehensive understanding of the S. aureus physiology should integrate all these approaches.

Surface swimming behavior of the curculionid Ochetina uniformis Pascoe (Erirhininae, Stenopelmini) and Ludovix fasciatus (Gyllenhal) (Curculioninae, Erodiscini)

The swimming behavior exhibited by specimens of L. fasciatus and O. uniformis was analyzed frame-by-frame with video observation recorded with a digital camera, attached to a stereomicroscope. Adults of O. uniformis, an aquatic insect, swim with all three pairs of legs. During the process of swimming the majority of the abdomen and rostrum remain submerged, part of the fore and hind tibiae remain above the surface, while the mid tibiae remain submerged. The mesothoracic legs, during the power-stroke stage, provide the greatest thrust while the metathoracic legs provide the least forward propulsion. The prothoracic legs, extended forward, help to direct the swimming. The semi-aquatic specie L. fasciatus shows the same swimming style as O. uniformis, that is, with movement of all the three pairs of legs; the mesothoracic legs are responsible for the main propulsion. The insect body remains on the water surface during the process of swimming, while the legs remain submerged. Both species complete a swimming cycle in 0.33 and 0.32 seconds, respectively, with an average speed of 1.38 cm/s and a maximum and minimum swimming duration time of 11.15 and 5.05 minutes, respectively, for L. fasciatus. The swimming behavior exhibited by O. uniformis and L. fasciatus corresponds to the style known as a breast strokelike maneuver. This is the first record of this kind of swimming for both species here observed and increases to seven the number of genera of Curculionidae exhibiting this behavior.

Adaptations of two specialist herbivores to movement on the hairy leaf surface of their host, Solanum guaraniticum Hassl (Solanaceae)

Plant trichomes can difficult the attachment and movement of small insects. Here, we examine the hypothesis that the success on the use of densely haired hosts by two cassidine species is determined by differential morphology and behavior. Larvae of Gratiana graminea (Klug, 1829) and Gratiana conformis (Boheman, 1854) move on the leaf surface of their host, Solanum guaraniticum Hassl by anchoring their tarsungulus on the trichome rays or by inserting the tarsungulus tip directly into epidermis. This kind of movement is only possible due to a similar tarsungulus shape among the species. Tarsungulus growth pattern is also similar between species, being relatively small on the posterior aperture, matching the diameter of the host plant trichome rays. The tarsungulus shape associated with differences on ontogenetic growth and attachment pattern allow these two Cassidinae larvae to efficiently move on the pubescent leaf surface of their host.

Measuring surface potential changes on leaves.

We provide here a detailed protocol for studying the changes in electrical surface potential of leaves. This method has been developed over the years by plant physiologists and is currently used in different variants in many laboratories. The protocol records surface potential changes to measure long-distance electrical signals induced by diverse stimuli such as leaf wounding or current injection. This technique can be used to determine signaling speeds, to measure the connectivity between different plant organs and-by exploiting mutant plants-to identify transporters and ion channels involved in electrical signaling. The approach can be combined with the analysis of mRNA expression and of metabolite concentrations to correlate electrical signaling to specific physiological events. We describe how to use this protocol on Arabidopsis, looking at the effects of leaf wounding; however, it is broadly applicable to other plants and can be used to study other aspects of plant physiology. After wound infliction, surface potential recording takes ∼20 min per plant.

Partial melting of basic dykes in the contact aureoles of two shallow-level, gabbro-pyroxenite intrusions, Fuerteventura

THESIS ABSTRACT Low-pressure anatexis of basic dykes gave rise to unusual, zebra-like migmatites, in the contact metamorphic aureoles of two layered gabbro-pyroxenite intrusions, PXl and PX2, in the root zone of an ocean island, Fuerteventura Basal Complex (Canary Islands). This thesis focuses on the understanding of processes attributing to the partial melting and formation of these migmatites, characterised by a dense network of closely spaced, millimetre-wide leucocratic segregations with perfectly preserved igneous textures. The presence of fluids are required to decrease the solidus of basic igneous lithologies, to allow partial melting in such aloes-pressure (1-2 kb) environment. An oxygen isotope study was thus carried out on dykes inside and beyond the PX2 aureole, in order to decipher the nature and origin of such fluids. Low or negative δ18O values were obtained for whole rocks and mineral-separates, decreasing towards the contact, with the intrusion itself retaining fairly high values. This trend has been attributed to the advection of meteoric water during magma emplacement, with increasing fluid/rock ratios (higher dyke intensities towards the intrusion acting as fluid-pathways) and higher temperatures promoting increasing exchange during recrystallisation. A comparison of whole rock and mineral major- and trace- element data allowed the redistribution of elements .between different mineral phases and generations, during contact metamorphism and partial melting to be assessed. Certain trace-elements, e.g. Zr, Hf, Y, and REEs, were internally redistributed during contact metamorphic recrystallisation, causing- the enrichment of neocrystallised diopsides compared to relict phenocrysts. This has been assigned to the liberation of trace elements on the breakdown of primary minerals, kaersutite and sphene, on entering the thermal aureole. Major and trace element compositions of minerals in migmatite melanosomes and leucosomes are almost identical, pointing to a syn- or post- solidus reequilibration on cooling of the migmatite terrain. The mineralogical, textural and geochemical evolution of dykes in a contact metamorphic aureole, is recorded around an apophysis of the PX1 intrusion, where there is evidence of incipient partial melting. Hydrothermal mineral pseudomorphs in the outer parts of the aureole are progressively replaced by dry mineral assemblages, with increasingly recrystallised diopside and evidence of partial melting -the extent of which varies from one lithology to another. The appearance of more mafic lithologies towards the intrusion, with lower whole rock SiO2 and mobile element abundances, e.g. Rb, Cs, K, has been explained by the migration and accumulation of feldspathic material into leucosomes outside the samples. A micro-structural study of leucosomes and leucocratic pods, with the aid of high-resolution X-ray computed micro-tomography (HRXµCT), allowing the visualization and quantification of shapes and orientations, was carried out in order to better understand the processes of melt segregation in the PX1 aureole. Leucocratic pods, representing former amygdales, are considered as natural strain ellipsoids. Their short axes are oriented perpendicular to leucosome planes, which sub-parallel the intrusive contact. Leucosomes thus effectively represent foliation planes. This implies that the direction of maximum shortening, during migmatisation, was perpendicular to the orientation of leucosomes, contradicting earlier models that suggest leucosomes represent tension veins. RESUME DE LA THESE Un phénomène rare de fusion partielle de filons basiques à basse pression a été étudié dans les auréoles de contact de deux intrusions litées de gabbro-pyroxénite, PX1 et PX2, localisées dans le soubassement de l'île volcanique de Fuerteventura aux Canaries. Cette anatexie a engendré des migmatites finement zébrées d'aspect très inhabituel, dont les processus de formation ont été étudiés dans le présent travail. Ces roches sont caractérisées par un réseau dense de veinules leucocrates d'épaisseur millimétrique, dont les textures ignées sont parfaitement préservées. La fusion partielle de roches basiques à basse pression (1-2 kbar) requiert la présence d'eau afin d'abaisser le solidus du système à des températures géologiquement réalistes. Une étude comparative des isotopes de l'oxygène a ainsi été menée sur des filons respectivement affectés et non affectés par le métamorphisme de contact, afin de confirmer la présence de ces fluides, de déterminer l'importance de leur interaction avec les roches et leur origine. Des valeurs de δ180 basses ou négatives ont été mesurées sur roche totale et minéraux séparés, décroissantes en direction du contact, alors que l'intrusion elle-même a conservé des valeurs élevées. Ce gradient a été attribué à l'advection d'eau météorique durant la mise en place du magma, les températures les plus élevées favorisant d'autant plus la circulation des fluides et les échanges isotopiques durant la recristallisation des roches. Cette recristallisation engendré une redistribution chimique complète des éléments entre les différentes générations de minéraux résultant du métamorphisme de contact et de l'anatexie, mise en évidence par microanalyse. Certains éléments traces comme Zr, Hf, Y et les REE ont été concentrés dans le diopside néoformé consécutivement à la déstabilisation de minéraux primaires riches en ces éléments comme la kaersutite ou le sphène. Les compositions en éléments majeurs et traces des minéraux des mélanosomes et leucosomes des migmatites sont pratiquement identiques, indiquant une rééquilibration syn- à postsolidus lors du refroidissement de l'auréole de contact. La transformation progressive des filons basiques au niveau de leur minéralogie, textures et composition chimique a pu être observée en détail à l'approche du contact d'une apophyse de l'intrusion PX1. La paragenèse magmatique initiale n'est jamais préservée, les faciès les plus distants du contact étant constitués d'un assemblage pseudomorphique hydrothermal. Ce dernier est progressivement remplacé par des assemblages anhydres incluant du diopside néoformé, puis apparaissent les premiers signes de fusion partielle, dont l'importance varie fortement d'une lithologie à l'autre. L'apparition de faciès plus basiques en direction du contact, avec des teneurs réduites en SiO2 et en éléments incompatibles tels Rb, Cs, K, a été attribuée à l'échappement de leucosomes feldspathiques hors du système. Une étude microstructurale de la distribution spatiale du matériel leucocrate au sein des migmatites par microtomographie X de haute résolution (HRXµCT) a été menée pour mieux comprendre les processus de ségrégation des liquides dans l'auréole de PX1. De petites entités ovoïdes, représentant d'anciennes structures amygdalaires au sein des filons, ont été considérées comme des ellipsoïdes marqueurs de la déformation finie. Leur petit axe est orienté perpendiculairement aux plans définis par les leucosomes, eux-mêmes subparallèles au contact intrusif. Les leucosomes matérialisent donc des plans de clivage. Ainsi, la direction de raccourcissement maximum durant la fusion partielle était perpendiculaire à l'orientation des leucosomes, contrairement à ce qui a été dit dans de précédentes publications, qui suggéraient que les leucosomes représentaient des veines de tension. RESUME DE LA THESE (POUR LE GRAND PUBLIC) L'observation directe du soubassement d'une île volcanique est une occasion rare, accessible dans le «complexe de base » de l'île canarienne de Fuerteventura. Ce dernier a enregistré divers phénomènes magmatiques, métamorphiques et de fusion partielle induits par l'intrusion répétée de magmas alimentant des appareils volcaniques sus jacents, sous forme de petits plutons, essaims de filons et complexes annulaires de gabbros alcalins, pyroxénites, syénites et carbonatites. Dans ce contexte de flux de chaleur élevé, des filons basiques ont subi une fusion partielle au contact de deux intrusions de gabbro-pyroxénite, un phénomène extrêmement rare à une profondeur aussi réduite, estimée à quelque 3-6 km. Les produits de cette fusion partielle sont des liquides très riches en feldspath, concentrés en un réseau dense de veinules blanches (leucosomes) au sein du matériau résiduel sombre non fondu (mélanosome) pour former ce qu'on appelle des migmatites. Outre les aspects pétrologiques liés à la formation de ces migmatites, l'intérêt majeur du phénomène réside dans le fait qu'il puisse représenter la source des magmas évolués parfois observés sur les îles océaniques. A des pressions aussi faibles que dans le soubassement de Fuerteventura (1-2 Kbar), la présence de fluides abondants est nécessaire pour abaisser la température de début de fusion des roches (solidus) à des valeurs géologiquement réalistes. Des expériences ont montré que même en présence de plusieurs %-poids d'eau, une température de 1000°C était encore nécessaire pour obtenir une proportion de liquide équivalente à celle observée sur le terrain, soit 25%. Or les magmas alcalins des îles océaniques, bien qu'hydratés, n'en contiennent de loin pas autant, ce qui implique une source d'eau externe. Une étude isotopique de l'oxygène a été entreprise afin de tester cette hypothèse. Les valeurs obtenues en 5180 sont basses ou négatives et indiquent l'influence d'eau d'origine météorique. Cette eau de pluie se serait infiltrée le long des filons depuis la surface du volcan et les aurait complètement hydrothermalisés en profondeur (situation encore visible à l'extérieur de l'auréole de contact), leur permettant ainsi de stocker l'eau nécessaire à leur fusion partielle ultérieure. L'interaction entre eau de pluie et filons a été d'autant plus importante que ces derniers étaient proches du contact avec l'intrusion, ce qui suggère que la circulation de ces eaux et leur interaction avec les roches a été favorisée par la chaleur fournie par l'intrusion elle-même. Un autre aspect de ce travail s'est focalisé sur la redistribution des éléments traces au sein des minéraux des filons basiques durant le métamorphisme de contact et la fusion partielle. Ainsi, le pyroxène de seconde génération est-il sensiblement enrichi en traces telles Zr, Hf, Y et les terres rares, par rapport au pyroxène magmatique originel, en relation avec la déstabilisation de minéraux primaires riches en ces éléments tels le sphène et la kaersutite. Cependant, les compositions en éléments majeurs et traces des minéraux recristallisés des migmatites sont pratiquement les mêmes dans les leucosomes et les mélanosomes, suggérant une rééquilibration chimique complète durant le refroidissement de ces lithologies. Si certaines migmatites se sont comportées en système chimiquement fermé (hormis l'eau météorique), d'autres filons ont manifestement perdu une partie de leurs leucosomes, ainsi qu'en témoigne leur composition progressivement appauvrie en silice et autres éléments incompatibles mobiles, tels K et Rb à l'approche du contact de l'intrusion. Parallèlement à cette évolution chimique, les paragenèses hydrothermales distantes du contact sont progressivement remplacées par des paragenèses anhydres, puis par l'apparition des premiers leucosomes, tandis que les textures magmatiques initiales sont complètement effacées au profit d'une combinaison de textures magmatique dans les leucosomes et en mosaïque dans les mélanosomes. Enfin, la distribution spatiale des liquides de fusion partielle a été étudiée par microtomographie X de haute résolution, dans des filons contenant des entités ovoïdes leucocrates, sans doute d'anciennes amygdales à zéolites. Ces dernières ont été considérées comme des ellipsoïdes de la déformation finie. L'orientation de leur petit axe, perpendiculaire au plan défini par les veinules de leucosomes, indique que ces derniers représentent des plans de clivage perpendiculaires à la direction de raccourcissement maximum. Ainsi, la ségrégation des liquides de fusion partielle se serait faite dans les plans de compression et non dans des plans de dilatation, contrairement à ce que laisserait penser le sens commun.

Cis-trans interactions of cell surface receptors: biological roles and structural basis.

Cell surface receptors bind ligands expressed on other cells (in trans) in order to communicate with neighboring cells. However, an increasing number of cell surface receptors are found to also interact with ligands expressed on the same cell (in cis). These observations raise questions regarding the biological role of such cis interactions. Specifically, it is important to know whether cis and trans binding have distinct functional effects and, if so, how a single cell discriminates between interactions in cis versus trans. Further, what are the structural features that allow certain cell surface receptors to engage ligand both on the same as well as on an apposed cell membrane? Here, we summarize known examples of receptors that display cis-trans binding and discuss the emerging diversity of biological roles played by these unconventional two-way interactions, along with their structural basis.

Les boissons hygiéniques : l'eau et les filtres, l'eau glacée, les eaux minérales... / par S. Zaborowski...

Collection : Petite bibliothèque scientifique

Vasopressin-inducible ubiquitin-specific protease 10 increases ENaC cell surface expression by deubiquitylating and stabilizing sorting nexin 3

Adjustment of Na+ balance in extracellular fluids is achieved by regulated Na+ transport involving the amiloride-sensitive epithelial Na+ channel (ENaC) in the distal nephron. In this context, ENaC is controlled by a number of hormones, including vasopressin, which promotes rapid translocation of water and Na+ channels to the plasma membrane and long-term effects on transcription of vasopressin-induced and -reduced transcripts. We have identified a mRNA encoding the deubiquitylating enzyme ubiquitin-specific protease 10 (Usp10), whose expression is increased by vasopressin at both the mRNA and the protein level. Coexpression of Usp10 in ENaC-transfected HEK-293 cells causes a more than fivefold increase in amiloride-sensitive Na+ currents, as measured by whole cell patch clamping. This is accompanied by a three- to fourfold increase in surface expression of alpha- and gamma-ENaC, as shown by cell surface biotinylation experiments. Although ENaC is well known to be regulated by its direct ubiquitylation, Usp10 does not affect the ubiquitylation level of ENaC, suggesting an indirect effect. A two-hybrid screen identified sorting nexin 3 (SNX3) as a novel substrate of Usp10. We show that it is a ubiquitylated protein that is degraded by the proteasome; interaction with Usp10 leads to its deubiquitylation and stabilization. When coexpressed with ENaC, SNX3 increases the channel's cell surface expression, similarly to Usp10. In mCCD(cl1) cells, vasopressin increases SNX3 protein but not mRNA, supporting the idea that the vasopressin-induced Usp10 deubiquitylates and stabilizes endogenous SNX3 and consequently promotes cell surface expression of ENaC