Effet de la température sur les interactions trophiques et intraguildes au sein d’un système plante-herbivore-ennemis naturels : modélisation et approches expérimentales

Doctorat réalisé en cotutelle entre l'Université de Montréal et l'Université Paul Sabatier-Toulouse III

Role of receptor and non-receptor protein tyrosine kinases in vasoactive peptide-induced signaling

L'endothéline-1 (ET-1) et l'angiotensine II (Ang II) jouent un rôle important dans le maintien de la pression artérielle et l'homéostasie vasculaire. Une activité accrue de ces peptides vasoactifs est présumée contribuer au développement de pathologies vasculaires, telles que l'hypertension, l'athérosclérose, l'hypertrophie et la resténose. Ceci est causé par une activation excessive de plusieurs voies de signalisation hypertrophiques et prolifératives, qui incluent des membres de la famille des Mitogen Activated Protein Kinases (MAPK), ainsi que la famille phosphatidylinositol 3-kinase (PI3-K) / protéine kinase B (PKB). Bien que l'activation de ces voies de signalisation soit bien élucidée, les éléments en amont responsables de l'activation des MAPK et de la PKB, induite par l'ET-1 et Ang II, demeurent mal compris. Durant les dernières années, le concept de la transactivation de récepteurs et/ou non-récepteurs protéines tyrosine kinases (PTK) dans le déclenchement des événements de signalisation induits par les peptides vasoactifs a gagné beaucoup de reconnaissance. Nous avons récemment démontré que la PTK Insulin-like Growth Factor type-1 Receptor (IGF-1R) joue un rôle dans la transduction des signaux induits par l‟H2O2, menant à la phosphorylation de la PKB. Étant donné que les peptides vasoactifs génèrent des espèces réactives d'oxygène, telles que l‟H2O2 lors de leur signalisation, nous avons examiné le rôle de d‟IGF-1R dans la phosphorylation de la PKB et les réponses hypertrophiques dans les cellules muscle lisse vasculaires (CMLV) induites par l'ET-1 et Ang II. AG-1024, un inhibiteur spécifique de l'IGF-1R, a atténué la phosphorylation de la PKB induite à la fois par l'ET-1 et Ang II. Le traitement des CMLVs avec l‟ET-1 et Ang II a également induit une phosphorylation des résidus tyrosine dans les sites d'autophosphorylation d'IGF-1R, celle-ci a été bloquée par l‟AG-1024. En outre, l‟ET-1 et l‟Ang II on tous les deux provoqué la phosphorylation de c-Src, une PTK non-récepteur, bloqué par PP-2, inhibiteur spécifique de la famille Src. La PP-2 a également inhibé la phosphorylation de PKB et d‟IGF-1R induite par l‟ET-1 et l‟Ang II. De plus, la synthèse de protéines ainsi que d‟ADN, marqueurs de la prolifération cellulaire et de l'hypertrophie, ont également été atténuée par l‟AG-1024 et le PP-2. Bien que ce travail démontre le rôle de c-Src dans la phosphorylation PKB induite par l'ET-1 et Ang II, son rôle dans l'activation des MAPK induit par l'ET-1 dans les CMLVs reste controversé. Par conséquent, nous avons examiné l'implication de c-Src dans l'activation de ERK 1/2, JNK et p38MAPK, par l'ET-1 et Ang II, ainsi que leur capacité à régulariser l'expression du facteur de transcription Early growth transcription factor-1 « Egr-1 ». ET-1 et Ang II ont induit la phosphorylation de ERK 1/2, JNK et p38 MAPK, et ont amplifié l'expression d'Egr-1 dans les CMLVs. Cette augmentation de la phosphorylation des MAPK a été diminuée par la PP-2, qui a aussi atténué l'expression d'Egr-1 induite par l'ET-1 et l'Ang II. Une preuve supplémentaire du rôle de c-Src dans ce processus a été obtenue en utilisant des fibroblastes embryonnaires de souris déficientes en c-Src (Src -/- MEF). L'expression d'Egr-1, ainsi que l'activation des trois MAPKs par l'ET-1 ont été atténuées dans les cellules Src -/- par rapport au MEF exprimant des taux normaux Src. En résumé, ces données suggèrent que l'IGF-1R et c-Src PTK jouent un rôle essentiel dans la régulation de la phosphorylation de PKB et des MAPK dans l‟expression d'Egr-1, ainsi que dans les réponses hypertrophiques et prolifératives induites par l'ET-1 et Ang II dans les CMLVs.

Développement d’un modèle centré sur l’individu des déplacements du caribou, du loup et de l’orignal, et de leurs interactions, en forêt boréale aménagée

Le caribou forestier est une espèce menacée au Canada, la principale hypothèse au déclin des populations étant l’intensification de la prédation provoquée par les perturbations anthropiques du paysage. Afin de faire face à cette situation, il est nécessaire d’étudier et comprendre l’impact de l’environnement sur les interactions prédateur-proies entre le caribou et le loup, ainsi qu’avec l’orignal, qui est sa principale proie alternative. Pour cela, cette thèse présente la conception d’un modèle centré sur l’individu des déplacements de ces trois espèces en fonction de leur environnement, dont résulteront les interactions prédateur-proies. Afin de permettre l’application de ce modèle sur de longues périodes, et donc pour un environnement changeant, une méthodologie a été développée, qui s’articule atour de deux aspects principaux. Tout d’abord, la notion de niveaux d’émergence est introduite, permettant d’ordonner les comportements observables du système selon leurs interdépendances, afin de choisir comme trait du modèle un com- portement correspondant au domaine d’applicabilité visé. Ordonner les comportements selon leurs niveaux d’émergence permet également d’identifier la redondance entre les patrons, qui peut être à l’origine d’un phénomène de sur-apprentissage lorsqu’ils sont utilisés lors de la calibration. Dans un second temps, un nouveau protocole pour la calibration et la validation du ou des traits choisis à l’aide des niveaux d’émergence, nommé réplication de système basé sur l’individu (Individual Based System Replication - IBSRtion) est également présenté. Ce protocole met l’emphase sur la modélisation directe, contrairement au principal protocole existant, la modélisation orientée patrons (Pattern Oriented Modelling - POM), et permet une approche empirique en générant artificiellement des données non disponibles ou ne pouvant être récoltées par des études de terrains. IBSRtion a également l’avantage de pouvoir être intégrée dans POM, afin de contribuer à la création d’une méthodologie universelle pour la conception de modèles centrés sur l’individu. Le processus de conception de ce modèle aura entre autre permis de faire une synthèse des connaissances et d’identifier certaines lacunes. Une étude visant à palier le manque de connaissances satisfaisantes sur les réponses comportementales à court-terme des proies face au risque de prédation a notamment permis d’observer que celles-ci sont une combinaison de comportements chroniques et éphémères, et que les mécanismes qui en sont à l’origine sont complexes et non-linéaires. Le résultat de ce travail est un modèle complexe utilisant de nombreux sous-modèles, et calibré de façon empirique, applicable à une grande variété d’environnements. Ce modèle a permis de tester l’impact de l’enfeuillement sur les relations prédateur-proies. Des simulations ont été effectuées pour différentes quantités d’enfeuillement, suivant deux configurations spatiales différentes. Les résultats de simulation suggèrent que des plans d’aménagement considérant également l’habitat de l’orignal pourraient être bénéfiques pour le caribou forestier, car ils permettraient d’améliorer la ségrégation spatiale entre les deux espèces, et donc entre le caribou et le loup. En le couplant avec un module de naissances et de morts naturelles ainsi qu’un modèle d’évolution du paysage, ce modèle permettra par la suite d’évaluer l’impact de plans d’aménagement forestier sur la viabilité des populations de caribou forestier.

Études des premières étapes d’oligomérisation de la région Non-Aβ Component de l’a-synucléine et de Aβ1-40

Les protéines amyloïdes sont retrouvées sous forme de fibres dans de nombreuses maladies neurodégénératives. En tentant d’élucider le mécanisme de fibrillation, les chercheurs ont découvert que cette réaction se fait par un phénomène de nucléation passant par des oligomères. Il semblerait que ces espèces soient la principale cause de la toxicité observée dans les cellules des patients atteints d’amyloïdose. C’est pourquoi un intérêt particulier est donc porté aux premières étapes d’oligomérisation. Dans ce mémoire, nous nous intéressons à une séquence d’acide aminé fortement hydrophobe de l’α-synucléine appelée composante non β -amyloïde (Non-Amyloid β Component ou NAC). Cette dernière est retrouvée sous forme de fibres dans les corps et les neurites de Lewy des patients atteints de la maladie de Parkinson. De plus, elle constitue une composante minoritaire des fibres impliquées dans la maladie d’Alzheimer. Nous avons observé les changements structuraux qui ont lieu pour le monomère, le dimère et le trimère de la séquence NAC de l’α-synucléine. Nous nous sommes aussi intéressés aux conséquences structurelles observées dans des oligomères hétérogènes qui impliqueraient, Aβ1−40. Pour cela nous utilisons des dynamiques moléculaires, d’échange de répliques couplées au potentiel gros-grain, OPEP. Nous constatons une disparition des hélices α au profit des feuillets β , ainsi que le polymorphisme caractéristique des fibres amyloïdes. Certaines régions se sont démarquées par leurs capacités à former des feuillets β . La disparition de ces régions lorsque NAC est combinée à Aβ laisse entrevoir l’importance de l’emplacement des résidus hydrophobes dans des structures susceptibles de former des fibres amyloïdes.

Une signature du polymorphisme structural d’acides ribonucléiques non-codants permettant de comparer leurs niveaux d’activités biochimiques

Des évidences expérimentales récentes indiquent que les ARN changent de structures au fil du temps, parfois très rapidement, et que ces changements sont nécessaires à leurs activités biochimiques. La structure de ces ARN est donc dynamique. Ces mêmes évidences notent également que les structures clés impliquées sont prédites par le logiciel de prédiction de structure secondaire MC-Fold. En comparant les prédictions de structures du logiciel MC-Fold, nous avons constaté un lien clair entre les structures presque optimales (en termes de stabilité prédites par ce logiciel) et les variations d’activités biochimiques conséquentes à des changements ponctuels dans la séquence. Nous avons comparé les séquences d’ARN du point de vue de leurs structures dynamiques afin d’investiguer la similarité de leurs fonctions biologiques. Ceci a nécessité une accélération notable du logiciel MC-Fold. L’approche algorithmique est décrite au chapitre 1. Au chapitre 2 nous classons les impacts de légères variations de séquences des microARN sur la fonction naturelle de ceux-ci. Au chapitre 3 nous identifions des fenêtres dans de longs ARN dont les structures dynamiques occupent possiblement des rôles dans les désordres du spectre autistique et dans la polarisation des œufs de certains batraciens (Xenopus spp.).

Effects of diverse plant species on the bioavailability of contaminants in soil

La phytoremédiation constitue une technologie alternative pour le traitement de sols contaminés en métaux. Toutefois, la biodisponibilité des métaux dans le sol peut limiter l’efficacité de cette approche. Nous émettons l’hypothèse que diverses espèces de plante, caractérisées par systèmes racinaires différents, peuvent affecter différemment la biodisponibilité des éléments traces (ET) dans le sol. Une étude utilisant un dispositif expérimental en bloc aléatoire complet avec cinq réplicats a été conduite entre le 6 juin et le 3 septembre 2014, sur le site du Jardin botanique de Montréal. Dans ce contexte, l’impact de la présence de huit espèces de plantes, herbacées ou ligneuses, sur le pool labile de six métaux (Ag, Cu, Pd, Zn, Ni et Se) dans la rhizosphère de celles-ci a été étudié. Après trois mois de culture, la biomasse aérienne et souterraine de chaque espèce a été mesurée et la concentration en ET dans les tissus des plantes a été analysée. La fraction labile de ces ET dans la rhizosphère (potentiellement celle qui serait biodisponible) de même que d’autres paramètres édaphiques (le pH, la conductivité, le pourcentage de matière organique et le carbone organique dissous (COD)) ont aussi été mesurés et comparés en fonction de la présence d’une ou l’autre des espèces utilisées. Les résultats montrent que pour la plupart des plantes testées, les plus fortes concentrations en ET ont été trouvées dans les racines alors que les plus faibles niveaux s’observaient dans les parties aériennes, sauf pour le Ni dans le Salix nigra. Ceci suggère que le Ni peut être extrait du sol par des récoltes régulières des tiges et des feuilles de cette espèce de saule. Les pools labiles de l’Ag, Ni et du Cu dans la rhizosphère étaient significativement et différemment affectés par la présence des plantes. Toutefois, la présence des plantes testées n’a pas affecté certains paramètres clés de la rhizosphère (ex. le pH, conductivité, et le pourcentage de matière organique). À l’opposé, les niveaux de COD dans la rhizosphère de toutes les plantes testées se sont révélés supérieurs en comparaison des témoins (sols non plantés). De plus, une corrélation positive a pu être établie entre la concentration disponible du Ni et la concentration en COD. Une relation similaire a été déterminée pour le Cu. Ceci suggère que certains systèmes racinaires pourraient modifier les niveaux de COD et avoir un impact indirect sur les pools labiles des ET dans le sol.

Determination of the nature of the diperiodatocuprate(III) species in aqueous alkaline medium through a kinetic and mechanistic study on the oxidation of iodide ion

The nature of the diperiodatocuprate(III) (DPC) species present in aqueous alkaline medium has been investigated by a kinetic and mechanistic study on the oxidation of iodide by DPC. The reaction kinetics were studied over the 1.0 ´ 10)3±0.1 mol dm)3 alkali range. The reaction order with respect to DPC, as well as iodide, was found to be unity when [DPC] [I)]. In the 1.0 ´ 10)3±1.0 ´ 10)2 mol dm)3 alkali region, the rate decreased with increase in the alkali concentration and a plot of the pseudo-®rst order rate constant, k versus 1/[OH)] was linear. Above 5.0 ´ 10)2 mol dm)3, a plot of k versus [OH)] was also linear with a non-zero intercept. An increase in ionic strength of the reaction mixtures showed no e ect on k at low alkali concentrations, whereas at high concentrations an increase in ionic strength leads to an increase in k. A plot of 1/k versus [periodate] was linear with an intercept in both alkali ranges. Iodine was found to accelerate the reaction at the three di erent alkali concentrations employed. The observed results indicated the following equilibria for DPC.

Biochemical Effects of Anionic, Cationic and Non Ionic Surfactants on a Tropical Teleost Oreochromis Mossambicus(Peters) and a Marine Cyanobacterium Synechocystis Salina Wislouch

The present work is a base line attempt to investigate and assess the toxicities of three surfactants viz. anionic sodium dodecyl sulfate (SDS), non ionic Triton X-1OO (TX-IOO) and cationic cetyl trimethyl ammonium bromide (CTAB). These compounds represent simple members of the often neglected group of aquatic pollutants i.e. the anionic alkyl sulfates, non ionics and the cationics. These compounds are widely used In plastic industry, pesticide/herbicide formulations, detergents, oil spill dispersants, molluscicides etc. The test organisms selected for the present study are the cyanobacterium Synechocystis salina Wislouch representing a primary producer in the marine environment and a fresh water adapted euryhaline teleost Oreochromis mossambicus (peters) at the consumer level of the ecological pyramid. The fish species, though not indigenous to our country, is now found ubiquitously in fresh water systems and estuaries. Also it is highly resistant to pollutants and has been suggested as an indicator of pollution in tropical region .

O2 activation at bioinspired complexes: dinuclear copper systems and mononuclear non-heme iron compounds. Mechanisms and catalytic applications in oxidative transformations

L'activació d'oxigen que té lloc en els éssers vius constitueix una font d'inspiració pel desenvolupament d'alternatives als oxidants tradicionals, considerats altament tòxics i nocius. En aquesta treball s'utilitzen compostos sintètics com a models del centre actiu de proteïnes dinuclears de coure i mononuclears de ferro de tipus no-hemo que participen en l'activació d'oxigen en els éssers vius. Els sistemes dinuclears de coure mostren un centre de tipus coure(III) bis(oxo) que és capaç de dur a terme l'ortho-hidroxilació de fenols de manera similar a la reacció que catalitza la proteïna tirosinasa. Per altra banda, els sistemes de ferro desenvolupats en aquest treball actuen com a models de les dioxigenases de Rieske i poden dur a terme l'hidroxilació estereoespecífica d'alcans i l'epoxidació i cis-dihidroxilació d'olefines utilitzant peròxid d'hidrogen com a agent oxidant. Tot plegat demostra que el desenvolupament de sistemes model constitueix una bona estratègia per l'estudi dels sistemes naturals.

Predator Exclosures Enhance Reproductive Success but Increase Adult Mortality of Piping Plovers (Charadrius melodus)

Piping Plovers (Charadrius melodus) are listed as endangered throughout Canada and the United States Great Lakes region. Most attempts to increase their numbers have focused on enhancing reproductive success. Using 22 years of data collected by Parks Canada in Prince Edward Island National Park of Canada, we examined whether predator exclosures installed around Piping Plover nests increased nest success and hatching and fledging success when compared to nests without exclosures. Nests with exclosures were significantly more likely to hatch at least one egg than nests without exclosures, and they hatched a significantly greater number of young. The greater reproductive success observed in exclosed nests is likely due to the increased protection from predators that the exclosures conferred; significantly fewer exclosed nests were depredated than nonexclosed nests. However, significantly more exclosed than nonexclosed nests were abandoned by adults, and they had significantly greater adult mortality. Whether benefits of increased reproductive success from exclosures outweigh costs of increased abandonment and adult mortality remains unknown, but must be considered.

Statistical inference of OH concentrations and air mass dilution rates from successive observations of non-methane hydrocarbons in single air masses

Bayesian inference has been used to determine rigorous estimates of hydroxyl radical concentrations () and air mass dilution rates (K) averaged following air masses between linked observations of nonmethane hydrocarbons (NMHCs) spanning the North Atlantic during the Intercontinental Transport and Chemical Transformation (ITCT)-Lagrangian-2K4 experiment. The Bayesian technique obtains a refined (posterior) distribution of a parameter given data related to the parameter through a model and prior beliefs about the parameter distribution. Here, the model describes hydrocarbon loss through OH reaction and mixing with a background concentration at rate K. The Lagrangian experiment provides direct observations of hydrocarbons at two time points, removing assumptions regarding composition or sources upstream of a single observation. The estimates are sharpened by using many hydrocarbons with different reactivities and accounting for their variability and measurement uncertainty. A novel technique is used to construct prior background distributions of many species, described by variation of a single parameter . This exploits the high correlation of species, related by the first principal component of many NMHC samples. The Bayesian method obtains posterior estimates of , K and following each air mass. Median values are typically between 0.5 and 2.0 × 106 molecules cm−3, but are elevated to between 2.5 and 3.5 × 106 molecules cm−3, in low-level pollution. A comparison of estimates from absolute NMHC concentrations and NMHC ratios assuming zero background (the “photochemical clock” method) shows similar distributions but reveals systematic high bias in the estimates from ratios. Estimates of K are ∼0.1 day−1 but show more sensitivity to the prior distribution assumed.

In vitro degradability of mature and immature leaves of tropical forage legumes differing in condensed tannin and non-starch polysaccharide content and composition

A study was designed to examine the relationships between protein, condensed tannin and cell wall carbohydrate content and composition and the nutritional quality of seven tropical legumes (Desmodium ovalifolium, Flemingia macrophylla, Leucaena leucocephala, L pallida, L macrophylla, Calliandra calothyrsus and Clitotia fairchildiana). Among the legume species studied, D ovalifolium showed the lowest concentration of nitrogen, while L leucocephala showed the highest. Fibre (NDF) content was lowest in C calothyrsus, L Leucocephala and L pallida and highest in L macrophylla, which had no measurable condensed tannins. The highest tannin concentration was found in C calothyrsus. Total non-structural polysaccharides (NSP) varied among legumes species (lowest in C calothyrsus and highest in D ovalifolium), and glucose and uronic acids were the most abundant carbohydrate constituents in all legumes. Total NSP losses were lowest in F macrophylla and highest in L leucocephala and L pallida. Gas accumulation and acetate and propionate levels were 50% less with F macrophylla and D ovalifolium as compared with L leucocephala. The highest levels of branched-chain fatty acids were observed with non-tanniniferous legumes, and negative concentrations were observed with some of the legumes with high tannin content (D ovalifolium and F macrophylla). Linear regression analysis showed that the presence of condensed tannins was more related to a reduction of the initial rate of gas production (0-48 h) than to the final amount of gas produced or the extent (144h) of dry matter degradation, which could be due to differences in tannin chemistry. Consequently, more attention should be given in the future to elucidating the impact of tannin structure on the nutritional quality of tropical forage legumes. (C) 2003 Society of Chemical Industry.

The effects of seed mix and management on the abundance of desirable and pernicious unsown species in arable buffer strip communities

Buffer strips are refuges for a variety of plants providing resources, such as pollen, nectar and seeds, for higher trophic levels, including invertebrates, mammals and birds. Margins can also harbour plant species that are potentially injurious to the adjacent arable crop (undesirable species). Sowing perennial species in non-cropped buffer strips can reduce weed incidence, but limits the abundance of annuals with the potential to support wider biodiversity (desirable species). We investigated the responses of unsown plant species present in buffer strips established with three different seed mixes managed annually with three contrasting management regimes (cutting, sward scarification and selective graminicide). Sward scarification had the strongest influence on the unsown desirable (e.g. Sonchus spp.) and unsown pernicious (e.g. Elytrigia repens) species, and was generally associated with higher cover values of these species. However, abundances of several desirable weed species, in particular Poa annua, were not promoted by scarification. The treatments of cutting and graminicide tended to have negative impacts on the unsown species, except for Cirsium vulgare, which increased with graminicide application. Differences in unsown species cover between seed mixes were minimal, although the grass-only mix was more susceptible to establishment by C. vulgare and Galium aparine than the two grass and forb mixes. Annual scarification can enable desirable annuals and sown perennials to co-exist, however, this practice can also promote pernicious species, and so is unlikely to be widely adopted as a management tool in its current form.

Investigating the effects of predator removal and habitat management on nest success and breeding population size of a farmland passerine: a case study

Passerines are especially vulnerable to predation at the pre-independence stage. Although the role of nest success in British farmland passerine declines is contentious, improvement in nest success through sympathetic management could play a role in their reversal. Because habitat is known to interact with predation, management options for mitigation will need to consider effects of nest predation. We present results from an observational study of a population of Common Blackbird Turdus merula on a farm which has experienced a range of agri-environment and game-management options, including a period with nest predator control, as a case study to address some of these issues. We used an information theoretic model comparison procedure to look for evidence of interactions between habitat and nest predation, and then asked whether habitat management and nest predator abundances could explain population trends at the site through their effects on nest success. Interactions were detected between measures of predator abundance and habitat variables, and these varied with nest stage - habitat within the vicinity of the nest appeared to be important at the egg stage, and nest-placement characteristics were important at the nestling stage. Although predator control appeared to have a positive influence on Blackbird breeding population size, the non-experimental set-up meant we could not eliminate other potential explanations. Variation in breeding population size did not appear to be influenced by variation in nest success alone. Our study demonstrates that observational data can only go so far in detection of such effects, and we discuss how it might be taken further. Agri-environment and game-management techniques are likely to influence nest predation pressure on farmland passerines, but the patterns, mechanisms and importance to population processes remain not wholly understood.

Investigating the effects of predator removal and habitat management on nest success and breeding population size of a farmland passerine: a case study

Passerines are especially vulnerable to predation at the pre-independence stage. Although the role of nest success in British farmland passerine declines is contentious, improvement in nest success through sympathetic management could play a role in their reversal. Because habitat is known to interact with predation, management options for mitigation will need to consider effects of nest predation. We present results from an observational study of a population of Common Blackbird Turdus merula on a farm which has experienced a range of agri-environment and game-management options, including a period with nest predator control, as a case study to address some of these issues. We used an information theoretic model comparison procedure to look for evidence of interactions between habitat and nest predation, and then asked whether habitat management and nest predator abundances could explain population trends at the site through their effects on nest success. Interactions were detected between measures of predator abundance and habitat variables, and these varied with nest stage - habitat within the vicinity of the nest appeared to be important at the egg stage, and nest-placement characteristics were important at the nestling stage. Although predator control appeared to have a positive influence on Blackbird breeding population size, the non-experimental set-up meant we could not eliminate other potential explanations. Variation in breeding population size did not appear to be influenced by variation in nest success alone. Our study demonstrates that observational data can only go so far in detection of such effects, and we discuss how it might be taken further. Agri-environment and game-management techniques are likely to influence nest predation pressure on farmland passerines, but the patterns, mechanisms and importance to population processes remain not wholly understood.