Isolation and characterization of a chitinase-secreting mutant of mortierella pusilla with altered interaction with the mycoparasite piptocephalis virginiana

Mortierella pusilla is a susceptible host and supports good growth of the mycoparasite, Piptocephalis virginiana. Uninucleate spores of M. pusilla were sUbjected to N-methyl-N'-nitro-nitrosoguanidine (MNNG). To attain a high mutation frequency , a 1o-minute exposure to 10 mg/ml MNNG was used and lead to the survival of about 10 % of the spores. The exposed spores then were plated on chitin or milk plates. Approximately 30,000 colonies were examined after mutagenesis on the screening media. A strain, MUT23 , with abnormal slow growth morphology was found to delay parasitism by £. virginiana. The particular morphology was not due to auxotrophy, because this strain displayed normal hyphae when glucose was used as the sole carbon source. One interesting phenomenon was that MUT23 showed an extensive clearing zone around the colony on colloidal chitin agar after 20-25 d. On the same conditions, wild type strain did not show this phenotype. In addition, the MUT23 strain produced the same normal hypha as the wild type strain when it was grown on colloidal chitin agar. The MUT23 was also able to produce more spores on colloidal chitin agar than on malt-yeast extract and minimal media. The parasite germ tubes formed appressoria at the point of contact on the cell surface of wild type and MUT23 grown for 6 days cell surface but not on the cel surface of MUT23 grown for 2 days. Thus, interaction between MUT23 strain and the mycoparasite was dependent on MUT23 age. The effect of MUT23 filtrate on germination of the parasite was tested. Lysis of germinated spores of the parasite were observed in concentrated MUT23 filtered solution. MUT23 was compared to the wild type strain for their chitinase production in sUbmerged culture. The chitinase isozymes of both wild type and MUT23 were shown by immunoblotting. Eight distinct chitinase molecules were detected. MUT23 showed markedly higher chitinase activity than the wild type cultured in chitin-containing medium. Maximum chitinase activities of MUT23 were 13.5 fold higher at 20 day of the culture then that of wild type.

Isolation and partial characterization of a complementary protein from the mycoparasite, Piptocephalis virginiana, which specifically binds to two glycoproteins b and c of the host cell surface

Presence of surface glycoprotein in Piptocephalis virginiana that recognizes the host glycoproteins band c, reported earlier from our laboratory, was detected by immunofluorescence microscopy. Germinated spores of P. virginiana treated with Mortierella pusilla cell wall protein extract, primary antibodies prepared against glycoproteins band c and FITC-goat anti-rabbit IgG conjugate showed fluorescence. This indicated that on the surfaces of the biotrophic mycoparasite P. virginiana , there might be a complementary molecule which recognizes the glycoproteins band c from M. pusilla. Immunobinding analysis identified a glycoprotein of Mr 100 kDa from the mycoparasite which binds with the host glycoproteins band c, separately as well as collectively. Purification of this glycoprotein was achieved by (i) 60% ammonium sulfate precipitation, (ii) followed by heat treatment, and (iii) Sephadex G-IOO gel filtration. The glycoprotein was isolated by preparative polyacrylamide gel electrophoresis by cutting and elution. The purity of the protein ·was ascertained by SDS-PAGE and Western blot analysis. Positive reaction to periodic acid-Schiff reagent revealed the glycoprotein nature of this 100 kDa protein. Mannose was identified as a major sugar component of this glycoprotein by using a BoehringerMannheim Glycan Differentiation Kit. Electrophoretically purified glycoprotein was used to raIse polyclonal antibody in rabbit. The specificity of the antibody was determined by dot-immunobinding test and western-blot analysis. Immunofluorescence mIcroscopy revealed surface localization of the protein on the germ tube of Piptocephalis virginiana. Fluorescence was also observed at the surfaceJ of the germinated spores and hyphae of the host, M. pusilla after treatment with complementary protein from P. virginiana, primary antibody prepared against the complementary protein and FITC-goat anti-rabbit IgG conjugate.

Light and electron microscope studies of host-parasite relations in a mycoparasite

Light microscope studies of the mycoparasite Piptocephalis virginiana revealed that the cylindrical spores of the parasite became spherical upon germination and produced 1-4 germ tubes. Generally t"l.vO germ tubes were produced by each spore. When this parasite was inoculated on its potential hosts, Choanephora cucurbitarum and Phascolomyces articulosus, the germ tube nearest to the host hypha continued to grow and made contact with the host hypha. The tip of the parasite's germ tube became swollen to form a distinct appressorium. Up to this stage the behavior of the parasite was similar regardless of the nature of the host. In the compatible host-parasite combination, the parasite penetrated the host, established a nutritional relationship and continued to grow to cover the host completely with its buff colored spores in 3-4 days. In the incompatible host-parasite combination, the parasite penetrated the host but its further advance was arrested. As a result of failure to establish a nutritional relationship with the resistant host, the parasite made further attempts to penetrate the host at different sites producing multiple infections. In the absence of nutrition the parasite weakened and the host outgrew the parasite completely. In the presence of a non-host species, Linderina pennispora the parasite continued to grow across the non-host 1).yp_hae vlithout establishing an initial contact. Germination studies showed that the parasite germinated equally well in the presence of host and non-host species. Further electron microscope studies revealed that the host-parasite interaction between P. virginiana and its host, C. cucurbi tarum, was compatible when the host hyphae were young slender, with a thin cell wall of one layer. The parasite appeared to penetrate mechanically by pushing the host-cell wall inward. The host plasma membrane invaginated along the involuted cell wall. The older hyphae of C. cucurbitarum possessed two distinct layers of cell wall and-showed an incompatible interaction when challenged vlith the parasite. At the point of contact, the outer layer of the host-cell wall dissolved, probably by enzymatic digestion, and the inner layer became thickened and developed a papilla as a result of its response to the parasite. The haustoria of the parasite in the old hyphae were always surrounded by a thick, well developed sheath, whereas the haustoria of the same age in the young host mycelium were devoid of a sheath during early stages of infection. Instead, they were in direct contact with the host protoplast. The incompatible interaction between a resistant host, P. articulosus and the parasite showed similar results as with the old hyphae of C. cucurbitarum. The cell wall of P. articulosus appeared thick-with two or more layers even in the 18-22 h-old hyphae. No contact or interaction was established between the parasite and the non-host L. pennispora. The role of cell wall in the resistance mechanism is discussed.

Probing cell surfaces of host and nonhost species of a mycoparasite, using FITC-labeled lectins

Cell surfaces of susceptible host species (Mortierella pusllla and Cboanepilora cucurbitarum ), resistant host (Pilascolomyces articulosus ), nonhost (Mortierella candelabrum ) and the mycoparasite (Piptocepilalis virginiana) were examined for sugar distribution patterns using light and fluorescent microscopy techniques. The susceptible host, resistant host and the mycoparasite species exhibited a similar sugar distribution profile; they all showed N-acetyl glucosamine and D-glucose on their cell wall surfaces. The nonhost cell wall surface showed a positive binding reaction to FITClectins specific for N-acetyl glucosamine and also for OI.-fucose, N-acetyl galactosamine and galactose. Treatment of these fungi with mild concentrations of proteinases (both commercial as well as the mycoparasiteproteinase) resulted in the revelation of additional sugars on the fungal cell walls. The susceptible host treated with proteinase expressed higher levels of N-acetyl glucosamine and D-glucose. The susceptible host also showed the presence of OI.-fucose, N-acetyl galactosamine and galactose. The proteinasetreated susceptible host cell walls also showed an increase in the levels of attachment with the mycoparasite. Treatment of the resistant host with proteinases revealed OI.-fucose in addition to N-acetyl glucosamine and D-glucose. Treatment of the nonhost cell wall with proteinase resulted in the exposure of low levels of D-glucose, in addition to sugars found on the untreated nonhost cell wall surface. The mycoparasite treated with proteinase revealed OI.-fucose, N-acetyl galactosamine and galactose on its cell surface in addition to the sugars N-acetyl glucosamine and D-glucose. Protoplasts were isolated from hosts and nonhost fungi and their surfaces were examined for sugar distribution patterns. The susceptible host and nonhost protoplast membranes showed all the sugars (N-acetyl glucosamine, D-glucose, (It.-fucose, N-acetyl galactosamine and galactose) tested for. The resistant host protoplast membrane however, had only N-acetyl glucosamine and D-glucose exposed. This sugar distribution profile resembles that exhibited by the untreated resistant host cell wall, as well as that shown by the untreated mycoparasite cell surface. Only susceptible host protoplasts were successful in attaching to the mycoparasite surface. Resistant host protoplasts did not show any interaction with the i mycoparasite cell surface. Both susceptible as well as resistant host protoplasts were incapable of attaching to agarose beads surface-coated with specific carbohydrates. The mycoparasite however, did attach to agarose beads surface-coated with either N-acetyl glucosamine, D-glucose/Dmannose or o:,- methyl-D-mannose. The relevance of the cell wall and the protoplast membrane in the light of the present results, in reacting appropriately to bring about either a susceptible, a resistant or a nonhost response has been discussed.

The effect of diet and parasite load on female phonotaxis in the Texas field cricket, Gryllus integer

Female crickets respond selectively to variations in species-specific male calling songs. This selectivity has been shown to be age-dependent; older females are less choosy. However, female quality should also affect female selectivity. The effect of female quality on mate choice was examined in Gryllus integer by comparing the phonotactic responses of females on different diets and with different parasite loads to various synthetic models of conspecific calling song. Test females were virgin, 11-14 days old, and had been maintained on one of five diets varying in protein and fat content. Phonotaxis was quantified using a non-compensating Kugel treadmill which generates vector scores incorporating the speed and direction of movement of each female. Test females were presented with four calling song models which differed in pulse rate, but were still within the natural range of the species for the experimental temperature. After testing, females were dissected and the number of gregarine parasites within the digestive tract counted. There were no significant effects of either diet or parasitism on female motivation to mate although the combined effects of these variables seem to have an effect with no apparent trend. Control females did not discriminate among song types, but there was a trend of female preferences for lower pulse rates which are closest to the mean pulse rate for the species. Heavily parasitized females did not discriminate among pulse rates altho~gh there was a similar trend of high vector scores for low pulse rates. Diet, however, affected selectivity with poorly-fed females showing significantly high vector scores for pulse rates near the species mean. Such findings raise interesting questions about energy allocation and costs and risks of phonotaxis and mate choice in acoustic Orthoptera. These results are discussed in terms of sexual selection and female mate choice.

The effect of gregarine parasite infections, age, and diet on calling song structure and mating behaviour in the Texas field cricket, Gryllus integer

In the past ten years, many researchers have focussed their attention on parasites regarding the role they may play in causing variations in male secondary sexual traits and subsequent effects on female choice. Male age has also been suggested to be an important factor in female choice if old age reflects superior genes. This study investigated the effects that gregarine gut parasites, age, and diet have on the calling and mating behaviour of the male Texas field cricket, Gryllus integer. Male calling songs were recorded in the laboratory using a Digital Signal Processing Network. The song parameters measured were: pulse rate, pulse width, burst duration, pulses per burst, interburst interval, and percent missing pulses. The effects of parasite load and age on the various calling song parameters was investigated in crickets that were fed two different diets varying in nutritional quality. None of the calling song parameters were affected by either parasite load or age in either diet grou p. Courtship behaviour was ob served and recorded using an Eventlog recorder on an IBM computer in the laboratory. Females mated equally with paras(tized and unparasitized males and with old and young males The total duration and proportion of time spent performing each of 9 courtship displays were recorded for males on each diet. Only one display was affected by parasite load. Highly parasitized males fed the nutritionally inferior diet juddered for a proportionately shorter time than males with low parasite loads. Also, older males performed juddering and shaking antennae proportionally longer and juddering and raising wings for longer durations than younger males. Males that successfully mated were observed for performance of 8 post-copulatory guarding behaviour displays. None of the guarding behaviours were affected by parasite load. However, one display was affected by age, with older males performing guard turning for shorter durations than younger males. Results are discuss,ed in terms of the influence of parasites and age on female choice.

The effects of cultural conditions and parasitism on the lipid composition of choanephora cucubitarum (Berk. Rav.) thaxter /|nJohn M. Deven. -- 260 St. Catharines [Ont. : s. n.],

The fatty acid composition of the total, neutral, sterol, free fatty acid and polar-lipid fractions in the mycelium of Choanephora cucurbitarum was determined. The major fatty acids in all lipid fractions were palmitic, oleic, linoleic and y-linolenic acid. Different lipid fractions did not show any particular preference for any individual fatty acid; however, the degree of unsaturation was different in various lipid fractions. Addition of glutamic acid to the malt-yeast extract medium resulted in the biosynthesis of a number of long-chain fatty acids beyond y-linolenic acid. These fatty acids, e.g. C22~1' C24:0 and C26=Q were never observed to be present in the fungus when grown on a malt-yeast extract medium without glutamic acid. Furthermore, thin-layer chromatographic analysis showed a larger and denser spot of diphosphatidyl glycerol from the mycelium grown on the glutamic acid medium than from the control mycelium. Various cultural conditions such as temperature, age, pH, light and carbon:nitrogen ratio in the growth medium used in this study did not alter the qualitative profile of fatty acids normally present in the organism. Neither did these conditions stimulate the production of further long-chain fatty acids (C20 - C26) beyond y-linolenic acid as observed in growth media containing glutamic acid. These cultural conditions influenced the degree of unsaturation, this being due mainly to changes in the concentration of y-linolenic acid. The fatty acid pattern of the lipid fractions though the same qualitatively, differed quantitatively due to the variation in the y-linolenic acid content under different cultural conditions. The degree of unsaturation of various lipid fractions decreased with increases in temperature, light intensity and pH, but within each treatment the same pattern of decreasing degree of unsaturation with increasing age was observed. The cultural conditions, used in this study, are also known to influence the degree and rate of development of the parasite, Piptocephalis virginiana. A direct correlation was observed between the levels of y-linolenic acid in C. cucurbitarum during the early stages of growth (24 h) and the degree of parasitism of P. virginiana. The amount of y-linolenic acid present in the host mycelium was found to be unrelated to either the dry weight of the mycelium or to the total lipid contents. K. virginiana is confined to host species which produce y-linolenic acid in their mycelium. The lipid profile of the host, C. cucurbitarum, did not show a significant qualitative or quantitative change in the lipid profile as a result of infection by the parasite, P. virginiana,e However, an increase in the total lipid was observed in the infected host mycelium. The significance of these results is discussed.

The nesting biology of Ceratina (Hymenoptera: Apidae) in the Niagara Region : new species, nest site selection and parasitism

One of the most common bee genera in the Niagara Region, the genus Ceratina (Hymenoptera: Apidae) is composed of four species, C. dupla, C. calcarata, the very rare C. strenua, and a previously unknown species provisionally named C. near dupla. The primary goal of this thesis was to investigate how these closely related species coexist with one another in the Niagara ~ee community. The first necessary step was to describe and compare the nesting biologies and life histories of the three most common species, C. dupla, C. calcarata and the new C. near dupla, which was conducted in 2008 via nest collections and pan trapping. Ceratina dupla and C. calcarata were common, each comprising 49% of the population, while C. near dupla was rare, comprising only 2% of the population. Ceratina dupla and C. near dupla both nested more commonly in teasel (Dipsacus sp.) in the sun, occasionally in raspberry (Rubus sp.) in the shade, and never in shady sumac (Rhus sp.), while C. calcarata nested most commonly in raspberry and sumac (shaded) and occasionally in teasel (sunny). Ceratina near dupla differed from both C. dupla and C. calcarata in that it appeared to be partially bivoltine, with some females founding nests very early and then again very late in the season. To examine the interactions and possible competition for nests that may be taking place between C. dupla and C. calcarata, a nest choice experiment was conducted in 2009. This experiment allowed both species to choose among twigs from all three substrates in the sun and in the shade. I then compared the results from 2008 (where bees chose from what was available), to where they nested when given all options (2009 experiment). Both C. dupla and C. calcarata had the same preferences for microhabitat and nest substrate in 2009, that being raspberry and sumac twigs in the sun. As that microhabitat and nest substrate combination is extremely rare in nature, both species must make a choice. In nature Ceratina dupla nests more often in the preferred microhabitat (sun), while C. calcarata nests in the preferred substrate (raspberry). Nesting in the shade also leads to smaller clutch sizes, higher parasitism and lower numbers of live brood in C. calcarata, suggesting that C. dupla may be outcompeting C. calcarata for the sunny nesting sites. The development and host preferences of Ceratina parasitoids were also examined. Ceratina species in Niagara were parasitized by no less than eight species of arthropod. Six of these were wasps from the superfamily Chalcidoidea (Hymenoptera), one was a wasp from the family Ichneumonidae (Hymenoptera) and one was a physogastric mite from the family Pyemotidae (Acari). Parasites shared a wide range of developmental strategies, from ichneumonid larvae that needed to consume multiple Ceratina immatures to complete development, to the species from the Eulophidae (Baryscapus) and Encyrtidae (Coelopencyrtus), in which multiple individuals completed development inside a single Ceratina host. Biological data on parasitoids is scarce in the scientific literature, and this Chapter documents these interactions for future research.

Evolutionary Origin and Maintenance of Sociality in the Small Carpenter Bees

Many arthropods exhibit behaviours precursory to social life, including adult longevity, parental care, nest loyalty and mutual tolerance, yet there are few examples of social behaviour in this phylum. The small carpenter bees, genus Ceratina, provide important insights into the early stages of sociality. I described the biology and social behaviour of five facultatively social species which exhibit all of the preadaptations for successful group living, yet present ecological and behavioural characteristics that seemingly disfavour frequent colony formation. These species are socially polymorphic with both / solitary and social nests collected in sympatry. Social colonies consist of two adult females, one contributing both foraging and reproductive effort and the second which remains at the nest as a passive guard. Cooperative nesting provides no overt reproductive benefits over solitary nesting, although brood survival tends to be greater in social colonies. Three main theories explain cooperation among conspecifics: mutual benefit, kin selection and manipulation. Lifetime reproductive success calculations revealed that mutual benefit does not explain social behaviour in this group as social colonies have lower per capita life time reproductive success than solitary nests. Genetic pedigrees constructed from allozyme data indicate that kin selection might contribute to the maintenance of social nesting -, as social colonies consist of full sisters and thus some indirect fitness benefits are inherently bestowed on subordinate females as a result of remaining to help their dominant sister. These data suggest that the origin of sociality in ceratinines has principal costs and the great ecological success of highly eusociallineages occurred well after social origins. Ecological constraints such as resource limitation, unfavourable weather conditions and parasite pressure have long been considered some of the most important selective pressures for the evolution of sociality. I assessed the fitness consequences of these three ecological factors for reproductive success of solitary and social colonies and found that nest sites were not limiting, and the frequency of social nesting was consistent across brood rearing seasons. Local weather varied between seasons but was not correlated with reproductive success. Severe parasitism resulted in low reproductive success and total nest failure in solitary nests. Social colonies had higher reproductive success and were never extirpated by parasites. I suggest that social nesting represents a form of bet-hedging. The high frequency of solitary nests suggests that this is the optimal strategy when parasite pressure is low. However, social colonies have a selective advantage over solitary nesting females during periods of extreme parasite pressure. Finally, the small carpenter bees are recorded from all continents except Antarctica. I constructed the first molecular phylogeny of ceratinine bees based on four gene regions of selected species covering representatives from all continents and ecological regions. Maximum parsimony and Bayesian Inference tree topology and fossil dating support an African origin followed by an Old World invasion and New World radiation. All known Old World ceratinines form social colonies while New World species are largely solitary; thus geography and phylogenetic inertia are likely predictors of social evolution in this genus. This integrative approach not only describes the behaviour of several previously unknown or little-known Ceratina species, bu~ highlights the fact that this is an important, though previously unrecognized, model for studying evolutionary transitions from solitary to social behaviour.

Soil-Transmitted Helminths, Poverty, and Malnutrition in Honduran Children Living in Remote Rural Communities

Soil-transmitted helminth (STH) infections are endemic in Honduras, but their prevalence according to the levels of poverty in the population has not been examined. The present cross-sectional study is aimed to determine the role of different levels of poverty in STH prevalence and infection intensity as well as the potential associations of STH infections with malnutrition and anemia. Research participants were children attending a medical brigade serving remote communities in Northern Honduras in June 2014. Demographic data were obtained, and poverty levels were determined using the unsatisfied basic needs method. STH infections were investigated by the Kato-Katz method; hemoglobin concentrations were determined with the HemoCue system; and stunting, thinness, and underweight were determined by anthropometry. Data were analyzed using descriptive statistics and univariate and multivariable logistic regression models. Among 130 children who participated in this study, a high prevalence (69.2%) of parasitism was found and the poorest children were significantly more infected than those living in less poor communities (79.6% vs. 61.8%; P = 0.030). Prevalence rates of Trichuris trichiura, Ascaris lumbricoides, and hookworms were 69.2%, 12.3%, and 3.85%, respectively. In total, 69% of children had anemia and 30% were stunted. Households’ earthen floor and lack of latrines were associated with infection. Greater efforts should be made to reduce STH prevalence and improve overall childhood health, in particular, among the poorest children lacking the basic necessities of life.

Les tiers : ces acteurs de la dynamique juridique dans le Code civil du Québec

La vie en société s’organise autour de systèmes structurants : politique, économique, juridique, religieux, etc. En démocratie, le droit a pour mission essentielle d’assurer la paix, la stabilité et la sécurité ; pour ce faire, il tend à rendre toute chose prévisible, en normalisant les comportements, en uniformisant les règles. Ainsi, les rapports privés s’incarneront dans la fixité et la linéarité autour d’une figure relationnelle unique, le duo. La mouvance sociale, l’effervescence économique semblent faire fi de ce moule trop contraignant. Les acteurs s’inscrivent dans la pluralité et tissent des rapports densément enchevêtrés. Selon la théorie juridique classique, le droit doit alors adopter une stratégie de simplification : fragmenter les situations, circonscrire des espaces clos autour de la cellule nucléaire d’origine, en chasser ceux qu’il perçoit comme des parasites. La tactique consiste à se donner une structure binaire, à opposer par exemple les parties aux tiers. L’auteure soutient que la seule présence des tiers, identifiés juridiquement à des étrangers, constitue la marque indélébile du bouillonnement communicationnel. Que le droit refuse d’en rendre compte expressément dévoile l’artificialité de sa construction.

REFLECT : logiciel de restitution des réflectances au sol pour l’amélioration de la qualité de l'information extraite des images satellitales à haute résolution spatiale

RÉSUMÉ - Les images satellitales multispectrales, notamment celles à haute résolution spatiale (plus fine que 30 m au sol), représentent une source d’information inestimable pour la prise de décision dans divers domaines liés à la gestion des ressources naturelles, à la préservation de l’environnement ou à l’aménagement et la gestion des centres urbains. Les échelles d’étude peuvent aller du local (résolutions plus fines que 5 m) à des échelles régionales (résolutions plus grossières que 5 m). Ces images caractérisent la variation de la réflectance des objets dans le spectre qui est l’information clé pour un grand nombre d’applications de ces données. Or, les mesures des capteurs satellitaux sont aussi affectées par des facteurs « parasites » liés aux conditions d’éclairement et d’observation, à l’atmosphère, à la topographie et aux propriétés des capteurs. Deux questions nous ont préoccupé dans cette recherche. Quelle est la meilleure approche pour restituer les réflectances au sol à partir des valeurs numériques enregistrées par les capteurs tenant compte des ces facteurs parasites ? Cette restitution est-elle la condition sine qua non pour extraire une information fiable des images en fonction des problématiques propres aux différents domaines d’application des images (cartographie du territoire, monitoring de l’environnement, suivi des changements du paysage, inventaires des ressources, etc.) ? Les recherches effectuées les 30 dernières années ont abouti à une série de techniques de correction des données des effets des facteurs parasites dont certaines permettent de restituer les réflectances au sol. Plusieurs questions sont cependant encore en suspens et d’autres nécessitent des approfondissements afin, d’une part d’améliorer la précision des résultats et d’autre part, de rendre ces techniques plus versatiles en les adaptant à un plus large éventail de conditions d’acquisition des données. Nous pouvons en mentionner quelques unes : - Comment prendre en compte des caractéristiques atmosphériques (notamment des particules d’aérosol) adaptées à des conditions locales et régionales et ne pas se fier à des modèles par défaut qui indiquent des tendances spatiotemporelles à long terme mais s’ajustent mal à des observations instantanées et restreintes spatialement ? - Comment tenir compte des effets de « contamination » du signal provenant de l’objet visé par le capteur par les signaux provenant des objets environnant (effet d’adjacence) ? ce phénomène devient très important pour des images de résolution plus fine que 5 m; - Quels sont les effets des angles de visée des capteurs hors nadir qui sont de plus en plus présents puisqu’ils offrent une meilleure résolution temporelle et la possibilité d’obtenir des couples d’images stéréoscopiques ? - Comment augmenter l’efficacité des techniques de traitement et d’analyse automatique des images multispectrales à des terrains accidentés et montagneux tenant compte des effets multiples du relief topographique sur le signal capté à distance ? D’autre part, malgré les nombreuses démonstrations par des chercheurs que l’information extraite des images satellitales peut être altérée à cause des tous ces facteurs parasites, force est de constater aujourd’hui que les corrections radiométriques demeurent peu utilisées sur une base routinière tel qu’est le cas pour les corrections géométriques. Pour ces dernières, les logiciels commerciaux de télédétection possèdent des algorithmes versatiles, puissants et à la portée des utilisateurs. Les algorithmes des corrections radiométriques, lorsqu’ils sont proposés, demeurent des boîtes noires peu flexibles nécessitant la plupart de temps des utilisateurs experts en la matière. Les objectifs que nous nous sommes fixés dans cette recherche sont les suivants : 1) Développer un logiciel de restitution des réflectances au sol tenant compte des questions posées ci-haut. Ce logiciel devait être suffisamment modulaire pour pouvoir le bonifier, l’améliorer et l’adapter à diverses problématiques d’application d’images satellitales; et 2) Appliquer ce logiciel dans différents contextes (urbain, agricole, forestier) et analyser les résultats obtenus afin d’évaluer le gain en précision de l’information extraite par des images satellitales transformées en images des réflectances au sol et par conséquent la nécessité d’opérer ainsi peu importe la problématique de l’application. Ainsi, à travers cette recherche, nous avons réalisé un outil de restitution de la réflectance au sol (la nouvelle version du logiciel REFLECT). Ce logiciel est basé sur la formulation (et les routines) du code 6S (Seconde Simulation du Signal Satellitaire dans le Spectre Solaire) et sur la méthode des cibles obscures pour l’estimation de l’épaisseur optique des aérosols (aerosol optical depth, AOD), qui est le facteur le plus difficile à corriger. Des améliorations substantielles ont été apportées aux modèles existants. Ces améliorations concernent essentiellement les propriétés des aérosols (intégration d’un modèle plus récent, amélioration de la recherche des cibles obscures pour l’estimation de l’AOD), la prise en compte de l’effet d’adjacence à l’aide d’un modèle de réflexion spéculaire, la prise en compte de la majorité des capteurs multispectraux à haute résolution (Landsat TM et ETM+, tous les HR de SPOT 1 à 5, EO-1 ALI et ASTER) et à très haute résolution (QuickBird et Ikonos) utilisés actuellement et la correction des effets topographiques l’aide d’un modèle qui sépare les composantes directe et diffuse du rayonnement solaire et qui s’adapte également à la canopée forestière. Les travaux de validation ont montré que la restitution de la réflectance au sol par REFLECT se fait avec une précision de l’ordre de ±0.01 unités de réflectance (pour les bandes spectrales du visible, PIR et MIR), même dans le cas d’une surface à topographie variable. Ce logiciel a permis de montrer, à travers des simulations de réflectances apparentes à quel point les facteurs parasites influant les valeurs numériques des images pouvaient modifier le signal utile qui est la réflectance au sol (erreurs de 10 à plus de 50%). REFLECT a également été utilisé pour voir l’importance de l’utilisation des réflectances au sol plutôt que les valeurs numériques brutes pour diverses applications courantes de la télédétection dans les domaines des classifications, du suivi des changements, de l’agriculture et de la foresterie. Dans la majorité des applications (suivi des changements par images multi-dates, utilisation d’indices de végétation, estimation de paramètres biophysiques, …), la correction des images est une opération cruciale pour obtenir des résultats fiables. D’un point de vue informatique, le logiciel REFLECT se présente comme une série de menus simples d’utilisation correspondant aux différentes étapes de saisie des intrants de la scène, calcul des transmittances gazeuses, estimation de l’AOD par la méthode des cibles obscures et enfin, l’application des corrections radiométriques à l’image, notamment par l’option rapide qui permet de traiter une image de 5000 par 5000 pixels en 15 minutes environ. Cette recherche ouvre une série de pistes pour d’autres améliorations des modèles et méthodes liés au domaine des corrections radiométriques, notamment en ce qui concerne l’intégration de la FDRB (fonction de distribution de la réflectance bidirectionnelle) dans la formulation, la prise en compte des nuages translucides à l’aide de la modélisation de la diffusion non sélective et l’automatisation de la méthode des pentes équivalentes proposée pour les corrections topographiques.

Caractérisation moléculaire de la modulation spatio-temporelle des fonctions du phagosome

La phagocytose est un processus par lequel des cellules spécialisées du système immunitaire comme les macrophages ingèrent des microorganismes envahisseurs afin de les détruire. Les microbes phagocytés se retrouvent dans un compartiment intracellulaire nommé le phagosome, qui acquiert graduellement de nombreuses molécules lui permettant de se transformer en phagolysosome possédant la capacité de tuer et dégrader son contenu. L’utilisation de la protéomique a permis de mettre en évidence la présence de microdomaines (aussi nommés radeaux lipidiques ou radeaux membranaires) sur les phagosomes des macrophages. Notre équipe a démontré que ces radeaux exercent des fonctions cruciales au niveau de la membrane du phagosome. D’abord nous avons observé que la survie du parasite intracellulaire L. donovani est possible dans un phagosome dépourvu de radeaux lipidiques. Parallèlement nous avons constaté qu’un mutant de L. donovani n’exprimant pas de LPG à sa surface(LPG-) est rapidement tué dans un phagosome arborant des radeaux membranaires. Pour comprendre le mécanisme de perturbation des microdomaines du phagosome par la molécule LPG, nous avons provoqué la phagocytose de mutants LPG- du parasite et comparé par microscopie les différences avec le parasite de type sauvage. Nous avons ainsi démontré que le LPG de L. donovani est nécessaire et suffisant au parasite pour empêcher la maturation normale du phagosome. Nous avons également découvert que la molécule LPG permet d’empêcher la formation des radeaux lipidiques sur le phagosome et peut aussi désorganiser les radeaux lipidiques préexistants. Enfin, nous avons montré que l’action de LPG est proportionnelle au nombre d’unités répétitives de sucres (Gal(β1,4)-Manα1-PO4) qui composent cette molécule. Nos travaux ont démontré pour la première fois le rôle important de ces sous-domaines membranaires dans la maturation du phagosome. De plus, nos conclusions seront des pistes à suivre au cours des études cliniques ayant pour but d’enrayer la leishmaniose. Le second objectif de ce travail consistait à effectuer la caractérisation des radeaux lipidiques par une analyse protéomique et lipidomique à l’aide de la spectrométrie de masse. Nous avons ainsi entrepris l’identification systématique des protéines présentes dans les radeaux membranaires des phagosomes et ce, à trois moments clés de leurmaturation. Le traitement des phagosomes purifiés avec un détergent nous a permis d’isoler les «Detergent Resistent Membranes» (DRMs) des phagosomes, qui sont l’équivalent biochimique des radeaux membranaires. Nous avons ainsi établi une liste de 921 protéines associées au phagosome, dont 352 sont présentes dans les DRMs. Les protéines du phagosome sont partagées presque également entre trois tendances cinétiques (augmentation, diminution et présence transitoire). Cependant, une analyse plus spécifique des protéines des DRMs démontre qu’une majorité d’entre elles augmentent en fonction de la maturation. Cette observation ainsi que certains de nos résultats montrent que les radeaux lipidiques des phagosomes précoces sont soit très peu nombreux, soit pauvres en protéines, et qu’ils sont recrutés au cours de la maturation du phagosome. Nous avons aussi analysé les phospholipides du phagosome et constaté que la proportion entre chaque classe varie lors de la maturation. De plus, en regardant spécifiquement les différentes espèces de phospholipides nous avons constaté que ce ne sont pas uniquement les espèces majoritaires de la cellule qui dominent la composition de la membrane du phagosome. L’ensemble de nos résultats a permis de mettre en évidence plusieurs fonctions potentielles des radeaux lipidiques, lesquelles sont essentielles à la biogenèse des phagolysosomes (signalisation, fusion membranaire, action microbicide, transport transmembranaire, remodelage de l’actine). De plus, la cinétique d’acquisition des protéines de radeaux lipidiques indique que ceux-ci exerceraient leurs fonctions principalement au niveau des phagosomes ayant atteint un certain niveau de maturation. L’augmentation du nombre de protéines des radeaux membranaires qui s’effectue durant la maturation du phagosome s’accompagne d’une modulation des phospholipides, ce qui laisse penser que les radeaux membranaires se forment graduellement sur le phagosome et que ce ne sont pas seulement les protéines qui sont importées.

Le Baylisascaris procyonis dans le sud du Québec : prévalence chez le raton laveur et étude de contamination des latrines

Le raton laveur (Procyon lotor) est porteur de nombreux parasites dont certains sont des agents de zoonose. Il nous est apparu opportun d’étudier la faune parasitaire intestinale du raton laveur québécois, particulièrement l’espèce Baylisascaris procyonis. L’étude a donc porté sur l’examen de matières fécales (n = 301) et de contenus intestinaux (n = 203) de 351 ratons laveurs provenant de deux programmes gouvernementaux sur la rage du raton laveur et d’excréments (n = 409) provenant de latrines dans des parcs nationaux du Québec. Des oeufs de B. procyonis étaient excrétés par 23,3 % des ratons laveurs, alors que 29,1 % étaient porteurs de vers. La charge parasitaire moyenne des vers B. procyonis de tout stade variait de 8,5 chez les adultes à 27,1 chez les juvéniles. Chez ces derniers, la charge parasitaire était 11,4 fois supérieure à celle des ratons adultes (p < 0,0001) dont 23,7 fois plus de vers immatures (p < 0,0001) et 9,1 fois plus de vers matures (p = 0,01). Le nombre d’oeufs était 24,7 fois plus élevé chez les ratons juvéniles (p = 0,02) et 50,0 fois moins élevé chez la femelle allaitante. La probabilité du raton d’excréter des oeufs l’automne était de 11,1 (IC95 %: 1,21-101,60) par rapport au printemps et de 21,1 (IC95 %: 2,91-153,18) par rapport à l’été (p < 0,01). La sensibilité (Se) et la spécificité (Sp) de la coproscopie comparée à la nécropsie (norme étalon) ont été calculées en se basant sur l’observation des vers matures (Se : 81,8 %; Sp : 97,7 %) et des vers de tout stade (Se : 53,9 %; Sp : 97,0 %). De plus, la recherche des parasites intestinaux nous a permis de découvrir des ookystes de Giardia (6/159), espèce parasitaire nouvellement rapportée chez le raton. En 2007, nous avons trouvé, par échantillonnage unique, des oeufs de B. procyonis dans 15,8 % des latrines (n = 165) identifiées dans des parcs nationaux du sud du Québec et en 2008, par échantillonnage multiple, dans 89,7 % des latrines (n = 26) actives situées dans des secteurs accessibles à l’homme dans trois parcs nationaux de la Montérégie. Le potentiel zoonotique de B. procyonis est un problème de santé publique qui pourrait devenir sérieux étant donné le pourcentage élevé de ratons laveurs qui excrètent le parasite et qui contaminent des secteurs accessibles par les humains.

Impacts de l’intensification agricole et de la structure du paysage sur les relations tri – trophiques entre un oiseau hôte, des mouches ectoparasites et leur parasitoïdes.

L’intensification des pratiques agricoles a été identifiée comme cause majeure du déclin de la biodiversité. Plusieurs études ont documenté l’impact de la fragmentation du paysage naturel et de l’agriculture intensive sur la diversité des espèces, mais très peu ont quantifié le lien entre la structure du paysage et les interactions trophiques, ainsi que les mécanismes d’adaptation des organismes. J’ai étudié un modèle biologique à trois niveaux trophiques composé d’un oiseau hôte, l’hirondelle bicolore Tachycineta bicolor, de mouches ectoparasites du genre Protocalliphora et de guêpes parasitoïdes du genre Nasonia, au travers d’un gradient d’intensification agricole dans le sud du Québec. Le premier objectif était de déterminer l’abondance des espèces de mouches ectoparasites et de leurs guêpes parasitoïdes qui colonisent les nids d’hirondelles dans la zone d’étude. La prévalence de nids infectés par Protocalliphora spp. était de 70,8% en 2008 et 34,6% en 2009. Le pourcentage de nids comprenant des pupes de Protocalliphora parasitées par Nasonia spp. était de 85,3% en 2008 et 67,2% en 2009. Trois espèces de Protocalliphora ont été observées (P. sialia, P. bennetti et P. metallica) ainsi que deux espèces de Nasonia (N. vitripennis et N. giraulti). Il s’agit d’une première mention de P. bennetti et de N. giraulti dans la province de Québec. Mon deuxième objectif était d’évaluer l’impact de l’intensification agricole et de la structure du paysage sur les relations tri-trophiques entre les organismes à l’étude. Les résultats révèlent que les réponses à la structure du paysage de l’hirondelle, de l’ectoparasite et de l’hyperparasite dépendantent de l’échelle spatiale. L’échelle spatiale fonctionnelle à laquelle les espèces répondent le plus varie selon le paramètre du paysage modélisé. Les analyses démontrent que l’intensification des pratiques agricoles entraîne une diminution des populations d’oiseaux, d’ectoparasites et d’hyperparasites. De plus, les populations de Protocalliphora et de Nasonia sont menacées en paysage intensif puisque la dégradation du paysage associée à l’intensification des pratiques agricoles agit directement sur leurs populations et indirectement sur les populations de leurs hôtes. Mon troisième objectif était de caractériser les mécanismes comportementaux permettant aux guêpes de composer avec la variabilité de la structure du paysage et de la qualité des hôtes. Nos résultats révèlent que les femelles Nasonia ajustent la taille de leur ponte en fonction de la taille de la pupe hôte et de l’incidence d’hyperparasitisme. Le seul facteur ayant une influence déterminante sur le ratio sexuel est la proportion de paysage dédié à l’agriculture intensive. Aucune relation n’a été observée entre la structure du paysage et la taille des filles et des fils produits par les femelles Nasonia fondatrices. Ce phénomène est attribué aux comportements d’ajustement de la taille de la ponte et du ratio sexuel. En ajustant ces derniers, minimisant ainsi la compétition entre les membres de leur progéniture, les femelles fondatrices sont capables de maximiser la relation entre la disponibilité des ressources et la valeur sélective de leur progéniture. En conclusion, ce travail souligne l’importance de considérer le contexte spatial des interactions trophiques, puisqu’elles influencent la biodiversité locale et le fonctionnement de l’écosystème.