Does Gamma-aminobutyric acid function as a plant resistance mechanism against phytophagous insect activity? /

Gamma-aminobutyric acid (GAB A) is a ubiquitous non-protein amino acid synthesized via the decarboxylation of L-glutamate in a reaction catalyzed by the cytosolic enzyme L-glutamate decarboxylase (GAD). In animals it functions as an inhibitory neurotransmitter. In plants it accumulates rapidly in response to various stresses, but its function remains unclear. The hypothesis that GABA accumulation in leaf tissue may function as a plant resistance mechanism against phytophagous insect activity was investigated. GABA accumulation in response to mechanical stimulation, mechanical damage and insect activity was demonstrated. In wt tobacco (Nicotiana tabacum cv Samsun), mechanical stimulation or damage caused GABA to accumulate within 2 min from mean levels of 14 to 37 and 1~9 nmol g-l fresh weight (FW), respectively. In the transgenic tobacco strain CaMVGAD27c overexpressing Petunia GAD, the same treatments caused GABA to accumulate from 12 to 59 and 279 nmol g-l FW, respectively. In the transgenic tobacco strain CaMVGADilC 11 overexpressing Petunia GAD lacking an autoinhibitory domain, mechanical stimulation or damage caused GABA to accumulate from 180 to 309 and 630 nmol g-l FW, respectively. Ambulatory activity by tobacco budworm (TBW) larvae (Heliothis virescens) on leaves of CaMVGAD27c tobacco caused GABA to accumulate from 28 to 80 nmol g-l FW within 5 min. Ambulatory and leaf-rolling activity by oblique banded leaf roller (OBLR) larvae (Choristoneura rosaceana cv Harris) on wt soybean leaves (Glycine max cv Harovinton) caused GABA to accumulate from 60 to 1123 nmol g-l FW within 20 min. Increased GABA levels in leaf tissue were shown to affect phytophagous preference in TBW larvae presented with wt and transgenic tobacco leaves. When presented with leaves of Samsun wt and CaMVGAD27c plants, TBW larvae consumed more wt leaf tissue (640 ± 501 S.D. mm2 ) than transgenic leaf tissue (278 ± 338 S.D. mm2 ) nine times out of ten. When presented with leaves of Samsun wt and CaMVGAD~C11 plants, TBW larvae consumed more transgenic leaf tissue (1219 ± 1009 S.D. mm2 ) than wt leaf tissue (28 ± 31 S.D. mm2 ) ten times out of ten. These results indicate that: (1) ambulatory activity of insect larvae on leaves results in increased GABA levels, (2) transgenic tobacco leaves with increased capacity for GABA synthesis deter feeding, and (3) transgenic tobacco leaves with constitutively higher GABA levels stimulate feeding.

Aspergillus flavus infections in Galleria mellonella : a pathogen-host model system for the study of emerging diseases

To study emerging diseases, I employed a model pathogen-host system involving infections of insect larvae with the opportunistic fungus Aspergillus flavus, providing insight into three mechanisms ofpathogen evolution namely de novo mutation, genome decay, and virulence factoracquisition In Chapter 2 as a foundational experiment, A. flavus was serially propagated through insects to study the evolution of an opportunistic pathogen during repeated exposure to a single host. While A. flavus displayed de novo phenotypic alterations, namely decreased saprobic capacity, analysis of genotypic variation in Chapter 3 signified a host-imposed bottleneck on the pathogen population, emphasizing the host's role in shaping pathogen population structure. Described in Chapter 4, the serial passage scheme enabled the isolation of an A. flavus cysteine/methionine auxotroph with characteristics reminiscent of an obligate insect pathogen, suggesting that lost biosynthetic capacity may restrict host range based on nutrient availability and provide selection pressure for further evolution. As outlined in Chapter 6, cysteine/methionine auxotrophy had the pleiotrophic effect of increasing virulence factor production, affording the slow-growing auxotroph with a modified pathogenic strategy such that virulence was not reduced. Moreover in Chapter 7, transformation with a virulence factor from a facultative insect pathogen failed to increase virulence, demonstrating the necessity of an appropriate genetic background for virulence factor acquisition to instigate pathogen evolution.

Nestmate recognition in the large carpenter bee, Xylocopa virginica /

Abstract Many species of social insects have the ability to recognize their nestmates. In bees, sociality is maintained by bees that recognize which individuals should be helped and which should be hanned in order to maximize fitness (either inclusive or individual) (Hamilton 1964; Lin and Michener 1972). Since female bees generally lay eggs in a single nest, it is highly likely that bees found cohabitating in the same nest are siblings. According to the kin selection hypothesis, individuals should cooperate and avoid aggression with same sex nestmates (Hamilton 1964). However, in opposite sex pairs that are likely kin, aggression should increase among nestmates as an expression of inbreeding avoidance (Lihoreau et al. 2007). Female bees often guard nest entrances, recognizing and excluding foreign conspecific females that threaten to steal nest resources (Breed and Page 1991). Conversely, males that aggressively guard territories should avoid aggression towards other males that are likely kin (Shellman-Reeve and Gamboa 1984). In order to test whether Xy/ocopa virginica can distinguish nestmates from non-nestmates, circle tube testing arenas were used. Measures of aggression, cooperation and tolerance were evaluated to detennine the presence of nestmate recognition in this species. The results of this study indicate that male and female X virginica have the ability to distinguish nestmates from non-nestmates. Individuals in same sex pairs demonstrated increased pushing, biting, and C-posturing when faced with non-nestmates. Males in same sex pairs also attempted to pass (unsuccessfully) nOIl-nestmates more often than ncstmates, suggesting that this behaviour may be an cxpression of dominancc in males. Increased cooperation exemplified by successful passes was not observed among nestmates. However, incrcased tolerance in the [onn of head-to-head touching was observed for nestmates in female same sex and opposite sex pairs. These results supported the kin selection hypothesis. Moreover, increased tolerance among opposite sex non-nestmates suggested that X virginica do not demonstrate inbreeding avoidance among nestmates. 3 The second part of this study was conducted to establish the presence and extent of drifting, or travelling to different nests, in a Xylocopa virgillica population. Drifting in flying Hymenoptera is reported to be the result of navigation error and guard bees erroneously admitting novel individuals into the nest (Michener 1966). Since bees in this study were individually marked and captured at nest entrances, the locations where individuals were caught allowed me to determine where and how often bees travelled from nest to nest. Ifbees were captured near their home nests, changing nests may have been deliberate or explained by navigational error. However, ifbees were found in nests further away from their homes, this provides stronger evidence that flying towards a novel nest may have been deliberate. Female bees are often faithful to their own nests (Kasuya 1981) and no drifting was expected in female X virginica because they raise brood and contribute to nest maintenance activities. Contrary to females, males were not expected to remain faithful to a single nest. Results showed that many more females drifted than expected and that they were most often recaptured in a single nest, either their home nest or a novel nest. There were some females that were never caught in the same nest twice. In addition, females drifted to further nests when population density was low (in 2007), suggesting they seek out and claim nesting spaces when they are available. Males, as expected, showed the opposite pattern and most males drifted from nest to nest, never recaptured in the same location. This pattern indicates that males may be nesting wherever space is available, or nesting in benches nearest to their territories. This study reveals that both female and male X virginica are capable of nestmate recognition and use this ability in a dynamic environment, where nest membership is not as stable as once thought.

Effect of age on female choice in the field cricket, Gryllus interger

Female choice is an important element of sexual selection that may vary among females of the same species. Few researchers have investigated the causes of variation in selectivity with respect to potential mates and overall level of motivation toward a stimulus source representative of a mate. This study demonstrates that female age may be one cause of variation in female choice. Females of different ages may have different mate preferences. As females age, they have less time left to reproduce, and their residual reproductive value decreases. This should correspond to a higher reproductive effort which may be represented as increased motivation and/or decreased selectivity. The effect of age on mate choice in Gryllus integer was investigated by using a non-compensating treadmill, called the Kugel, to measure female phonotaxis. Artificially generated male calling songs of varying pulse rates were broadcast in either a singlestimulus or a three-stimulus experimental design. The pulse rates used in the calling song stimuli were 70, 64, 76, 55 and 85 pulses per second. These corresponded to the documented mean pulse rate for the species at the experimental temperature, one standard deviation below and above the mean, and 2.5 standard deviations below and above the mean, respectively. Test females were either 11-14 days or 25-28 days post-ecdysis. Trials usually were conducted two to seven hours into the scotophase. In the single-stimulus experiment, females were presented with stimuli with only one pulse rate. Older females achieved higher vector scores than younger females, indicating that older females are more motivated to mate. Both groups showed little phonotactic response towards 55 or 85 pIs, both of which lie outside the natural range of G. integer calling song at the experimental temperature. Neither group discriminated among the three pulse rates that fell within the natural range of calling song. In the three-stimulus experiment, females were presented with stimuli with one of three pulse rates, 64, 70 or 76 pIs, In alternation. Both age groups had reduced responsiveness in this experiment, perhaps due to an increase in perceived male density. Additionally, younger females responded significantly more to 64 and 70 pIs than to the higher pulse rate, indicating that they are selective with respect to mate choice. Older females did not discriminate among the three pulse rates. Therefore, it was concluded that selectivity decreases with age. A further study was conducted to determine that these effects were due to age and not due to the differing periods without a mating between the two age groups. Again, stimuli were presented in a three-stimulus experimental design. Age was held constant at 28 days and time since last mating varied from 11 to 25 days. Females varyIng in time since last mating did not differ in their responses to the calling song pulse rates. This indicated that the increased motivation and decreased selectivity exhibited In the initial experiments were due to age and not to time without a mating. Neither time of trial nor female weight had an effect upon female phonotaxis. Data are discussed in terms of mate choice, residual reproductive value, and costs of choice.

Individual differences and factors affecting male behaviour in field crickets

Individual differences in male sexual behav~our and the factors influencing calling behaviour were studied in the field crickets Gryllus 2 integer and Q. veletis. In a large (13m) outdoor arena individually numbered adult male ~~ integer started calling at three to five days of age but thereafter the age of individual G. integer males did not affect nightly calling duration. Calling also did not correlate with individual weight. In this study individual male calling was continuously distributed from 0 hrs. per night to 3.5 hrs. per night, on average. A temporal effect on the number of G. integer males calling was observed. The number of males calling through the night was uniform, but a sharp increase in the number calling was observed in the early morning. No difference in calling times was observed between the night and dawn callers. AlsC)' males calling at dawn usually didnotc'all during the preceeding night. Calling and reproductive success in 1979 demonstrated a negative logarithmic relationship while in the 1980(initial) population a negative linear relationship was observed. No relationship was seen in the 1980 high density population. The ratio of non-callers to callers also affected the mating of individuals in the 1979 and1980(initial) densities:-non~callers (males calling .5 hrs. per night, on average, or less) obtained more females when the population contained a high number of callers, this being a negative logarithmic relationship to, No such relationship was observed in the 1980 high density population. Individual displacement varied nightly and was not correlated to amount of calling or reproductive success of individual G. integer males. G. integer males were displa~ed more when in a higher density in the outdoor arena Male G. integer and G. veletis behaviours were also observed in an indoor arena at different densities and, in G. veletis, with respect to female presence. When females were present in the arena, in G. veletis, male calling was reduced. Males of both species called less, on average, when in ~ higher density, than when they were in a lower density. Male displacement of both species increased on average when in a higher density as compared to displacement in a lower density. Aggression was measured by aggressive call-ing and fighting and was studied in regards to density.G. integer demonstrated less aggression in all but one comparison at higher density. No difference was observed in the ratio of aggressive calling to f.ighting comparison in G. integer. G. veletis demonstrated mixed results. No difference in aggression between densities was observed in comparisons. Less.aggression did occur in higher densities when comparisons invol.ved fighting behaviour. Male behaviour represents a competitive strategy against ot~er males, strategy being defined as a genetic (in part) alternative to other strategies. In this sense, the factors of time, density, male-male aggression, and female presence are conditions demonstrated to affect male behaviour in G. integer and G. veletis. Individual male differences and other considerations suggest that alternative male behaviours are represented by at least two conditional strategies. This possibility, and the transient 'or stable nature of genetic polymorphisms in field cricket behaviour are considered.

Mating behaviours of the field cricket (Gryllus integer) at different levels of male density

The reproductive behaviour of the field cricket, Gryllus integer, was systematically observed in indoor arenas to determine the extent of female Choice and male-male competition at different sex ratios representing two male densities (12:6 and 6:6). The costs and benefits to males and females in those two densities were analyzed according to the theory of the evolution o£ leks. Observations were conducted during the dark hours when most calling occurred since hourly rates of courtship song and mating did not fluctuate significantly over a 24 h period. Female mating rates were not significantly different between densities, therefore males at high densities were not advantaged because of increased female tendencies to mate when social stimulation was increased. Mean rates of acoustical signalling (calling and courtin"g) did not differ significantly between densities. Mean rates of fighting by males at the high density were significantly greater than those of males at the low density. Mating benefits associated with callin~courting and fighting were measured. Mating rates did not vary with rates of calling at either density. Calling was not a prerequisite to mating. Courtship song preceded all matings. There was a significant power fit between male mating and courting rates, and male mating and fighting rates at the low, but not at the high, density. Density differences in the benefits associated with increased courting and fighting may relate, in part, to greater economic defensibility and monopoly of females due to reduced male competition at the low density. Dominant males may be preferentially chosen by females or better able to monopolize mating opportunities than subordinate males. Three criteria were used to determine whether dominant males were preferentially chosen by females. The number of matings by males who won fights (within 30 min of mating) was significantly greater than the number of matings by males who were defeated in such fights. Mating rates did not vary significantly with rates of winning at either density. There was a significant power fit between male mating rates and the percentage of fights a male won (irrespective of his fighting-frequency) at the low density. The mean duration a male guarded the female after mating did not vary significantly between densities. There was a significant linear relationship between the duration a spermatophore was retained and the duration a male guarded the female after mating. Courtship song apparently stimulated spermatophore removal. Male guarding involved inter-male aggression and reduced courtship attempts by other males. Males at the high density received no apparent reproductive benefits associated with increased social stimulation. Conclusive evidence for preferential choice of males by females, using the criteria examined here, is lacking. Males at the lower density had fewer competitors and could monopolize females more effectively.

Rapid [Gamma]-amino acid synthesis and the inhibition of the growth and development of oblique banded leaf-roller larvae

The hypothesis that rapid y-aminobutyric acid (GABA) accumulation is a plant defense against phytophagous insects was investigated. Simulation of mechanical damage resulting from phytophagous insect activity increased soybean (Glycine max L.) leaf GABA 10- to 25-fold within 1 to 4 min. Pulverizing leaf tissue resulted in a value of 2. 15 (±O. 11 SE) ~mol GABA per gram fresh weight. Increasing the GABA levels in a synthetic diet from 1.6 to 2.6 Jlffiol GABA per gram fresh weight reduced the growth rates, developmental rates, total biomass (50% reduction), and survival rates (30% reduction) of cultured Oblique banded leaf-roller (OBLR) (Choristonellra rosacealla Harris) larvae. In field experiments OBLR larvae were found predominantly on young terminal leaves which have a reduced capacity to produce GABA in response to mechanical damage. Glutamate decarboxylase (GAD) is a cytosolic enzyme which catalyses the decarboxylation of L-Glu to GABA. GAD is a calmodulin binding enzyme whose activity is stimulated dramatically by increased cytosolic H+ or Ca2 + ion concentrations. Phytophagous insect activity will disrupt the cellular compartmentation of H+ and Ca2 +, activate GAD and subsequent GABA accumulation. In animals GABA is a major inhibitory neurotransmitter. The possible mechanisms resulting in GABA inhibited growth and development of insects are discussed.

Plant rhizosphere specificity and variability in the insect and plant adhesins, Madl and Mad2, within the genus Metarhizium suggest plant adaptation as an evolutionary force

Metarhizium is a soil-inhabiting fungus currently used as a biological control agent against various insect species, and research efforts are typically focused on its ability to kill insects. In section 1, we tested the hypothesis that species of Metarhizium are not randomly distributed in soils but show plant rhizosphere-specific associations. Results indicated an association of three Metarhizium species (Metarhizium robertsii, M. brunneum and M. guizhouense) with the rhizosphere of certain types of plant species. M. robertsii was the only species that was found associated with grass roots, suggesting a possible exclusion of M. brunneum and M. guizhouense, which was supported by in vitro experiments with grass root exudate. M. guizhouense and M. brunneum only associated with wildflower rhizosphere when co-occurring with M. robertsii. With the exception of these co-occurrences, M. guizhouense was found to associate exclusively with the rhizosphere of tree species, while M. brunneum was found to associate exclusively with the rhizosphere of shrubs and trees. These associations demonstrate that different species of Metarhizium associate with specific plant types. In section 2, we explored the variation in the insect adhesin, Madl, and the plant adhesin, Mad2, in fourteen isolates of Metarhizium representing seven different species. Analysis of the transcriptional elements within the Mad2 promoter region revealed variable STRE, PDS, degenerative TATA box, and TATA box-like regions. Phylogenetic analysis of 5' EF-Ia, which is used for species identification, as well as Madl and Mad2 sequences demonstrated that the Mad2 phylogeny is more congruent with 5' EF-1a than Madl. This suggests Mad2 has diverged among Metarhizium lineages, contributing to clade- and species-specific variation. While other abiotic and biotic factors cannot be excluded in contributing to divergence, it appears that plant associations have been the driving factor causing divergence among Metarhizium species.

Alloparental care in a solitary bee

Research into the evolutionary origins of sociality in insect colonies is changing emphasis from understanding how eusociality is maintained to how insects transition from solitary to social lifestyles. The pygmy carpenter bees (Ceratina spp.) offer an excellent model for investigating such factors as they have been historically thought of as solitary but have recently been shown to be socially polymorphic, which may indicate that they are currently in a transitive phase. By utilizing behavioural observation and experimental removal protocols, I show that extended parental care, as well as sibling care in Ceratina calcarata plays an important role in offspring development. I found, upon removal of the mother, that specifically produced ‘dwarf’ female offspring take over parental care roles in the nest. The existence of alloparental care and generational overlap suggests that although they are classified as solitary bees, C. calcarata possess the prerequisite behavioural repertoire for sociality.

Trading nitrogen for carbon: Nitrogen and carbon translocation in a plant/fungal (Metarhizium spp.) symbiosis

While nitrogen is critical for all plants, they are unable to utilize organically bound nitrogen in soils. Therefore, the majority of plants obtain useable nitrogen through nitrogen fixing bacteria and the microbial decomposition of organic matter. In the majority of cases, symbiotic microorganisms directly furnish plant roots with inorganic forms of nitrogen. More than 80% of all land plants form intimate symbiotic relationships with root colonizing fungi. These common plant/fungal interactions have been defined largely through nutrient exchange, where the plant receives limiting soil nutrients, such as nitrogen, in exchange for plant derived carbon. Fungal endophytes are common plant colonizers. A number of these fungal species have a dual life cycle, meaning that they are not solely plant colonizers, but also saprophytes, insect pathogens, or plant pathogens. By using 15N labeled, Metarhizium infected, wax moth larvae (Galleria mellonella) in soil microcosms, I demonstrated that the common endophytic, insect pathogenic fungi Metarhizium spp. are able to infect living soil borne insects, and subsequently colonize plant roots and furnish ts plant host with useable, insect-derived nitrogen. In addition, I showed that another ecologically important, endophytic, insect pathogenic fungi, Beauveria bassiana, is able to transfer insect-derived nitrogen to its plant host. I demonstrated that these relationships between various plant species and endophytic, insect pathogenic fungi help to improve overall plant health. By using 13C-labeled CO2, added to airtight plant growth chambers, coupled with nuclear magnetic resosnance spectroscopy, I was able to track the movement of carbon from the atmosphere, into the plant, and finally into the root colonized fungal biomass. This indicates that Metarhizium exists in a symbiotic partnership with plants, where insect nitrogen is exchanged for plant carbon. Overall these studies provide the first evidence of nutrient exchange between an insect pathogenic fungus and plants, a relationship that has potentially useful implications on plant primary production, soil health, and overall ecosystem stability.

Développement de techniques analytiques pour la détermination des agents anti-infectieux dans les eaux environnementales

Les agents anti-infectieux sont utilisés pour traiter ou prévenir les infections chez les humains, les animaux, les insectes et les plantes. L’apparition de traces de ces substances dans les eaux usées, les eaux naturelles et même l’eau potable dans plusieurs pays du monde soulève l’inquiétude de la communauté scientifique surtout à cause de leur activité biologique. Le but de ces travaux de recherche a été d’étudier la présence d’anti-infectieux dans les eaux environnementales contaminées (c.-à-d. eaux usées, eaux naturelles et eau potable) ainsi que de développer de nouvelles méthodes analytiques capables de quantifier et confirmer leur présence dans ces matrices. Une méta-analyse sur l’occurrence des anti-infectieux dans les eaux environnementales contaminées a démontré qu’au moins 68 composés et 10 de leurs produits de transformation ont été quantifiés à ce jour. Les concentrations environnementales varient entre 0.1 ng/L et 1 mg/L, selon le composé, la matrice et la source de contamination. D’après cette étude, les effets nuisibles des anti-infectieux sur le biote aquatique sont possibles et ces substances peuvent aussi avoir un effet indirect sur la santé humaine à cause de sa possible contribution à la dissémination de la résistance aux anti-infecteiux chez les bactéries. Les premiers tests préliminaires de développement d’une méthode de détermination des anti-infectieux dans les eaux usées ont montré les difficultés à surmonter lors de l’extraction sur phase solide (SPE) ainsi que l’importance de la sélectivité du détecteur. On a décrit une nouvelle méthode de quantification des anti-infectieux utilisant la SPE en tandem dans le mode manuel et la chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem (LC-MS/MS). Les six anti-infectieux ciblés (sulfaméthoxazole, triméthoprime, ciprofloxacin, levofloxacin, clarithromycin et azithromycin) ont été quantifiés à des concentrations entre 39 et 276 ng/L dans les échantillons d’affluent et d’effluent provenant d’une station d’épuration appliquant un traitement primaire et physico- chimique. Les concentrations retrouvées dans les effluents indiquent que la masse moyenne totale de ces substances, déversées hebdomadairement dans le fleuve St. Laurent, était de ~ 2 kg. En vue de réduire le temps total d’analyse et simplifier les manipulations, on a travaillé sur une nouvelle méthode de SPE couplée-LC-MS/MS. Cette méthode a utilisé une technique de permutation de colonnes pour préconcentrer 1.00 mL d’échantillon dans une colonne de SPE couplée. La performance analytique de la méthode a permis la quantification des six anti-infectieux dans les eaux usées municipales et les limites de détection étaient du même ordre de grandeur (13-60 ng/L) que les méthodes basées sur la SPE manuelle. Ensuite, l’application des colonnes de SPE couplée de chromatographie à débit turbulent pour la préconcentration de six anti-infectieux dans les eaux usées a été explorée pour diminuer les effets de matrice. Les résultats obtenus ont indiqué que ces colonnes sont une solution de réchange intéressante aux colonnes de SPE couplée traditionnelles. Finalement, en vue de permettre l’analyse des anti-infectieux dans les eaux de surface et l’eau potable, une méthode SPE couplée-LC-MS/MS utilisant des injections de grand volume (10 mL) a été développée. Le volume de fuite de plusieurs colonnes de SPE couplée a été estimé et la colonne ayant la meilleure rétention a été choisie. Les limites de détection et de confirmation de la méthode ont été entre 1 à 6 ng/L. L’analyse des échantillons réels a démontré que la concentration des trois anti-infectieux ciblés (sulfaméthoxazole, triméthoprime et clarithromycine) était au dessous de la limite de détection de la méthode. La mesure des masses exactes par spectrométrie de masse à temps d’envol et les spectres des ions produits utilisant une pente d’énergie de collision inverse dans un spectromètre de masse à triple quadripôle ont été explorés comme des méthodes de confirmation possibles.

Rôle des facteurs physico-chimiques du micro-environnement intestinal et des boucles inter-hélicales du Domaine I dans l’activité de la toxine insecticide Cry9Ca du bacille de Thuringe

Une fois ingérées par un insecte sensible, les toxines insecticides du bacille de Thuringe doivent être activées par les protéases intestinales de cet insecte. Leur premier domaine, un ensemble de sept hélices-α amphipathiques, est responsable de leur insertion dans la membrane luminale de certaines cellules de l’intestin médian, ce qui crée des pores peu sélectifs. La toxicité et la capacité à former des pores d’une telle toxine, la Cry9Ca, de ses mutants simples R164A et R164K et d’un fragment de 55 kDa résultant d’un clivage protéolytique au niveau de son résidu 164 ont été étudiées à l’aide d’une combinaison de modélisation par homologie, de bioessais, d’expériences de gonflement osmotique avec des vésicules de membrane en bordure en brosse de larves de sphinx du tabac et de mesures électrophysiologiques sur des intestins isolés. Ni les mutations simples ni le clivage protéolytique n’ont altéré la toxicité de la Cry9Ca. Dans une solution à faible force ionique, toutefois, la formation des pores dépend fortement du pH : une augmentation de celui-ci de 6,5 à 10,5 a entraîné une baisse irrégulière et par étapes successives de la perméabilité membranaire. Les quatre préparations de toxine ont néanmoins dépolarisé la membrane apicale d’intestins médians fraîchement isolés baignant dans une solution contenant 122 mM de KCl à pH 10,5. L’activité de la Cry9Ca, et des mutants R164A et R164K, a été grandement stimulée lorsque les expériences ont été effectuées en présence de suc intestinal, de lipides extraits d’un volume équivalent de suc intestinal ou d’un cocktail d’inhibiteurs de protéases solubles dans l’eau. De plus, le rôle des boucles inter-hélicales du Domaine I lors de l’insertion dans la membrane a été étudié avec des mutants doubles de la Cry9Ca dont les mutations introduisaient, neutralisaient ou renversaient une charge électrique. À l’exception de trois d’entres eux, tous ces mutants ont conservé une toxicité et une capacité à former des pores comparables à celles de la toxine parentale. L’ensemble de ces résultats suggère que le micro-environnement de l’intestin médian contribue à minimiser l’influence des charges de surface portées par les résidus des boucles inter-hélicales du Domaine I sur la capacité des toxines du bacille de Thuringe à former des pores. Il indique aussi que, d’une part, selon le site de clivage et les conditions expérimentales utilisées, des protéolyses supplémentaires de la toxine Cry9Ca activée peuvent soit stimuler, soit nuire à son activité et que, d’autre part, le suc intestinal du sphinx du tabac contient probablement un inhibiteur de protéases qui pourrait jouer un rôle important dans l’activité des toxines du bacille de Thuringe.

Dynamique de la biodiversité dans la Serra do Itajaí, Brésil : une approche bioacoustique de la conservation

Le suivi des populations animales et végétales nous a amené à constater une perte importante de la diversité biologique. Les objectifs de la Convention sur la diversité biologique à atteindre pour 2010 sous-tendent la poursuite détaillée de ce suivi à l’échelle mondiale (CBD 2000). Cependant, il est difficile d’avoir une perception d’ensemble de la biodiversité d’un territoire, car les écosystèmes sont des entités dynamiques et évolutives, dans l’espace et dans le temps. Le choix d’un indicateur relevant de l’ensemble des ces caractéristiques devient donc primordial, bien qu’il s’agisse d’une tâche laborieuse. Ce projet propose d’utiliser la bioacoustique comme indicateur environnemental pour faire le suivi des espèces animales en milieu tropical. Afin de faire un suivi à une échelle régionale de la biodiversité, et ce, dans l’un des biomes les plus menacés de la planète, soit celui de la Mata Atlântica brésilienne, ce projet de recherche a comme objectif général de démontrer qu’il est possible d’associer la biophonie (événements sonores), à des événements biologiques (la richesse spécifique animale) en quantifiant des événements sonores (à l’aide des chants produits par les oiseaux, les insectes chanteurs de même que par les anoures) et en tentant de les associer aux fluctuations de la biodiversité. En plus de répondre à cet objectif général, trois objectifs spécifiques ont été définis : 1) comparer la biophonie et l’anthropophonie de milieux soumis à différents niveaux d’anthropisation ou de conservation afin d’évaluer l’impact anthropique sur le milieu, 2) évaluer la variabilité spatiale de la biodiversité, de même que 3) sa variabilité temporelle. Les résultats ont démontré que la biophonie est représentative de la biodiversité d’un milieu, et ce, même dans des conditions de biodiversité maximale puisqu’il existe une très forte relation entre les deux variables. De plus, les résultats révèlent une différence significative dans le ratio anthropophonie/biophonie de milieux soumis à différents niveaux de protection du territoire. La différenciation d’indices de puissance relative (dB/kHz) nous indique également l’importance de la variabilité spatiale et temporelle de la biodiversité, et par conséquent, l’importance de faire le suivi des espèces dans divers milieux et à diverses périodes afin d’obtenir une vision adéquate de la biodiversité régionale.

Épidémiologie du syndrome reproducteur et respiratoire porcin dans deux régions de densités porcines différentes au Québec

Le virus du syndrome reproducteur et respiratoire porcin (SRRP) est actuellement l’une des principales menaces pour la santé des troupeaux porcins. Les multiples voies de transmission complexifient l’épidémiologie de l’infection et en font une maladie particulièrement difficile à contrôler. L’objectif général de ce projet de recherche était de déterminer les facteurs associés au statut SRRP des sites de production afin de mieux comprendre l’épidémiologie de cette maladie au sein de deux régions du Québec ayant des densités porcines différentes. Les stratégies d’introduction des cochettes de remplacement ont d’abord été examinées. Des lacunes importantes ont été identifiées représentant un risque potentiel pour l’introduction du virus ou pour la recirculation d’une souche endémique au sein d’un troupeau reproducteur. Ainsi, appliquée à titre de stratégie de contrôle, l’acclimatation s’est révélée particulièrement problématique. Les principes de base étaient peu respectés, pouvant donc avoir un impact négatif considérable sur la circulation virale au sein du troupeau et potentiellement sur le voisinage immédiat. La fréquence de plusieurs mesures de biosécurité externe a ensuite été évaluée, permettant d’identifier certains problèmes dont ceux touchant principalement les mesures d’hygiène relatives au protocole d’entrée. Des différences de fréquence entre les régions et les types de production ont également été notées, ce qui peut orienter les interventions de rehaussement. Une classification multivariée a permis de grouper les sites en différents patrons de biosécurité pour constituer par le fait même un index de biosécurité. Cette étape a permis d’évaluer l’association entre certaines caractéristiques de l’élevage et le niveau de biosécurité indiqué par l’index. La distribution géographique des patrons au sein des deux régions, couplée à la détection d’agrégats spatiaux de sites ayant un patron similaire, a également permis de cibler davantage les interventions en fonction de la localisation des sites. Suite à l’investigation du statut SRRP des sites, une prévalence apparente très élevée a été obtenue pour les deux régions, complexifiant le contrôle de la maladie. L’étude de facteurs de risque dans la région de densité modérée a mis en évidence quatre facteurs associés au statut SRRP positif des sites, soit un inventaire important, la proximité du site porcin immédiat, l’absence de douche ainsi que le libre accès au site par l’équarrisseur. Une action préventive intégrant des mesures de biosécurité spécifiques peut donc être entreprise directement à la ferme au regard des deux derniers facteurs. Le fait d’utiliser un index de biosécurité plutôt que des mesures de biosécurité spécifiques a également été évalué. Les résultats ne supportent pas l’index global dans l’évaluation de l’association entre la biosécurité et le statut SRRP des sites de production. Finalement, la corrélation entre les distances génétique, euclidienne et temporelle des souches de SRRP, considérant également l’appartenance au même ou à des propriétaires différents, a été évaluée au sein de la région de haute densité. Une corrélation positive entre la distance génétique et euclidienne observée jusqu’à 5 km a souligné l’importance de la propagation régionale impliquant les aérosols, les insectes, d’autres espèces animales ou les objets inanimés. De plus, les souches génétiquement similaires appartenaient davantage à des sites ayant le même propriétaire, ce qui sous-tend des mécanismes de transmission impliquant une source commune d’animaux, d’employés, d’équipement, voire de véhicules.

L'interaction entre les savoirs écologiques traditionnels et les changements climatiques : les Cris de la Baie-James, la bernache du Canada et le caribou des bois

Cette étude vise à identifier les effets des changements climatiques sur les activités de subsistance traditionnelles des chasseurs cris de la Baie-James. De nombreuses études se penchent sur les changements climatiques, mais relativement peu d’entre elles traitent de leurs effets socio-économiques et socioculturels sur les populations dans le Subarctique du Québec. Cette thèse explore les mécanismes d’intégration des connaissances scientifiques au savoir écologique traditionnel (SET) ; une intégration prônée par de nombreux chercheurs comme l’évolution souhaitable dans la recherche sur le SET et sur ses applications. L’étude de cette intégration se fait ici à l’aide d’une analyse des perceptions des chasseurs de l’Association des Trappeurs Cris concernant les effets des changements climatiques, avec l’accent sur les activités de subsistance traditionnelles en lien avec la bernache du Canada et le caribou des bois, deux espèces importantes culturellement. Une approche combinant l’aspect théorique de l’ethnoécologie et l’aspect pratique de l’étude de cas a été utilisée. Diverses sources de données ont été employées : l’analyse documentaire et cartographique, les questionnaires et les entrevues ouvertes et semi-dirigées. Cette recherche met en évidence des variations dans l’observation des changements climatiques et dans la perception de leurs effets par les chasseurs cris selon la localisation de leur communauté. Certains effets sont ressentis de la même façon par tous. Ainsi, les participants de toutes les communautés s’inquiètent des dangers liés à une fragilité accrue de la glace sur les lacs et les rivières. Cependant, ce sont surtout les membres des communautés côtières qui s’alarment du déplacement des bernaches vers l’intérieur du territoire. Ils sont aussi les seuls à ne pas percevoir de baisse du nombre de caribous des bois sur leurs lignes de trappe. Les effets des changements climatiques paraissent avoir un impact sur le mode de vie traditionnel cri en lien avec la bernache du Canada et le caribou des bois et affecter la transmission du savoir traditionnel vers les nouvelles générations quant au caribou des bois. Les résultats montrent aussi que la combinaison du SET et des données scientifiques permet de compléter le portrait de l’évolution du climat et des espèces (par ex. : variation du climat entre la côte et l’intérieur du territoire, apparition du cerf de Virginie et du coyote sur le territoire) et d’élaborer de nouvelles pistes de recherches et des hypothèses qui n’auraient pas été autrement identifiées (par ex. : causes d’un changement dans la structure de la gla ce, évolution des aires de répartition des sous-espèces de bernaches, impact des insectes suceurs-piqueurs sur la santé des caribous). Elle facilite également l’identification et la compréhension des enjeux et des processus d’adaptation qui ont lieu dans les communautés cries de la Baie-James (par ex. : diminution de la consommation du caribou, maintien de la consommation de la bernache, dangers accrus dans les déplacements liés à la fragilité de la glace ou à la difficulté à prévoir les schèmes climatiques). L’utilisation combinée du SET et du savoir scientifique permet de mieux appréhender les effets des changements climatiques et les dynamiques socioculturelles et environnementales complexes du territoire de la Baie-James.