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National audience; The filamentous yeast Candida albicans is a benign member of the healthy human microbiota but can also turn into an opportunistic pathogen in immunocompromised patients. The morphological plasticity of C. albicans is a major virulence factor. Hyphae i.e. elongated multi-cellular invasive filaments, and unicellular ovaloid yeasts, respectively participate toinvasion and dissemination in the tissues and bloodstream. The reversible yeast-to-hypha phenotypic switches depend on the physicochemical properties of C. albicans environment, notably pH, temperature and growth factors. C. albicans also secretes farnesol, a quorum-sensing molecule that is involved in inhibiting hyphal induction.In contrast to the impact of chemical parameters, little is known about how mechanical forces affect the growth phenotype. To this end, we have developed dedicated microfluidic devices allowing both live-cell imaging and high-throughput experiments to quantify the impact of compressive stress on the yeast-to-hypha transition. The principle of our devices isbased on the emergence of growth-induced pressure when cells proliferate in confined space.Using these devices, we observed expression of the hyphal-specific gene HWP1 under small compressive stress intensities. Yeast-to-hypha transition probability in the confined population seems modulated by the concentration of secreted farnesol and cell-division rate under pressure. To describe the local accumulation of farnesol in the dense population, wepropose a theoretical model of 1D advection-diffusion in a porous medium, based in particular on the Kozeny-Carman approximation. The results obtained suggest a significant underestimation of the hydrodynamic resistance of the porous material. This limitation opens new questions about the transport in a porous environment, composed of deformable and growing yeasts. The model predicts the temporal dynamics when advection is effective. Our results suggest that, taking inhibition into account, the efficiency of induction by pressure is as strong as a known inductive stress such as the addition of serum at 37°C.Single-cell characterization of HWP1 gene expression suggests a regulated mechanism during induction that compensates for biophysical pressure limitation. Single-cell reporter expression also showed that higher compressive stress values (hundreds of kPa) limits hyphal-growth maintenance. In contrast, observation of hyphae in a second uncompressed chamber showed that hyphal epigenetic program is maintained upon mechanical relaxation. Together, the results of this thesis suggest that growth-induced pressure promotes phenotype change in C. albicans, and that this transition is stable. These results pave the way for the investigation of the mechanical regulation of the yeast-to-hypha transition and its link with the pathogenicity of C. albicans.; La levure filamenteuse Candida albicans est un membre bénin du microbiote chez l'humain en bonne santé. Cependant, cet organisme peut devenir un pathogène opportuniste, particulièrement chez les patients immunodéprimés. La plasticité morphologique de C. albicans est un facteur majeur de sa virulence. Les hyphes, de longs filaments multicellulaires et invasifs, et les levures unicellulaires de forme ovaloïde, supportent respectivement l'invasion et la dissémination dans les tissues et le système sanguin. La transition de phénotype réversible levure-vers-hyphe dépend de multiples paramètres physico-chimiques de l'environnement de Candida, notamment le pH, la température et des facteurs de croissance. C. albicans sécrète également du farnésol, une molécule de quorum-sensing qui est impliquée dans l'inhibition de l'induction hyphale. Contrairement à l'impact des paramètres chimiques, la manière dont les for! ces mécaniques peuvent affecter le phénotype adopté reste peu renseignée. Nous avons utilisé des dispositifs microfluidiques permettant l'imagerie de cellules vivantes et des expériences à haut débit afin de quantifier l'impact de contraintes compressives sur la transition levure-hyphe. Le principe de ce dispositif repose sur l'émergence de la pression induite par la croissance des cellules sous confinement spatial. En utilisant ces dispositifs, nous avons observé l'expression d'un gène spécifique à la croissance hyphale (HWP1) sous de faibles intensités de forces compressives. La probabilité d'induction levure-hyphe dans la population confinée semble modulée par la concentration de farnésol sécrété, et par le taux de division sous pression. Pour décrire l'accumulation locale de farnésol dans la population dense, nous proposons un modèle théorique d'advection-diffusion 1D en milieu poreux reposant notamment sur l'approximation de Kozeny-Carman. Les ! résultats obtenus suggèrent une sous-estimation importante de la résistance hydrodynamique du poreux. Cette limitation ouvre de nouvelles questions sur le transport dans un poreux constitué de levures déformables et en croissance. Le modèle prédit la dynamique temporelle lorsque l'advection est efficace. Nos résultats suggèrent qu'en dehors de toute inhibition, l'efficacité d'induction par la pression est aussi forte qu'un stress inductif connu tel que l'addition de sérum à 37°C. La caractérisation de l'expression du gène HWP1 en cellule-unique suggère que la dynamique d'induction est régulée et compense la limitation biophysique de la pression. En parallèle, la maintenance du programme épigénétique hyphal semble limitée sous plus forte pression (centaine de kPa) via un ralentissement de la croissance. En revanche, la croissance hyphale est maintenue lorsque les hyphes accèdent à un second compartiment permettant la relaxation mécanique. Ensemble, ! les résultats de cette thèse suggèrent que la pression induite par l! a croissance confinée favorise le changement de phénotype chez C. albicans et que cette transition est stable. Ces résultats ouvrent la voie à de nouvelles investigations sur la régulation par la mécanique de cette transition et son lien avec la pathogénicité de C. albicans.

Plants exhibit plasticity in response to various external conditions, characterized by changes in physiological and morphological features. Although being non-negligible, compared to the other environmental factors, the effect of wind on plant growth is less extensively studied, either experimentally or computationally. This study aims to propose a modeling approach that can simulate the impact of wind on plant growth, which brings a biomechanical feedback to growth and biomass distribution into a functional–structural plant model (FSPM). Tree reaction to the wind is simulated based on the hypothesis that plants tend to fit in the environment best. This is interpreted as an optimization problem of finding the best growth-regulation sink parameter giving the maximal plant fitness (usually seed weight, but expressed as plant biomass and size). To test this hypothesis in silico, a functional–structural plant model, which simulates both the primary and secondary growth of stems, is coupled with a biomechanical model which computes forces, moments of forces, and breakage location in stems caused by both wind and self-weight increment during plant growth. The Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II (NSGA-II) is adopted to maximize the multi-objective function (stem biomass and tree height) by determining the key parameter value controlling the biomass allocation to the secondary growth. The digital trees show considerable phenotypic plasticity under different wind speeds, whose behavior, as an emergent property, is in accordance with experimental results from works of literature: the height and leaf area of individual trees decreased with wind speed, and the diameter at the breast height (DBH) increased at low-speed wind but declined at higher-speed wind. Stronger wind results in a smaller tree. Such response of trees to the wind is realistically simulated, giving a deeper understanding of tree behavior. The result shows that the challenging task of modeling plant plasticity may be solved by optimizing the plant fitness function. Adding a biomechanical model enriches FSPMs and opens a wider application of plant models.

Functional–structural plant modelling approaches (FSPM) explore the relationships between the 3D structure and the physiological functioning of plants in relation to environmental conditions. In this study, we present a methodological approach that integrated architectural responses to planting design in an oil palm FSPM, and test the impact of planting design and architectural plasticity on physiological responses such as light interception and carbon assimilation. LiDAR-derived and direct measurements were performed on five planting designs to assess the phenotypic plasticity of architectural traits, and allowed evaluating the variations of the main parameters of an existing 3D plant model. Accordingly, we proposed a neighbourhood index (NI) as a simple explanatory variable of architectural plasticity, and used NI-based allometries to simulate architectural variations in 3D virtual plants. Light interception and carbon assimilation were then simulated on virtual plots reproducing the five studied designs. We found that the main traits affected by plant proximity were leaf dimensions, leaf weight and leaf erectness, whereas other structural traits like the frequency of leaflets along the rachis or biomechanical properties of leaves remained unchanged. Our simulation study highlighted model compliance to reproduce architectural plasticity and illustrated how architectural plasticity improved light interception via leaf area expansion, but how the competition for light imposed by the design can counterbalance this benefit in terms of carbon assimilation at stand scale. We conclude on the importance of planting patterns for plants with low architectural plasticity such as oil palm, and how in silico experiments can help in designing innovative planting patterns.

Le phylum Hemichordata est composé exclusivement d'organismes marins et, avec les embranchement Echinodermata et chordata, il forme le groupe des Deutérostomes sur l'arbre de la vie des animaux. Dans les chapitres d'introduction et le deuxième, je donne un aperçu des hémichordés, y compris les enteropneustes solitaires et les pterobranches coloniaux et je les défini dans un contexte évolutif ou phylogénétique. Les enteropneustes sont souvent considérés comme le meilleur proxy vivant de l'ancêtre des deutérostomes. Les ptérobranches comprennent les Cephalodiscida et les Graptolithina. Les graptolites (graptos = écrit, lithos = roche) sont principalement représentés par des espèces fossiles remontant à la Période Cambrienne, il y a plus de 500 millions d'années. Ces «écritures dans la roche» sont largement connues et étudiées par les paléontologues et sont si abondantes qu'elles sont utilisées comme fossiles indicateurs pour identifier les couches sédimentaires. Les graptolites sont éteints sauf pour cinq espèces benthiques appartenant au genre Rhabdopleura, membres de la famille Rhabdopleuridae, que j'examine en détail dans le chapitre trois. Rhabdopleura recondita de la mer Méditerranée fait l'objet de cette thèse. Il est courant le long des côtes sud de l'Italie d'où je l’ai échantillonné en plongée sous- marine. Il est inhabituel que des colonies résident cachées à l'intérieur de la zoaria des bryozoaires morts. Seuls les tubes érigés font saillie à partir de la matrice de l'hôte. Les chapitres quatre et cinq sont les contributions les plus significatives de cette thèse, avec un accent sur les tubes de R. recondita. Le chapitre quatre fournit des observations de la construction de tubes par R. recondita gardé en captivité. J'ai observé la capacité des larves, des zooïdes et des colonies à sécréter de nouveaux tubes en présence et en l'absence du matériel hôte du zoarium bryozoaire. Nous avons découvert que la colonisation larvaire et la sécrétion du dôme peuvent se produire sans l'hôte bryozoaire, mais la croissance continue de la colonie nécessite le substrat de l'hôte. Les zooïdes adultes ne peuvent reformer de nouveaux tubes que s'ils sont capables de s'abriter à l'intérieur du matériel hôte. Un résultat surprenant des observations des zooïdes a été la sécrétion d'un opercule et d'un tube évasé. Les colonies qui avaient des tubes érigés enlevés ont pu fabriquer de nouveaux tubes, mais à un faible nombre. Une étude parallèle a été réalisée sur des colonies dont les tubes avaient été retirés, puis cultivées dans des canaux à quatre vitesses d'écoulement. Cette expérience a été conçue pour induire une réponse plastique phénotypique à l'écoulement. Au lieu de cela, je n'ai trouvé aucune différence significative dans la longueur du tube ou le nombre de tubes en réponse à quatre vitesses d'écoulement. Ce résultat suggère que le développement du tube de R. recondita peut être canalisé ou fixé. Il est significatif car il suggère que de petites différences qui distinguent les espèces primitives de graptolites encroûtantes sont bonnes. Le chapitre cinq porte sur la composition des tubes de R. recondita. Plusieurs hypothèses et de nombreuses analyses ont été faites sur ce sujet, mais aucune n'a été concluante. J'utilise ici la génomique et la bioinformatique, l'immunochimie et la spectroscopie et rejette les hypothèses selon lesquelles les tubes sont de la kératine ou de la cellulose. Au lieu de cela, j'ai trouvé huit gènes de chitine synthase dans le génome et le trascriptome, un complexe composé d'un polysaccharide semblable à la chitine, d'une protéine, d'un acide gras et de composants élémentaires inattendus. Cette étude est significative car elle ferme la porte sur une ancienne hypothèse de composition de tube de graptolite et révèle qu'il s'agit d'une structure complexe comprenant de la chitine. Le chapitre de conclusion est un bref résumé des résultats et une réflexion sur les aveenues potentiellement fructueuse pour des recherches futures., The phylum Hemichordata is comprised of exclusively marine organisms, and together with the Echinodermata and Chordata forms the Deuterostomia branch on the animal tree of life. In the introductory and second chapters I provide a background on Hemichordata including the solitary Enteropneusta and the colonial Pterobranchia and define them in an evolutionary or phylogenetic context. The enteropneusts are often regarded as the best living proxy of the deuterostome ancestor. Pterobranchs, include the Cephalodiscida and Graptolithina. Graptolites (graptos=written, lithos=rock) are mostly represented by fossil species dating back to the Cambrian Period, more than 500 million years ago. These “writings in the rock” are widely known and studied by paleontologists and are so abundant that they are used as index fossils to identify sedimentary layers. Graptolites are extinct but for five benthic species belonging to the genus Rhabdopleura, members of the Rhabdopleurida, which I extensively review in chapter three. Rhabdopleura recondita from the Mediterranean Sea is the subject of this thesis. It is common along the south coasts of Italy from where I sample it by SCUBA diving. It is unusual in that colonies reside hidden inside of the zoaria of dead bryozoans. Only erect tubes project from the host matrix. Chapters four and five are the most significant contributions of this thesis, with a focus on R. recondita tubes. Chapter four provides observations of tube building by R. recondita kept in captivity. I observed larvae, zooids and colonies abilities to secrete new tubes in the presence and absence of the bryozoan zoarium host material. We discovered that larval settlement and dome secretion can occur without the bryozoan host, but the continued growth of the colony requires the host substrate. Adult zooids can reform new tubes only if they are able to shelter inside of host material. A surprising result from the zooid observations was the secretion of an operculum and a flared tube. Colonies that had erect tubes removed were able to make new tubes, but fewer in number. A parallel study was done on colonies that had tubes removed and then were cultured in channels at four flow velocities. This experiment was designed to induce a phenotypic plastic response to flow. Instead, I found no significant difference in tube length or tube number in response to four flow velocities. This result suggests that the tube development of R. recondita may be canalized, or fixed. It is significant because it suggests that small differences that distinguish primitive, encrusting graptolite species, are good. Chapter five is on the composition of R. recondita tubes. Several hypotheses and numerous analysis have been done on this topic, but none were conclusive. Here I use genomics and bioinformatics, immunochemistry and spectroscopy and reject the hypotheses that the tubes contain keratin or cellulose. Instead I found eight chitin synthase genes in the genome and transcriptome, a complex made of a chitin-like polysaccharide, protein, fatty acid and unexpected elemental components. This study is significant because it closes the door on old hypothesis of graptolite tube composition and reveals that it is a complex structure including chitin. The conclusion chapter is a brief summary of the results and a reflection on fruitful avenues of future research.

The understanding of the molecular mechanisms that allows the rapid adaptation of mollusks that are vector of parasites, to new environments is important for disease control. Rapid adaptation is difficult to explain by traditional Mendelian genetics and there is strong evidence supporting that epigenetic mechanisms, are behind rapid adaptations in other species. I studied one epigenetic mark called DNA methylation that has demonstrated to be environmentally modulated and to play a role in phenotypic plasticity in many species, principally plants and vertebrates. Nevertheless, the role of DNA methylation in generating phenotypic variation in invertebrates has been poorly studied. I addressed the question of the role of DNA methylation in the generation of phenotypic plasticity and its heritability in the snail Biomphalaria glabrata, the intermediate host of the parasite Schistosoma mansoni, the causal agent of schistosomiasis, a neglected tropical disease. DNA methylation in B. glabrata has been found to be modulated by the infection of the parasite S. mansoni and by environmental stress, furthermore, it was demonstrated that DNA methylation affects its gene expression, suggesting that DNA methylation can affect phenotypic variation and therefore the adaptation of the snail to new environments. To study the role of DNA methylation in the generation of phenotypic variation, experimental manipulation of the DNA methylation in the snail was necessary. Therefore, two approaches were proposed in this thesis to introduce epimutations in the snail B. glabrata: 1) Random epi-mutagenesis using chemical DNA methyltransferase (DNMT) inhibitors and by consequent segregation of epimutations in self-fertilization lines and 2) Methylate the cytosines of a targeted locus with a targeted epigenome editing tool consisting in the use of the DNA methyltransferase (DNMT3) construct fused to the nuclease-inactivated dCas9. For the random epi-mutagenesis approach, a novel DNMT inhibitor has shown methylation inhibiting effects in two subsequent generations, showing a2multigenerational epigenetic effect and without showing toxic effects in either survival nor fecundity of the snail B. glabrata. In addition, the inhibitor Flv1 has been shown to be effective in other two mollusk species, the freshwater snail Physa acuta and the pacific oyster Crassostrea gigas, which suggests that this inhibitor represents a molecular tool to modulate the methylation of DNA in other mollusks. In the case of the targeted epimutagenesis approach, I used a transfection method that allows introducing two plasmid vectors with an SV40 viral promoter in vivo in embryos of the snail B. glabrata. The transfection was performed at the gastrula stage, which resulted in mosaic incorporation of the vector into the transfected cells. However, the method was able to methylate some CpG sites of the targeted gene.; La compréhension des mécanismes moléculaires qui permettent l'adaptation rapide des mollusques vecteurs de parasites à de nouveaux environnements est importante pour le contrôle des maladies. L'adaptation rapide est difficile à expliquer par la génétique mendélienne traditionnelle et il existe des preuves solides qui soutiennent que les mécanismes épigénétiques sont à l'origine des adaptations rapides chez plusieurs espèces. Je me suis focalisée sur une marque épigénétique appelée la méthylation de l’ADN, qui est modulée par l'environnement et joue un rôle dans la plasticité phénotypique chez de nombreuses espèces, principalement les plantes et les vertébrés. Néanmoins, le rôle de la méthylation de l'ADN dans la génération de variations phénotypiques chez les invertébrés a été très peu étudié. J'ai abordé la question du rôle de la méthylation de l'ADN dans la génération de la plasticité phénotypique et de son héritabilité chez l'escargot B. glabrata, l'hôte intermédiaire du parasite Schistosoma mansoni, l'agent pathogène de la schistosomiase, une maladie tropicale négligée. La méthylation de l'ADN chez B. glabrata est régulée par l'infection3du parasite S. mansoni et par le stress environnemental, de plus, il a été démontré que la méthylation de l'ADN affecte son expression génique, suggérant que la méthylation de l'ADN peut affecter la variation phénotypique et donc l'adaptation de l'escargot à de nouveaux environnements. Pour étudier le rôle de la méthylation de l'ADN dans la génération de la variation phénotypique, une manipulation expérimentale de la méthylation de l'ADN chez l'escargot était nécessaire. Par conséquent, deux approches ont été proposées dans cette thèse pour introduire des épimutations chez l'escargot B. glabrata: 1) Épi-mutagenèse aléatoire en utilisant des inhibiteurs chimiques des enzymes ADN methyltransferases (DNMT) et par ségrégation conséquente des épimutations dans des lignées d'autofécondation et 2) Par la méthylation des cytosines d'un locus ciblé avec un outil d'édition épigénétique qui consiste à l'utilisation d'une vecteur plasmidique codant pour l’ADN méthyltranférase (DNMT3) fusionnée avec l’enzyme dCas9 (Cas9 avec l’activité nucléase désactivé). Pour l’approche d’épimutagenèse aleatoire, un nouvel inhibiteur des enzymes DNMT a montré des effets d’inhibition de la méthylation dans deux générations consécutives, en montrant un effet épigénétique multigénérationnelle et sans montrer d’effet toxique ni dans la survie ni dans la fécondité de l’escargot B. glabrata. De plus l’inhibiteur Flv1 a montré être efficace dans deux autres espèces de mollusques, l’escargot d’eau douce Physa acuta et l’huître creuse Crassostrea gigas, ce qui suggère que cet inhibiteur représente un potentiel outil moléculaire pour moduler la méthylation de l’ADN chez d’autres mollusques. Dans le cas de l’approche ciblée, j’ai utilisé une méthode de transfection qui permet d’introduire deux vecteurs plasmidiques avec un promoteur viral SV40 de façon in vivo dans des embryons de l’escargot B. glabrata. La transfection a été effectuée au stade gastrula, ce qui a entrainé une incorporation mosaïque du vecteur dans les cellules transfectées. Toutefois, la méthode a permis de méthyler certains sites CpG du gène ciblé.

The study of domestication can provide us with valuable information both on our history and the development of our societies, but also on the evolution of species and the biological processes that have led to the diversity of living forms today. The domestication process can be synthesized in two stages : the contact between the potential domesticated species and the human ecosystem, then its evolutionary adaptation to life within the human environment over the generations. Thus to study domestication it is necessary for archaeologists to find traces of these two stages in archaeological remains. Although evolutionary adaptation leaves a large number of morphological markers that allow us to study domestication without difficulty once it is properly initiated, the process of the early interactions on the other hand, leaves very few traces. This thesis aims to identify and characterize two markers of early process of domestication : the morphological skeletal consequences of growth in captivity in wild boar (Sus scrofa) on the calcaneus and humerus. These potential markers will be used to develop new methods to detect the early stages of the domestication process in wild boar in an archaeological context. The hypothesis being tested is that a change in the behavior of an individual with reduced mobility can lead to observable and measurable changes in bone morphology. This thesis is based on the DOMEXP ANR experimental domestication project in which wild boars were bred in captivity for two years and scanned throughout their growth to study the impact of captivity on their bone anatomy. Our results show that captivity induces a plastic morphological response for both markers, and the application of these two methods on Neolithic suines showed that the morphology of Western European suines changed during the Neolithic, which could be considered as a consequence of the arrival of a new management system based on increased population control. Moreover, the presence of small specimens evokes the possibility of a commensal trajectory. These results could be complemented by isotopic and genomic approaches in order to provide a more complete picture of this period.; L’étude de la domestication peut nous apporter des informations capitales à la fois sur notre histoire et le développement de nos sociétés, mais également sur l’évolution des espèces et les processus biologiques qui ont mené à la diversité des formes vivantes actuelles. On peut synthétiser le processus de domestication en deux étapes : la mise en relation entre la potentielle espèce domestique et l’Homme, puis son adaptation évolutive à la vie avec l’Homme au fil des générations. Ainsi pour étudier la domestication il est nécessaire pour les archéologues de trouver des traces de ces deux étapes dans les restes archéologiques. Bien que l’adaptation évolutive laisse un grand nombre de marqueurs morphologiques qui nous permettent d’étudier sans peine la domestication une fois qu’elle est bien amorcée, la mise en relation en revanche ne laisse que très peu de traces. Cette thèse vise à identifier et caractériser deux marqueurs du contact entre un animal et l’Homme : les conséquences morphologiques osseuses de la croissance en captivité sur le calcanéus et l’humérus chez les ongulés, en prenant comme modèle le sanglier (Sus scrofa). Ces éventuels marqueurs serviront à développer de nouvelles méthodes pour détecter les premières étapes du processus de domestication chez le sanglier en contexte archéologique. L’hypothèse testée est que le changement de comportement d’un individu dont la mobilité est réduite peut laisser une emprunte observable et mesurable dans la morphologie osseuse. Cette thèse fait partie du projet ANR DOMEXP de domestication expérimentale dans laquelle des sangliers ont été élevés en captivité pendant deux ans et scannés tout au long de leur croissance pour étudier l’impact de la captivité sur leur anatomie osseuse. Nos résultats montrent que la captivité induit une réponse morphologique plastique pour les deux marqueurs, et l’application de ces deux méthodes sur des suinés du Néolithique a montré que lamorphologie des suinés d’Europe de l’Ouest a changé au cours du Néolithique, ce qui pourrait être considéré comme la conséquence de l’arrivée d’un nouveau système de gestion basé sur un contrôle accru des populations. De plus la présence de spécimens de petite taille évoque la possibilité d’une trajectoire commensale. Ces résultats pourraient être complétés par des approches isotopiques et génomiques afin de fournir une vision plus complète de cette période.

Intensive agriculture homogenizes landscape and reduces the proportion of natural habitats, thus altering wildlife ecology. In addition to landscape fragmentation, intensive agriculture is responsible for the release of chemicals into non-target environments, such as aquatic environments, which are particularly affected by this contamination. The transfer of these molecules to aquatic environments occurs though runoff or soil erosion. Pesticides can accumulate in large quantities in slow-flux habitats such as ponds and vernal-pools, potentially creating ecological traps for the species that inhabit them. Amphibians are sentinel species of their ecosystems and are particularly sensitive to agricultural chemicals, especially because of their particularly permeable skin. In addition, part of their complex (biphasic) life cycle takes place in lentic environments, which are likely to be highly contaminated. During my thesis, I studied the effects of agricultural activities on an amphibian species that is widespread in agricultural and forest environments, the spined toad (Bufo spinosus). To understand the consequences of agricultural activities on the ecology and physiology of this species, I studied the effects of habitat characteristics (structure and contamination) on different developmental stages (embryos, larvae, adults). To achieve these objectives, I used two methodological approaches: (i) a field approach to measure morphological and physiological differences of adult male populations in contrasting habitats; and, (ii) an experimental approach under controlled conditions to distinguish the effects of exposure period and concentration of different contaminants on key developmental phases of this species. The results indicate that male adult populations show different allometric relationships depending on the habitat (agricultural, intermediate or forest) and that these differences probably result from evolutionary mechanisms related to phenotypic plasticity. Indeed, preliminary population genetic analyses do not detect genetic divergence among the populations studied, suggesting that physical or chemical habitat characteristics result in different response norms among populations. The observed allometric relationships could be the result, at least in part, of developmental plasticity due to environmental contamination within breeding sites. Studies of exposure to two herbicides (a legacy contaminant metabolite and an emerging contaminant) over ontogeny in this species showed us that contamination results in variability in morphological (size and body proportion), physiological (oxidative stress) and behavioral responses that suggest that there may be endocrine disruption mechanisms operating at very low concentrations. In addition, contamination negatively influences fitness proxies in exposed individuals (size and mass at metamorphosis, survival) which could ultimately alter recruitment, reproduction and population sustainability of spined toads., L'agriculture intensive homogénéise le paysage et réduit la part des habitats naturels, altérant ainsi l'écologie de la faune sauvage. Outre cette fragmentation du paysage, l'agriculture intensive est responsable du rejet de produits phytosanitaires dans les milieux non-cibles, comme les milieux aquatiques particulièrement touchés par cette contamination. Les phénomènes de ruissellement ou d'érosion des sols transfèrent ces molécules vers les milieux aquatiques. Les pesticides peuvent s'accumuler en grande quantité́ dans les milieux à faible courant tels les étangs ou les mares, constituant potentiellement des pièges écologiques pour les espèces y habitant. Les amphibiens sont des espèces indicatrices de leurs écosystèmes et sont particulièrement sensibles aux intrants agricoles, notamment parce qu’ils sont caractérisés par une peau particulièrement perméable. En outre, une partie de leur cycle de vie complexe (bi-phasique) a lieu dans les environnements lentiques potentiellement soumis à la contamination. Pendant ma thèse, j’ai étudié les effets des activités agricoles sur une espèce d’amphibien répandue en milieu agricole et forestier, le crapaud épineux (Bufo spinosus). Pour comprendre les conséquences des activités agricoles sur l'écologie et la physiologie de cette espèce, j’ai étudié les effets des caractéristiques de l’habitat (structure et contamination) sur différents stades de développement (embryons, larves, adultes). Afin de remplir ces objectifs, j’ai utilisé deux approches méthodologiques : (i) une approche de terrain visant à mesurer les différences morphologiques et physiologiques de populations de mâles adultes selon des habitats constrastés ; puis, (ii) des expérimentations en conditions contrôlées afin de distinguer les effets de la phase d’exposition et de la concentration des différents contaminants sur les phases clefs du développement de cette espèce. Les résultats indiquent que les populations de mâles adultes montrent des relations allométriques différentes selon l’habitat (agricole, intermédiaire ou forestier) et que ces différences résultent probablement de processus liés à la plasticité phénotypique. En effet, les analyses préliminaires de génétique de population ne détectent pas de divergence génétique entre les populations étudiées ce qui suggère que les caractéristiques physiques ou chimiques de l’habitat entraînent des normes de réactions différentes chez les populations. Les relations allométriques observées pourraient être la résultante, au moins en partie, d’une plasticité développementale due à la contamination environnementale des sites de reproduction. Les études de l’exposition à deux herbicides (un métabolite de contaminant historique et un contaminant émergent) sur les phases de développement de cette espèce nous a montré que la contamination entraîne de la variabilité dans les réponses morphologiques (taille et proportion corporelle), physiologiques (stress oxydant) et comportementales qui suggèrent des mécanismes de perturbation endocrinienne opérants à très faible concentration. De plus, la contamination influence négativement des proxys de la fitness chez les individus exposés (taille et masse à la métamorphose, survie) ce qui pourrait à terme altérer le recrutement, la reproduction et la pérennité des populations de crapauds épineux.

International audience; Wild and farmed animals are key elements of natural and managed ecosystems that deliver functions such as pollination, pest control and nutrient cycling within the broader roles they play in contributing to biodiversity and to every category of ecosystem services. They are subjected to global changes with a profound impact on the natural range and viability of animal species, the emergence and spatial distribution of pathogens, land use, ecosystem services and farming sustainability. We urgently need to improve our understanding of how animal populations can respond adaptively and therefore sustainably to these new selective pressures. In this context, we explored the common points between animal production science and animal ecology to identify promising avenues of synergy between communities through the transfer of concepts and/or methodologies, focusing on seven concepts that link both disciplines. Animal adaptability, animal diversity (both within and between species), selection, animal management, animal monitoring, agroecology and viability risks were identified as key concepts that should serve the cross-fertilization of both fields to improve ecosystem resilience and farming sustainability. The need for breaking down interdisciplinary barriers is illustrated by two representative examples: i) the circulation and reassortment of pathogens between wild and domestic animals and ii) the role of animals in nutrient cycles, i.e. recycling nitrogen, phosphorus and carbon through, for example, contribution to soil fertility and carbon sequestration. Our synthesis identifies the need for knowledge integration techniques supported by programmes and policy tools that reverse the fragmentation of animal research toward a unification into a single Animal Research Kinship, OneARK, which sets new objectives for future science policy. At the interface of animal ecology and animal production science, our article promotes an effective application of the agroecology concept to animals and the use of functional diversity to increase resilience in both wild and farmed systems. It also promotes the use of novel monitoring technologies to quantify animal welfare and factors affecting fitness. These measures are needed to evaluate viability risk, predict and potentially increase animal adaptability and improve the management of wild and farmed systems, thereby responding to an increasing demand of society for the development of a sustainable management of systems.

Quinoa is a crop originating in the Andes but grown more widely and with the genetic potential for significant further expansion. Due to the phenotypic plasticity of quinoa, varieties need to be assessed across years and multiple locations. To improve comparability among field trials across the globe and to facilitate collaborations, components of the trials need to be kept consistent, including the type and methods of data collected. Here, an internationally open-access framework for phenotyping a wide range of quinoa features is proposed to facilitate the systematic agronomic, physiological and genetic characterization of quinoa for crop adaptation and improvement. Mature plant phenotyping is a central aspect of this paper, including detailed descriptions and the provision of phenotyping cards to facilitate consistency in data collection. High-throughput methods for multi-temporal phenotyping based on remote sensing technologies are described. Tools for higher-throughput post-harvest phenotyping of seeds are presented. A guideline for approaching quinoa field trials including the collection of environmental data and designing layouts with statistical robustness is suggested. To move towards developing resources for quinoa in line with major cereal crops, a database was created. The Quinoa Germinate Platform will serve as a central repository of data for quinoa researchers globally. EEA Famaillá Fil: Stanschewski, Clara S. King Abdullah University of Science and Technology. Center for Desert Agriculture, Biological and Environmental Sciences and Engineering Division; Arabia Saudita Fil: Rey, Elodie. King Abdullah University of Science and Technology. Center for Desert Agriculture, Biological and Environmental Sciences and Engineering Division; Arabia Saudita Fil: Fiene, Gabriele. King Abdullah University of Science and Technology. Center for Desert Agriculture, Biological and Environmental Sciences and Engineering Division; Arabia Saudita Fil: Craine, Evan B. Washington State University. Department of Crop and Soil Sciences; Estados Unidos Fil: Wellman, Gordon. King Abdullah University of Science and Technology. Center for Desert Agriculture, Biological and Environmental Sciences and Engineering Division; Arabia Saudita Fil: Melino, Vanessa J. King Abdullah University of Science and Technology. Center for Desert Agriculture, Biological and Environmental Sciences and Engineering Division; Arabia Saudita Fil: Patiranage, Dilan S.R. King Abdullah University of Science and Technology. Center for Desert Agriculture, Biological and Environmental Sciences and Engineering Division; Arabia Saudita Fil: Patiranage, Dilan S.R. Christian-Albrechts-University of Kiel. Plant Breeding Institute; Alemania Fil: Johansen, Kasper. King Abdullah University of Science and Technology. Water Desalination and Reuse Center; Arabia Saudita Fil: Schmöckel, Sandra M. University of Hohenheim. Institute of Crop Science. Department Physiology of Yield Stability; Alemania Fil: Erazzu, Luis Ernesto. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Famaillá; Argentina. Fil: Tester, Mark. King Abdullah University of Science and Technology. Center for Desert Agriculture, Biological and Environmental Sciences and Engineering Division; Arabia Saudita

Orthoptera are infected by about 60 species of gregarines assigned to the genus Gregarina Dufour, 1828. Among these species, Gregarina garnhami Canning, 1956 from Schistocerca gregaria (Forsskål, 1775) was considered by Lipa et al. in 1996 to be synonymous with Gregarina acridiorum (Léger 1893), a parasite of several orthopteran species including Locusta migratoria (Linné, 1758). Here, a morphological study and molecular analyses of the SSU rDNA marker demonstrate that specimens of S. gregaria and specimens of L. migratoria are infected by two distinct Gregarina species, G. garnhami and G. acridiorum, respectively. Validation of the species confirms that molecular analyses provide useful taxonomical information. Phenotypic plasticity was clearly observed in the case of G. garnhami: the morphology of its trophozoites, gamonts and syzygies varied according to the geographical location of S. gregaria and the subspecies infected.La taxonomie intégrative confirme que Gregarina garnhami et G. acridiorum (Apicomplexa, Gregarinidae), parasites de Schistocerca gregaria et Locusta migratoria (Insecta, Orthoptera), sont des espèces distinctes.Les orthoptères sont parasités par environ soixante espèces de grégarines affiliées au genre Gregarina Dufour, 1828. Parmi ces espèces Gregarina garnhami Canning, 1956 décrite chez Schistocerca gregaria (Forskål, 1775), a été mise en synonymie par Lipa et al. en 1996 avec Gregarina acridiorum (Léger 1893), parasite de plusieurs espèces d’orthoptères dont Locusta migratoria (Linné, 1758). Ici, une étude morphologique et des analyses moléculaires du marqueur SSU rDNA démontrent que les spécimens de S. gregaria et ceux de L. migratoria sont infectés par 2 espèces distinctes de grégarines, Gregarina garnhami et Gregarina acridiorum, respectivement. La validation de ces espèces confirme l’importance des informations fournies par les analyses moléculaires dans les études taxonomiques. Une plasticité phénotypique a été clairement observée dans le cas de G. garnhami : la morphologie de ses trophozoïtes, gamontes et syzygies varie selon la localisation géographique et la sous-espèce de S. gregaria infectée.

International audience; Under environmental stress, previously hidden additive genetic variation can be unmasked and exposed to selection. The amount of hidden variation is expected to be higher for life history traits, which strongly correlate to individual fitness, than for morphological traits, in which fitness effects are more ambiguous. However, no consensual pattern has been recovered yet, and this idea is still debated in the literature. Here, we hypothesize that the classical categorization of traits (i.e., life history and morphology) may fail to capture their proximity to fitness. In the desert locust, Schistocerca gregaria, a model organism for the study of insect polyphenism, we quantified changes in additive genetic variation elicited by lifetime thermal stress for ten traits, in which evolutionary significance is known. Irrespective of their category, traits under strong stabilizing selection showed genetic invariance with environmental stress, while traits more loosely associated with fitness showed a marked increase in additive genetic variation in the stressful environment. Furthermore, traits involved in adaptive phenotypic plasticity (growth compensation) showed either no change in additive genetic variance or a change of moderate magnitude across thermal environments. We interpret this mitigated response of plastic traits in the context of integrated evolution to adjust the entire phenotype in heterogeneous environments (i.e., adaptiveness of initial plasticity, compromise of phenotypic compensation with stress, and shared developmental pathway). Altogether, our results indicate, in agreement with theoretical expectations, that environmental stress can increase available additive genetic variance in some desert locust traits, but those closely linked to fitness are largely unaffected. Our study also highlights the importance of assessing the proximity to fitness of a trait on a case-by-case basis and in an ecologically relevant context, as well as considering the processes of canalization and plasticity, involved in the control of phenotypic variation.

Phenotypic plasticity is the ability of individual genotypes to adjust to environmental variation. In this thesis we used larch annual ring traits to estimate phenotypic plasticity at two-time scales: between years (chap. 1, inter-annual phenotypic plasticity) and within years (chap. 2, intra-annual phenotypic plasticity). In chap. 1 we analyzed annual rings of European larches distributed in four plots along a natural elevational gradient near Briançon, in the French Alps. The phenotypic plasticity of radial growth and latewood density as a function of maximum temperature tends to be negative at low elevation (1350 m) and distinctly positive at high elevations (2300 m), where European larch seems to react favorably to temperature increase. No elevation trend emerges for earlywood density, which mostly exhibits negative or null phenotypic plasticity. The phenotypic plasticity of mean ring density is intermediate between that of earlywood and of latewood density. In chap. 2 we used intra-annual radial growth curves recorded with automatic point dendrometers during four successive growing seasons in an experimental trial combiningseveral water regimes and three species of larch. From such curves we obtainedphenotypic plasticity variables for radial growth and the dynamics of water in the trunk as a function of several climatic variables. All phenotypic plasticity variables and all environmental conditions combined, hybrid larch is a little more plastic than Japanese larchand much more than European larch, which reflects its ability to quickly and efficiently replenish and use his water reserve. We hypothesize that this contributes to its greater vigor.In general, there are as many types of plasticity as there are combinations of phenotypic traits and environmental variable. Phenotypic plasticity summarizes in a single value all the dynamics of a particular response. While in natural selection a high plasticity seems to be an advantage, it is not so evident in artificial selection., La plasticité phénotypique permet aux génotypes de s’ajuster à des variations environnementales. Dans cette thèse nous avons utilisé des caractères de cernes annuels de mélèzes pour estimer la plasticité phénotypique à deux échelles de temps: entre années (chap. 1, plasticité interannuelle) et dans l’année (chap. 2, plasticité intra-annuelle). Dans le chap. 1 nous avons analysé des cernes annuels de mélèzes d’Europe distribués dans quatre placettes le long d’un gradient altitudinal naturel de la région de Briançon, dans les Alpes françaises. La plasticité phénotypique de la croissance radiale et de la densité du bois final en fonction de la température maximale tend à être négative à basse altitude (1350 m) et surtout positive à haute altitude (2300 m), où le mélèze d’Europe semble réagir favorablement à l’augmentation de la température. Aucune tendance altitudinale ne se dégage pour la densité du bois initial, qui présente en majorité une plasticité négative ou nulle. La plasticité phénotypique de la densité moyenne du cerne est intermédiaire entre celle du bois initial et celle du bois final. Dans le chap. 2 nous avons utilisé des courbes de croissance radiale intra-annuelle enregistrées à l’aide de dendromètres automatiques pendant quatre années dans un dispositif combinant plusieurs régimes hydriques et trois espèces de mélèze. Nous en avons extrait des variables de plasticité phénotypique pour la croissance radiale et la dynamique de l’eau dans le tronc en fonction de plusieurs variables climatiques. Toutes variables de plasticité phénotypique et toutes conditions environnementales confondues, l’hybride est un peu plus plastique que le mélèze du Japon et beaucoup plus que le mélèze d’Europe, ce qui traduit sa capacité à reconstituer et à utiliser rapidement et efficacement cette réserve en eau. Nous faisons l’hypothèse que cela contribue à sa plus grande vigueur. De façon générale, il y a autant de plasticités phénotypiques que d’associations caractère phénotypique/variable environnementale. La plasticité phénotypique résume en une seule valeur toute la dynamique d’une réponse particulière. Si en sélection naturelle une plasticité élevée parait constituer un avantage, ce n’est pas aussi évident en sélection artificielle.

International audience; Main conclusionPlant traits of interest for sorghum breeders to develop dual-purpose varieties are stem diameter, flag leaf size, crop cycle, and number of grains per panicle.AbstractTo develop dual-purpose varieties, breeders need to improve traits linked both to grain and biomass production. To identify these traits, we studied the phenotypic plasticity of eighteen traits and the performance of ten contrasting sorghum genotypes, used in West Africa. Trials were carried out in a randomized complete blocks design with four replicates from 2013 to 2016 in Bambey, Sinthiou Malem and Nioro du Rip in Senegal. The results revealed three plant types. The first type, "biomass production", contained genotypes IS15401 and SK5912, and was linked to cycle duration, leaf area, and plant height. The second type, "grain production", grouped the caudatum race sorghum 621B, F2-20 and Soumba, and was associated with the number of grains per panicle and the width of the flag leaf. The third group, "dual-purpose", corresponding to the genotypes Fadda, Nieleni and Pablo, combined some favourable traits for grain and biomass: stem diameter, internode length, number of green leaves and number of grains per panicle. The study showed that high and stable grain yields were associated with stability in flag leaf size, phenology and number of grains per panicle, and a high and stable biomass yield was associated with stability in stem diameter. Those stable plant traits might be of interest for sorghum breeders selecting to develop dual-purpose varieties.