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Influence de la stratégie migratrice sur l'investissement reproducteur et les traits physiologiques liés à la migration chez l'omble de fontaine (Salvelinus fontinalis)

Caron, Mathieu (2012). Influence de la stratégie migratrice sur l'investissement reproducteur et les traits physiologiques liés à la migration chez l'omble de fontaine (Salvelinus fontinalis). Thèse. Rimouski, Québec, Université du Québec à Rimouski, Institut des sciences de la mer de Rimouski (ISMER), 183 p.

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Résumé

RÉSUMÉ: L'objectif principal de la présente recherche était de déterminer si des ombles de fontaine anadromes et résidents d'âge 1+ élevés en milieu contrôlé, dans les mêmes conditions expérimentales, présentaient des différences liées à la croissance, la maturation sexuelle, l'accumulation et l'utilisation des réserves énergétiques hépatiques et musculaires, non seulement sur le plan physiologique, mais aussi sur le plan de l'expression de gènes associés à ces fonctions. Ce projet visait également à déterminer jusqu'à quel point les traits physiologiques étudiés étaient génétiquement transmissibles, par l'entremise de calculs d'héritabilité. Les réponses physiologiques d'hybrides réciproques ont aussi été étudiées afin de déterminer les bases génétiques des traits étudiés. Des ombles anadromes (A) et résidents (R) originaires du bassin de la rivière Laval ont été utilisés pour produire quatre types de croisements ( ~ AôA, ~ AôR, ~ RôA, et ~RôR). Les conditions d'élevage étaient identiques pour tous les croisements, de l'incubation des oeufs jusqu'à l'âge de 22 mois. Tous les poissons âgés de 17 mois ont graduellement (2%0 jour-!) été transférés en eau salée de l'estuaire (salinité finale de 20%0), et ce pour tout l'été (de juin à août). Le premier sousobjectif de l'étude était de comparer les profils d'expression du gène d'IGF-I chez les anadromes et les résidents, et de vérifier si les réponses des hybrides étaient additives (ou intermédiaires) par rapport à celles des souches pures. Une augmentation de l'expression relative du gène d'IGF-I après transfert en eau de mer s'est produite chez les résidents, mais pas chez les anadromes, ce qui suggère qu'il existe des différences génétiques quantitatives entre ces deux formes dans la régulation d'expression de l'IGF-I. Les réponses des hybrides étaient similaires à celles de leurs lignées paternelles. Le deuxième sous-objectif était d'étudier les réponses physiologiques des ombles pour des traits liés à la maturation sexuelle et à l'utilisation des réserves énergétiques, tels que la concentration hépatique de vitellogénine, de glycogène, de lipides et de protéines, l'IGS et l'IHS, et de déterminer si ces traits présentaient une base génétique significative, par des calculs d'héritabilité et de variance des EBV (variances additives estimées). Des calculs de QST (différenciation génétique quantitative de traits phénotypiques entre populations) ont également été effectués sur les traits étudiés et comparés aux valeurs de F ST calculées par Perry et al. (2005), afin de déterminer jusqu'à quel point les réponses physiologiques observées pouvaient être attribuables à la sélection ou à des processus génétiques neutres. Chez les femelles, des différences entre les anadromes et les résidents sur le plan de l'accumulation des réserves énergétiques hépatiques (principalement le glycogène), de l'IHS et des concentrations hépatiques de vitellogénine entre juin et novembre suggèrent un rythme de maturation et un investissement reproducteur différents pour les deux souches pures. Chez les mâles, aucune différence d'accumulation de glycogène hépatique n'a été observée en novembre, vraisemblablement en raison du coût relativement faible de la reproduction chez les mâles, indépendamment de la stratégie migratrice utilisée. Les valeurs de QST, à l'exception du KF, étaient élevées (de 0,31 à 0,82) et généralement supérieures à l'attendu neutre (FsT = 0,15), ce qui suggère que des pressions sélectives divergentes ont contribué à maintenir des adaptations locales associées aux stratégies anadrome et résidente dans la nVIere Laval. Le troisième sous-objectif était de mesurer l'activité enzymatique de la cathepsine L et l'expression du gène correspondant et de mesurer l'utilisation des réserves énergétiques dans le muscle épaxial des ombles. Il n'y avait pas d'effet de croisement pour l'expression relative du gène de la cathepsine L. Les activités enzymatiques hépatiques, spécifique et totale, de la cathepsine L étaient plus élevées chez les anadromes que chez les résidents en août, conformément à ce qui était anticipé. Ces différences d'activité de la cathepsine L pourraient refléter les besoins énergétiques différents associés aux stratégies anadrome et résidente durant la montaison. En effet, dans le contexte de la rivière Laval, les anadromes sont confrontés à des conditions environnementales plus variables et doivent parcourir de plus grandes distances que les résidents pour atteindre leur site de frai. Globalement, les deux souches hybrides présentaient peu de réponses physiologiques additives, contrairement à ce qui était anticipé. Plusieurs traits physiologiques étaient héritables chez au moins une des souches pures. Chez les anadromes, les traits présentant des valeurs élevées d'héritabilité étaient le glycogène hépatique et l'expression du gène de la cathepsine L (h2 = 0,87 et 0,72, respectivement). Les héritabilités des activités spécifique et totale de la cathepsine L étaient modérées (h2 = 0,35 et 0,44, respectivement). Les valeurs d 'héritabilité des résidents étaient faibles pour l'expression et les activités spécifique et totale de la cathepsine L (h2 = 0,06, 0,08 et 0,04) et nulles pour toutes les réserves énergétiques hépatiques (h2 = 0,00). Les variances des EBV étaient élevées pour le glycogène hépatique des anadromes Ct? = 242,16), mais faibles pour tous les autres traits physiologiques des deux souches pures. Les ombles anadromes et résidents sympatriques originaires de la rivière Laval présentaient des différences phénotypiques, ainsi que des valeurs d'héritabilité et des variances d'EBV contrastées pour des traits physiologiques liés à la migration et la reproduction. Les réponses des hybrides résultaient apparemment davantage d'effets génétiques non additifs qu'additifs. Des effets parentaux, notamment paternels, ont été mis en évidence pour certains des traits étudiés. Globalement, ces résultats indiquent une base génétique significative pour quelques traits liés à la reproduction et la migration chez les ombles anadromes et résidents, ainsi qu'un potentiel de réponse à la sélection différent pour les deux souches pures. -- ABSTRACT: The aim of this study was to determine whether 1 + years old anadromous and freshwater resident brook charr reared under the same controlled experimental conditions, showed differences for traits associated with growth, sexual maturation, accumulation et utilization of hepatic and muscle energetic reserves, not only at the physiologicallevel, but also at the gene expression level. This project also aimed to determine to which extent the studied physiological traits could be transmitted geneticaIly, through heritability calculations. Physiological responses of reciprocal hybrids were also studied to determine the genetic basis of the studied traits. Anadromous (A) and resident (R) brook charr from the same river system were mated and four cross-types ( ~ AÔA, ~ AôR, ~ RÔA, and ~ RÔR) produced. Rearing conditions were identical from egg incubation to the age of 22 months. When fish reached 17 months of age, the y were gradually (2%0 dai') transferred to estuarine sea water (final salinity 20%0) for the summer (June to August). The first objective of the study was to compare expression profiles of the IGF-I gene in anadromous and residents, and to determine if the responses of the hybrids were additive (or intermediate) relatively to these of pure cross-types. An increase in relative expression of the IGF-I gene occurred in residents, but not in anadromous, after saltwater transfer, which suggests the occurrence of quantitative genetic differences between both cross-types in the regulation of IGF-I expression. The responses of hybrids were similar to these of their patemallines. The second objective was to study physiological responses of charr for traits related to sexual maturation, as weIl as utilization of energetic reserves, such as vitellogenin, glycogen, lipid and protein hepatic content, GSI and HSI, and to determine if those traits had a signicant genetic basis, through heritability and EBV (estimated breeding values) variance calculations. QST (quantitative genetic differentiation of phenotypic traits between populations) calculations on the studied traits were also made and compared to FST values calculated by Perry et al. (2005), to determine to which extent the observed physiological responses could be the result of selection or neutral genetic processes. In females, differences between anadromous and residents for hepatic reserves accumulation (mainly glycogen), HSI and hepatic vitellogenin content from June to November suggest different maturation rates and reproductive investment in both pure cross-types. In males, no difference in hepatic glycogen accumulation was observed in November, probably because of the relatively low cost of reproduction in males, regardless of life history strategy. Except for KF, QST values were high (0.31 to 0.82) and generally higher than the estimate of neutral genetic variance (FST = 0.15), which suggests that divergent selective pressures contributed to maintain local adaptations associated with the anadromous and resident strategies in the Laval River. The third objective was to measure cathepsin L enzymatic activity and gene expression and to measure utilization of energetic reserves in the epaxial muscle of charr. There was no cross-type effect for the relative expression of the cathepsin L gene. As expected, hepatic-specific and total cathepsin L enzymatic activities were higher in anadromous than in residents in August. Such differences in cathepsin L âcti vit y cuuld rdled ùiffeoenl energetit.: neeùs associated with the anadromous and resident strategies during upstream migration. Indeed, in the Laval River, anadromous fish experience most variable environmental conditions and must travel on longer distances than their anadromous counterparts to reach their spawning grounds. Overall, both hybrid crosstypes showed few additive physiological responses, contrary to what was expected. Several traits were heritable in at least one pure strain. In anadromous fish, hepatic glycogen and expression of the cathepsin L gene had high heritabilities (h2 = 0.87 and 0.72 respectively). Heritability estimates for hepatic-specific and total cathepsin L enzymatic activities were moderate (h2 = 0.35 and 0.44, respectively). Heritabilities in residents were low for expression and specific and total cathepsin L activities (h2 = 0.06, 0.08 and 0.04) and nuIl for aIl hepatic energetic reserves (h2 = 0.00). Variances of EBV were high for hepatic glycogen in anadromous (ci = 242.16), but low for aIl other traits in both pure cross-types. Sympatric anadromous and resident brook charr from the lavaI River showed phenotypic differences and contrasting variances of EBV and heritabilities for physiological traits related to migration and reproduction. Responses of both hybrids seemed to be related to nonadditive rather than additive genetic effects. Parental effects, such as sire effects, were found for sorne of the studied traits. OveraIl, these results indicate a significant genetic basis for sorne of the traits related to migration and reproduction, and various potential of response to selection for pure cross types.

Type de document: Thèse ou Mémoire (Thèse)
Directeur de mémoire/thèse: Audet, Céline
Co-directeur(s) de mémoire/thèse: Bernatchez, Louis
Informations complémentaires: Thèse présentée dans le cadre du programme de doctorat en océanographie en vue de l'obtention du grade de docteur ès sciences.
Mots-clés: Anadrome Cathepsine Glycogene Proteine Lipide Heritabilite Omble de fontaine Salvelinus fontinalis Migration Reproduction Riviere Laval Gene Igf-i
Départements et unités départementales: Institut des sciences de la mer de Rimouski (ISMER) > Océanographie
Déposé par: DIUQAR UQAR
Date de dépôt: 19 mars 2014 18:54
Dernière modification: 17 mars 2015 14:00
URI: http://semaphore.uqar.ca/id/eprint/848

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