Ce mémoire s’intéresse au développement folliculaire chez la vache laitière et à l’effet du déficit énergétique sur le fonctionnement de cette structure ovarienne pendant la période post-partum. L’analyse des gènes exprimés dans les cellules folliculaires a permis l’identification de voies de signalisations et de molécules qui sont au cœur des changements observés dans le follicule. La première partie de ce projet porte sur la caractérisation des différents stades de croissance du follicule dominant chez le bovin. La seconde partie porte sur l’effet de l’ampleur du déficit énergétique sur le follicule à 60 jours post-partum, lors de la période critique du pic de lactation. Les résultats de ce projet sont d’un grand intérêt pour la recherche fondamentale sur la reproduction autant que pour la gestion pratique de la fertilité bovine, puisqu’ils éclaircissent certains aspects de la folliculogénèse et proposent des outils intéressants pour améliorer la fertilité de la vache laitière. / This master’s thesis focused on the follicular development in dairy cows and the effects of post-partum negative energy balance on the follicle. Analysis of genes’ transcription in follicular granulosa cells allowed the identification of several molecular pathways and upstream regulators having a great impact on follicular functions. The first part of this project aimed to characterise the different growth stages of dominant follicles in cattle (growth, plateau and atresia). The second part of this project evaluated the impact of the severity of negative energy balance on follicular functions at 60 days post-partum, during the lactation peak. The results provided are of great interest to fundamental reproduction science as well as to practical management of dairy cattle fertility. They shed light on several unknown aspects of folliculogenesis and offer interesting tools to improve post-partum fertility in dairy cattle.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / La manière historique de prouver l'efficacité d'un taureau repose principalement sur ses filles reproductrices, ce qui prend généralement plusieurs années avant de savoir s'il s'agit d'un taureau d'élite ou non. Cette situation bénéficierait de notre capacité à identifier des marqueurs prédictifs dès le plus jeune âge des taureaux. La recherche de biomarqueurs pour l'amélioration/prédiction de la fertilité des vaches laitières est un trait économique important. La méthylation de l'ADN et le petit ARNs non-codant dans le spermatozoïdes ont été signalés comme étant hérités par la progéniture et le phénotype spécifique intermédiaire. Par conséquent, le modèle de méthylation de l'ADN et le petit ARN non codant dans les gamètes mâles sont peut-être corrélés avec le phénotype du taureau et pourraient également être hérités par la progéniture, nous émettons donc l'hypothèse que la méthylation de l'ADN et le petit ARN non codant dans le sperme du taureau sont associés à la fertilité du taureau et pourraient également être transmis à la future fille via la fécondation, influençant ainsi la fertilité de la fille. Pour identifier les épi-biomarqueurs associés à la fertilité et valider notre hypothèse, nous avons utilisé la plateforme de séquençage de nouvelle génération (NGS) et nous avons comparé le spermatozoïdes de taureau en fonction de l'indice de fertilité du taureau et de l'indice de fertilité de la fille, qui pourraient être utilisés comme critères de phénotype de fertilité. Nous avons déterminé les taureaux ayant une fertilité élevée par rapport à ceux ayant une fertilité plus faible et les filles ayant une fertilité élevée par rapport à celles ayant une fertilité plus faible. Nous avons ensuite utilisé leur spermatozoïdes pour une analyse NGS et avons identifié la méthylation de l'ADN et les petits ARN non codants qui sont associés à la fertilité des taureaux et des filles. Au total, 450 et 252 sites 5'-Cytosine-phosphate-Guanine-3' (CpG) différentiellement méthylés ont été sélectionnés pour être associés à la fertilité des taureaux et des filles, respectivement. Les 10 DMRs les plus significatifs en corrélation avec la fertilité du taureau et la fertilité de la fille ont également été examinés en fonction du classement de la valeur P et du seuil de différence de méthylation. Plus intéressant encore, 67 gènes présentant au moins une région différentiellement méthylée ont été identifiés comme se chevauchant entre la fertilité du taureau et la fertilité de la fille. Parmi ces gènes, les groupes de gènes les plus enrichis sont les familles de récepteurs gustatifs et olfactifs nés dans le sperme, y compris OR5M9, OR8K64, OR7A126 et TAS2R1, qui ont été signalés comme étant impliqués dans la fécondation ou interaction spermatozoïde-ovocyte. En outre, 12 tsRNA nés dans le sperme (11 régulés à la baisse, 1 régulé à la hausse) étaient liés à la fertilité des taureaux et 19 tsRNA (11 régulés à la baisse, 8 régulés à la hausse) étaient liés à la fertilité des filles (q +1.5, moyenne de base>50). En outre, 6 miARN nés dans le sperme (2 régulés à la hausse, 4 régulés à la baisse) et 35 miARN (27 régulés à la hausse, 8 régulés à la baisse) sont corrélés avec la fertilité des taureaux et la fertilité des filles séparément (p50, log2 foldchange >+1. 5), deux miARN (miR-2385-5p (régulé à la baisse) et miR-98 (régulé à la hausse)) sont significativement associés (p50, changement log2fold>+1,5) à la fertilité des taureaux et des filles. En conclusion, la méthylation de l'ADN et les petits ARN non codants associés à la fertilité des bovins dérivés du sperme ont été identifiés et ont un grand potentiel pour être utilisés dans la prédiction de la fertilité des bovins, fournissant un outil d'élevage complémentaire aux réalisations génétiques existantes. Par ailleurs, cette étude apporte également de nouvelles connaissances sur l'héritage épigénétique paternel intergénérationnel chez les animaux domestiques / The historical way to prove a bull mainly relies on their siring daughters, which usually takes several years to know whether they are an elite bull or not. This situation would benefit from our ability to identify predictive markers in bulls’ early age. As an important economic trait, searching biomarkers for dairy cattle fertility improvement/prediction is meaningful. Sperm-born DNA methylation and small non-coding RNA had been both reported to be inherited by the offspring and intermediate specific phenotype. Therefore, the DNA methylation pattern and small non-coding RNA in male gametes are possibly correlated with the bull phenotype and might also be inherited by the offspring, so we hypothesize that the DNA methylation and small non-coding RNA in bull sperm are associated with bull fertility, and also might be able to pass to the future daughter via fertilization, therefore, influence the daughter fertility. To identify fertility-associated epi-biomarkers and validate our hypothesis, we used the Next generation sequencing (NGS) platform, and we contrasted bull semen by the bull fertility index and daughter fertility index, which could be used as the fertility phenotype criteria. We classified the bulls with high vs. low fertility and high daughter vs. low daughter fertility. Then we used their semen for NGS analysis and identified DNA methylation and small noncoding RNA that are associated with bull and daughter fertility. In total, 450 and 252 differentially methylated 5'—Cytosine—phosphate—Guanine—3' (CpG) sites had been screened to be associated with bull and daughter fertility, respectively. The top 10 significant bull fertility and daughter fertility correlated Differentially methylated regions (DMRs) were also screened according to P-value ranking and methylation difference threshold. More interestingly, 67 genes that present at least one differentially methylated region were identified to overlap between bull fertility and daughter fertility. Among these genes, the most enriched gene clusters are the sperm-born taste and olfactory receptors families, including OR5M9, OR8K64, OR7A126, and TAS2R1, which had been reported to be involved in sperm-oocyte interactions. Besides, 12 sperm–born tsRNAs (11 down-, 1 upregulated) were linked to bull fertility and 19 tsRNAs (11 down-, 8 up-regulated) were linked to daughter fertility (q+1.5, base mean>50). Furthermore, 6 sperm-born miRNAs (2 up, 4 down-regulated) and 35 miRNAs (27 up, 8 down-regulated) are correlated with bull fertility and daughter fertility separately (p50, log2foldchange>+1.5), two miRNAs (miR-2385-5p (down-regulated) and miR-98 (up-regulated)) are significantly associated (p50, log2foldchange>+1.5) with bull and daughter fertility. In conclusion, sperm-derived bovine fertility-associated DNA methylation and small noncoding RNAs have been identified, which have great potential to be used for cattle fertility prediction, providing a complementary breeding tool to the existing genetic achievements. Meanwhile, this study also contributes new knowledge to the paternal epigenetic intergenerational inheritance in domestic animals.

La fertilité de la vache laitière haute-productrice semble altérée par les teneurs élevées en acides gras (AG) libres du liquide folliculaire observées en début de lactation. Toutefois, les effets diffèreraient selon le type d’AG du microenvironnement de l’ovocyte. La présence d’AG monoinsaturés est associée à des ovocytes ayant un potentiel de développement embryonnaire amélioré. Cette étude visait à évaluer le transfert et l’incorporation des AG alimentaires dans les classes lipidiques du plasma et du liquide folliculaire et son impact sur la fertilité de la vache laitière. Vingt vaches Holstein ont été attribuées aléatoirement à un supplément lipidique alimentaire enrichi soit en acide palmitique (Palmit 80; 82 % 16:0; PA) ou en acide palmitoléique (huile d’argousier; 27 % 16:1 cis-9 et 28 % 16:0; POA). L’administration des traitements (200 g/jour) s’est échelonnée de 20 jours avant à 67 jours après le vêlage. Les performances ont été enregistrées et des échantillons de lait recueillis aux jours 8 à 10 ± 3, 35 à 37 ± 2 et 63 à 65 ± 2 post partum. Aux jours 46 et 67 ± 2 d post partum, les complexes ovocyte-cumulus, les cellules de la granulosa, le liquide folliculaire et des échantillons sanguins ont été prélevés. En comparaison avec PA, POA a augmenté les teneurs en 16:1 cis-9 dans les lipides estérifiés du plasma, dans la matière grasse laitière, et dans les AG libres et les esters de cholestérol du liquide folliculaire. L’expression du gène récepteur à l’insuline tendait à diminuer dans les cellules de la granulosa du groupe POA. Le supplément POA a réduit la folliculogenèse, sans toutefois influencer la compétence au développement des ovocytes. Il est possible de moduler le profil en AG du liquide folliculaire via des stratégies nutritionnelles et de potentiellement influencer le métabolisme des cellules de la granulosa et la folliculogenèse. / In high-yielding dairy cows, fertility is impaired by the increase of non-esterified fatty acid concentrations in follicular fluid during early lactation, but the effects may depend on fatty acid (FA) composition. The objective of this study was to evaluate the potential of dietary supplements enriched in specific FA to influence the FA composition of follicular fluid, and consequently fertility of early-lactation dairy cows. Twenty Holstein multiparous cows in late gestation were randomly assigned to 200 g/d of FA supplements enriched in i) palmitic acid (PA; control treatment; Palmit 80; Natu’oil Services Inc.; 82% 16:0) in the rumen or ii) palmitoleic acid (POA; Sea buckthorn oil; New Directions Aromatics Inc.; 27% cis-9 16:1, 28% 16:0, and 22% cis-9 18:1) in the abomasum. The treatment period ranged from 20 ± 5 d precalving to 67± 2 d postcalving. Performance was recorded, and milk samples collected from days 8 to 10 ± 3 (mean  SD), 35 to 37 ± 2, and 63 to 65 ± 2 postcalving. On days 46 and 67± 2 d postcalving, cumulus-oocyte complexes, granulosa cells and follicular fluid were recovered, and blood was collected. Treatment did not affect milk yield or milk fat. Compared with PA, POA increased cis-9 16:1 concentration in milk fat, in plasma esterified lipid classes, and in follicular fluid non-esterified fatty acids and cholesterol esters. Abundances of mRNA for stearoyl-CoA desaturase and perilipin 2 in granulosa cells were not different between treatments. Moreover, POA treatment tended to decrease the expression of gene encoding for insulin receptor. Treatment did not affect oocyte quality and developmental capacity, or embryo lipid metabolism, but POA altered folliculogenesis. These results suggest that dietary lipid supplements enriched in specific FA may modulate FA profile of the oocyte microenvironment, energy granulosa cell metabolism and folliculogenesis in early lactation cows.