Titre de l'écran-titre (visionné le 7 juillet 2023) / Les techniques de reproduction assistée (TRA) sont d'importants outils de la révolution génomique de l'industrie laitière. En dépit de l'amélioration fulgurante des taux de succès de la fécondation in vitro (FIV) et malgré l'engouement croissant pour les embryons bovins produits in vitro, certains problèmes restent à résoudre pour assurer la totale innocuité de ces interventions en reproduction. En effet, l'avancée rapide de la recherche en épigénétique a mis au jour l'influence possible de l'environnement artificiel durant la période critique qu'est le développement embryonnaire précoce. Bien que l'incidence de troubles développementaux majeurs tel le syndrome du « gros veau » ait beaucoup diminuée avec l'adoption de meilleures pratiques de culture embryonnaire, un ensemble d'indices probants suggère que des modifications à long terme plus subtiles affectent toujours le métabolisme, la croissance, la fertilité et donc la productivité des animaux découlant de ces pratiques. Les travaux menés dans le cadre de cette thèse reposent sur l'hypothèse que la FIV chez les bovins laitiers a des effets sur la programmation épigénétique de l'embryon ce qui peut affecter le phénotype postnatal. La première partie de cette thèse consistait à évaluer la qualité de la programmation épigénétique d'embryons bovins produits in vitro en fonction de paramètres comme l'âge de la donneuse d'ovocytes et le type de milieu de culture. Pour ce faire, nous avons évalué par pyroséquençage la méthylation de l'ADN de gènes soumis à l'empreinte parentale d'embryons bovins au jour 7 et 12 produits dans différentes conditions. Pour chaque gène, nous avons observé une méthylation globalement moins élevée ainsi qu'une plus grande variabilité chez les trois groupes d'embryons produits in vitro étudiés. Afin de pallier des contraintes techniques et d'évaluer les conséquences réelles des différences moléculaires observées, nous avons comparé la population de vaches du Québec conçues par FIV avec celles conçues par insémination artificielle (IA) et transfert embryonnaire (TE) pour des critères de santé, fertilité et productivité. L'analyse de cohorte rétrospective n'a pas révélé, en tenant compte des valeurs d'élevage supérieures des animaux issus de TE et de FIV, de différences significatives entre les méthodes de conception pour la production de lait des filles lors de leurs trois premières lactations. Par contre, les animaux produits par FIV montrent une fertilité légèrement réduite, des temps de gestation plus longs et une incidence relative de maladie commune différente du reste de la population. De façon logique avec leur rôle dans l'industrie de la génétique laitière, l'indice de performance à vie (IPV) moyen des animaux conçus par FIV est supérieur. Cependant, entre 2012 et 2019, le taux d'amélioration de l'IPV des animaux conçus par FIV était près de deux fois moins rapide que celui de la population générale. Nous postulons qu'une pénalité épigénétique, cohérente avec et potentiellement dérivée des différences moléculaires trouvées dans les embryons à la suite des TRA diminue le progrès génétique intergénérationnel et explique les altérations phénotypiques observées. Par la qualité et la quantité des données disponibles, nos travaux ont permis d'illustrer avec une résolution jamais égalée les causes et les impacts des conditions de développement précoce des gamètes et des embryons. Nos résultats mettent en évidence les défis de l'amélioration de la génétique laitière d'élite tout en attestant des progrès réalisés par l'industrie pour minimiser les perturbations épigénétiques sévères menant à des syndromes graves de dérégulation de l'empreinte parentale. Cependant, les TRA laissent toujours des traces bien détectables à la fois au niveau moléculaire chez les embryons et au niveau physiologique chez les animaux à l'âge adulte. Ces résultats permettront ainsi aux producteurs laitiers canadiens de prendre des décisions éclairées sur la méthode de conception à utiliser pour constituer leur troupeau en tenant compte des avantages et inconvénients de ces approches. Nos travaux permettront aussi d'orienter la recherche et les efforts de l'industrie de la génétique laitière en les équipant d'un nouvel outil pour détecter les perturbations épigénétiques à la suite des TRA. De manière similaire, l'analyse épidémiologique développée permettra de surveiller à l'échelle de la population l'évolution de santé et productivité des animaux qui découlent de ces techniques. / Assisted reproduction technologies (ART) are important tools in the genomic revolution of the dairy industry. Despite the phenomenal improvement in the success rates of in vitro fertilization (IVF) and the growing popularity of bovine embryos produced in vitro, certain problems remain to be resolved to ensure the total safety of these interventions in reproduction. Indeed, advances in epigenetic research have revealed the possible influence of the artificial environment during the critical period of early embryonic development. Although the incidence of major developmental disorders such as the large offspring syndrome has been greatly reduced with the adoption of better embryo culture practices, a body of evidence suggests that more subtle long-term changes still affect metabolism, growth, fertility and thus the productivity of animals resulting from these practices. The work carried out in this thesis is based on the hypothesis that epigenetic differences caused by the ovarian and in vitro environment during the last part of folliculogenesis and embryonic culture are responsible for long term phenotypic difference well into the productive life of dairy cows. The first part of this thesis consisted in evaluating the quality of the epigenetic programming of bovine embryos produced in vitro under different conditions such as the type of culture medium or the age of the oocyte donor. To achieve this, we evaluated the DNA methylation of imprinted genes of day 7 and day 12 bovine embryos by pyrosequencing. For each gene, we observed an overall lower methylation as well as a greater variability in the three groups of in vitro conditions we examined. In order to overcome technical constraints and to assess the real consequences of the molecular differences observed, we compared Quebec's population of IVF derived of cows with those conceived by artificial insemination (AI) and multiple ovulation embryo transfer (MOET). Our analysis focused on health, fertility and productivity parameters. The conducted retrospective cohort study did not reveal any significant differences between conception methods for milk production of daughters in their first three lactations when taking into account the higher breeding values of animals derived from MOET and IVF. On the other hand, IVF animals showed a slightly reduced fertility, longer gestations and a relative incidence of common disease different from the rest of the population. Consistent with their role in the dairy genetics industry, the average lifetime performance index (LPI) of IVF animals was higher. However, between 2012 and 2019, the rate of improvement in LPI of IVF derived population was nearly half that of the AI population. We postulate that an epigenetic penalty, consistent with and potentially caused by the molecular differences found in embryos following ART decreases intergenerational genetic progress and explains the observed phenotypic alterations. Thanks to the quality and quantity of the data available, our work has made it possible to illustrate with unprecedented resolution the causes and long-term impacts of the gametes and early embryos environments. Our results highlight the challenges of elite dairy genetics improvement while attesting to the progress industry has made to minimize epigenetic dysregulation leading to severe imprinting disorders. However, ART still leave detectable traces both at the molecular level in embryos and at the physiological level in adult animals. These results will allow Canadian dairy producers to make informed decisions on the conception method to use to build their herd by considering the advantages and disadvantages of each approach. Our work will also help guide future research and efforts of the dairy genetics industry to address the identified problems by equipping them with a new tool to detect epigenetic disturbances following ART. Similarly, the epidemiological analysis developed will make it possible to monitor at the population level the evolution of animal health and productivity resulting from these techniques.

Couramment utilisées dans les laboratoires du monde entier, les techniques de cryoconservation issues des recherches en cryobiologie sont aujourd’hui devenues des outils incontournables dans plusieurs domaines tels que la biomédecine et l’industrie agroalimentaire. À partir de l’étude des écrits du biologiste anglais Alan Sterling Parkes (1900-1993), ce mémoire propose une reconstruction historique et épistémologique des avancées en cryobiologie. Pour ce faire, nous examinerons, dans un premier temps, les premières observations qui ont avivé l’intérêt pour l’étude des effets du froid sur les organismes vivants. Nous prendrons comme point de départ les découvertes fascinantes des naturalistes du XVIIe siècle. Nous verrons que leurs constats sont souvent étroitement associés à d’autres épisodes majeurs de l’histoire de la pensée biologique. Nous aborderons ensuite la période plus prolifique concernant les avancées en biologie aux basses températures. La découverte des propriétés protectrices du glycérol par l’équipe du National Institute of Medical Research (NIMR) au milieu du siècle dernier marque un point de rupture dans l’histoire de cette spécialité. Ce cryoprotecteur permet en effet d’élargir considérablement la gamme de tissus et de cellules pouvant être cryoconservés. Les développements orchestrés par les chercheurs anglais ont, à cet égard, contribué à l’émergence d’une nouvelle discipline scientifique : la cryobiologie. Enfin, nous étudierons dans une dernière section de ce mémoire le contexte sociohistorique dans lequel ont eu lieu les premières applications pratiques des méthodes de cryoconservation. Cela nous conduira à analyser, en particulier, certains enjeux soulevés par l’implantation de ces techniques dans le champ de la médecine reproductive. Ce mémoire aura non seulement permis de retracer certains évènements qui ont jalonné l’histoire de la cryobiologie au fil du temps, mais aussi de mettre en valeur les contributions fondatrices de Parkes et son équipe tout en montrant le rôle de premier plan qu’elles ont joué dans la structuration de cette discipline. / With a panoply of applications ranging from therapeutics to everyday processes in the biomedical and agricultural industry, cryobiology-derived techniques have become essential to many present-day human activities. In this master’s thesis, I explore the history and epistemology of cryobiology through the lens of English biologist Alan Sterling Parkes (1900-1990). I will start by looking at the very first observations made by naturalists in the XVIIth century on the effects of low temperatures on living organisms and how these have been essential to the field of cryobiology. Those observations, as we will see, are also linked to other major episodes in the history of biology. From there, I will trace the early days of cryobiology, with a particular focus on a major scientific breakthrough: the discovery of protective properties of glycerol by Parkes and his colleagues at the National Institute of Medical Research (NIMR) at the end of World War II. This new cryoprotective agent enabled the preservation of living tissues and cells, thus revolutionizing the field of biology at low temperatures as well cementing cryobiology as a brand-new research field of its own. Finally, I will analyze the socio-historical context of cryobiology’s first practical applications, most notably in the field of reproductive medicine. This work aims at reconstructing the history of cryobiology and highlights the contribution of Parkes and his NIMR colleagues while also showing the role these played into structuring the emerging field.