Un des enjeux de la filière bovine est la maîtrise et la prédiction de la tendreté de la viande, critère important pour les consommateurs. Inscrite dans le programme européen ProSafeBeef, ma thèse avait pour objectif de mieux prédire la tendreté par méta-analyse à partir des caractéristiques biochimiques du muscle. Pour cela, mon travail de thèse s’est appuyé sur la base de données BIF-Beef regroupant des données individuelles issues de plusieurs programmes de recherche, allant de l’animal à la viande en passant par la carcasse et le muscle. Une première méta-analyse a montré que le muscle Semitendinosus (ST) est de type plus rapide glycolytique que le Longissimus thoracis (LT) chez les mâles entiers et les femelles mais pas chez les mâles castrés. Après avoir identifié par une approche par classe de tendreté les caractéristiques musculaires associées à la tendreté, nous avons montré que ces caractéristiques sont différentes entre muscles et types d’animaux. Dans le muscle LT des taurillons, la surface moyenne des fibres musculaires est la variable qui joue le principal rôle sur la tendreté sensorielle où elle explique 2% de la variabilité des notes de tendreté. Principalement dans le muscle ST, les teneurs en collagène total et insoluble et l’activité enzymatique du métabolisme glycolytique expliquent au plus 6% chacun de la variabilité de la force de cisaillement. Malgré ces faibles parts de variabilité expliquée de la tendreté, ces conclusions validées sur un grand volume de données sont importantes pour préparer de nouveaux projets visant à compléter cette démarche en prenant en compte d’autres caractéristiques telles que des biomarqueurs génomiques. / The control of beef tenderness is essential for beef producers and retailers to deliver a consistently high quality product to consumers. Being part of the European program ProSafeBeef, my thesis aimed to predict beef tenderness by meta-analysis approaches using biochemical characteristics of muscles. To achieve this goal, we used data available in the BIF-Beef data warehouse which contains animal, carcass, muscle and meat measurements from different research programs. From available data on Longissimus thoracis (LT) and Semitendinosus (ST) muscles, we demonstrated that ST was faster and more glycolytic than LT in both entire males and females but not in steers. With a cluster analysis, we identified muscle biochemical traits associated with meat tenderness. Then, we demonstrated that no specific muscle biochemical characteristic can be a predictor of tenderness for all muscles and animal types. In LT muscle of young bulls, mean muscle fibre area explained 2% of the variability in sensory tenderness score. Mainly in ST muscle, total and insoluble collagen content and enzymatic indicators of glycolytic metabolism each explained about 6% of the variation in shear force. Although we were only able to explain a relatively small proportion of the total variance in tenderness, these results will form an important basis for the design of future experiments and the identification of new genomic markers of tenderness to be combined with muscle biochemistry in order to better predict beef quality.

La recherche des marqueurs biologiques de la tendreté a fait l’objet de nombreux travaux chez les animaux producteurs de viande et en particulier les bovins. A l’issue de ces études, une expression différentielle de la protéine Hsp27 entre des groupes de tendreté extrême a été mise en évidence. Cette protéine est présente à un « carrefour » biologique de l’interactome lié à la tendreté. Comprendre les mécanismes d’action de la protéine Hsp27 dans la tendreté de la viande bovine est l'un des défis de recherche dans le domaine de la production de viande. Dans cette optique, mon travail de thèse (2010-2013) avait pour objectif d’analyser le rôle de Hsp27 dans le développement du muscle et son implication dans le déterminisme des caractéristiques des tissus liés à la qualité de la viande. La première étape de ce travail a consisté à produire un modèle de souris présentant une inactivation du gène de la protéine Hsp27 (KO HspB1) et d’analyser leur phénotype comparativement à des témoins. Les souris KO HspB1 sont viables, fertiles et ne présentent aucune anomalie majeure, mais ont un format plus petit que celui de leurs témoins. L’analyse de leurs caractéristiques musculaires par une technique immunohistoligique mise au point spécifiquement (Publication 1) n’a pas révélé de différences. Au niveau ultrastructural, l'observation du muscle des souris par microscopie électronique à transmission a révélé des différences ultrastructurales entre les deux génotypes à T0 post-mortem avec des écarts entre les myofibrilles très espacées chez les souris KO HspB1 et un appareil contractile musculaire moins organisé. Ces différences sont encore plus marquées à T72 heures post-mortem. Ainsi le phénotype musculaire fin des souris KO HspB1 est plus altéré (Publication 2). Une analyse bio-informatique a été réalisée dans l'objectif de compléter la liste des interacteurs de la protéine Hsp27 et des gènes cibles de l’invalidation d’HspB1 susceptibles de participer à des différences de structure du muscle et de la tendreté. Les partenaires ou cibles prédits de Hsp27 sont des protéines impliquées dans différentes fonctions, comme des Heat shock proteines, des régulateurs de l'apoptose, des facteurs de traduction, des protéines du cytosquelette et des antioxydants. Les abondances de 15 protéines ont été quantifiées par Western-bloting dans deux muscles (m. Soleus, m. Tibialis). Elles sont modifiées chez les souris dépourvues de Hsp27 principalement dans le muscle le plus oxydatif. Cette étude démontre l'existence de liens fonctionnels entre Hsp27 et ses cibles prédites qui pourraient participer au phénotype fin des souris (Publication 3). Pour compléter cette étude, une analyse protéomique du muscle Tibialis anterior a été menée en utilisant la technique d’électrophorèse bidimensionnelle couplée à la spectrométrie de masse. La comparaison des protéomes spécifiques de ces deux génotypes a permis de mettre en évidence des profils d’expression différents pour plusieurs protéines. Elle confirme l’effet muscle spécifique du KO et révèle un lien avec le métabolisme du calcium et des Hsps différentes de celles mises en évidence dans le muscle oxydatif (Publication 4). L'ensemble des données issues de cette étude réalisée dans une espèce modèle apporte des connaissances nouvelles susceptibles d’éclairer sur les mécanismes moléculaires impliqués dans l’établissement de la tendreté de la viande bovine. Elle suggère que le statut en Hsp, les processus apoptotiques et la protection contre le stress oxydatif contribuent à l'évolution de l'ultrastructure post-mortem des muscles et à la tendreté de la viande. Ces nouvelles connaissances seront validées ultérieurement sur muscle bovin. / Thanks to genomics, we have previously identified markers of beef tenderness, and computed a bioinformatic analysis that enabled us to build an interactome in which we found Hsp27 at a crucial node. Understanding the role of Hsp27 in the development of muscle and in the determinism of beef tenderness is one of the research challenges in meat production. In this context, my pHDthesis (2010-2013) aimed to analyze the role of Hsp27 in muscle development and its involvement in the determination of the characteristics related to the quality of the meat tissue. In this study, we generated mice devoid of Hsp27 protein by homologous recombination of the HspB1 gene as an animal model. The HspB1-/ - mice were viable and fertile, showing no apparent abnormality but a smaller than their control format. The muscle structure of animals was examined by optical microscopy and transmission electron microscopy. The first approach, made by a developed immunohistochemical classification (Publication 1), did not reveal any differences in the characteristics of muscle fibers (contractile and metabolic type, shape, perimeter, cross-sectional area) but a trend for a higher proportion of small fibers. Different myosin heavy chains electrophoretic profiles were also observed in HspB1-/- mice. At the ultrastructural level, examination of the myofibrillar material showed destructured myofibrils and higher gaps between myofibrils in HspB1-/-, and a greater disintegration of myofibrils at 72h postmortem (Publication 2). We have used a network-based approach for understanding the contribution of Hsp27 to tenderness through the prediction of its interactors related to tenderness. We have revealed the direct interactors of Hsp27. The predicted partners of Hsp27 included proteins involved in different functions e.g. members of Hsp families, regulators of apoptosis, translation factors, cytoskeletal proteins and antioxidants. The abundances of 15 proteins were quantified by Western blotting in two muscles of HspB1-null mice and their controls. We observed changes in the amount of most of the Hsp27 predicted targets in mice devoid of Hsp27 mainly in the most oxidative muscle (Soleus. Our study demonstrates the functional links between Hsp27 and its predicted targets. It suggests that Hsp status, apoptotic processes and protection against oxidative stress are crucial for post-mortem muscle metabolism, subsequent proteolysis, and therefore for beef tenderness (Publication 3). To complete this study, we performed a proteomic analysis of m. Tibialis anterior (glycolytic muscle), using 2D gel electrophoresis, to detect changes in protein abundance subsequent to the invalidation of HspB1 gene. This study confirms the muscle specific effect of HspB1 invalidation and reveals a new list of Heat shock proteins different from those highlighted in oxidative muscle and relationships with calcium (Publication 4). All together, these results provided from a model species showed the very important role of Hsp27 for muscle ultrastructure and revealed its implication in different muscle biological pathways. This provided new elements for understanding the crucial role for Hsp27 in the modulation of the tenderizing process of muscle during meat ageing that will be further examined in beef.

La variabilité non maîtrisée de la tendreté de la viande bovine est un problème majeur pour la filière industrielle, cette qualité étant très recherchée par les consommateurs. Depuis de nombreuses années, différents programmes de recherche ont identifié des marqueurs ADN, ARN et protéines de la tendreté de la viande bovine, dans des contextes différents. Aux Etats-Unis et en Australie, des recherches ont abouti à la conception de tests efficaces de prédiction de la qualité de la viande. Ces tests ne fonctionnent cependant pas sur les élevages français. La filière française est donc demandeuse de tests de prédiction simples permettant de mesurer la tendreté sur l’animal vivant et la carcasse. De tels tests sont inexistants à l’heure actuelle. L’objectif de la thèse est de valider ou non une liste de potentiels marqueurs protéiques de la tendreté, et de développer des équations de prédiction de cette qualité, afin d’envisager la conception de tests immunologiques de prédiction à destination de la filière sur l’animal vivant et la carcasse, dans un avenir proche. Une nouvelle technique pour quantifier les protéines d’un échantillon de muscle bovin a été développée, le Dot-Blot, et permet de disposer de prototype pour de futurs tests de phénotypage de la tendreté. L’utilisation de cette technique a permis de quantifier 24 protéines sur 111 échantillons de deux muscles de boeufs et de taurillons de race Charolaise. Ces travaux ont identifié en premier lieux des effets biologiques liés au type de muscle et d’animal sur l’abondance des protéines. Puis, trois analyses différentes, dont les résultats sont concordants, ont validé des marqueurs de tendreté et mis en lumière les principaux mécanismes cellulaires impliqués dans la tendreté, générant des équations de prédiction de la tendreté. Des outils de bioinformatique ont été construits à partir de données expérimentales de la thèse sur les protéines de la tendreté et de bases de données humaines, afin de mieux comprendre les mécanismes biologiques impliqués dans la mise en place de la tendreté. En conclusion, ce travail de thèse a développé un nouvel outil d’analyse et les premières équations de prédiction de la tendreté de la viande bovine fiables sur un système centré sur les mâles, supports indispensables au développement de tests de prédiction de la tendreté sur l’animal vivant et la carcasse. De plus, ce travail a permis de mieux comprendre et caractériser les mécanismes moléculaires impliqués dans la mise en place de la tendreté. / The uncontrolled variability of beef tenderness is a major problem for industry. This quality is very important for consumers. For many years, different research programs have identified DNA, RNA and proteins markers of beef tenderness, in different contexts. In United States and Australia, these tests reached to the conception of efficient meat quality prediction tests. However, these tests do not work in France. So, French industry asks for simple tenderness prediction tests, which measure tenderness on living animals and carcasses. This type of tests is currently missing. The objective of the PhD is to validate or not a list a proteins tenderness potential markers, and to develop quality prediction equation, to engage the conception of immunological tests for industry, usable on living animals and carcasses. A new technique for quantify proteins in bovine muscle samples have been developed, the Dot-Blot, and allow to have prototypes of the future tenderness tests. Utilization of Dot-Blot provides phenotypic data of 224 proteins on 111 muscle samples of Charolais beefs and young bulls. This work first identified biological effects due to animal and muscle types on proteins abundance. Then, three different analyses, with corroborating results, validated tenderness markers and revealed main cellular pathways implied in tenderness, and generated tenderness prediction equations. Bioinformatics tools have been built upon experimental data from this work on tenderness proteins and human databases, to better understand the main mechanisms implied intenderization processes. In conclusion, this work have developed a new analyzing tool and the first beef tenderness prediction equation, trusty on a male-based system, essential supports for the development of beef tenderness prediction tests on living animals and carcasses. Moreover, this work enabled to better understand and characterize the molecula rmechanisms involved in tenderization processes.

Le périmysium a été analysé à l'aide de deux modalités d'imagerie, l'histologie et l'imagerie par résonance magnétique (IRM). L'histologie a permis l'observation des faisceaux primaires et l'IRM des faisceaux d'ordre supérieur. Dans les deux cas, une méthode de seuillage du périmysium a été mise au point et validée avec la construction d'une banque de cartes de référence probabilistes, résultat de la segmentation manuelle du réseau par un jury d'experts. Le périmysium segmenté a été caractérisé à l'aide de variable morpho-anatomiques et granulométriques. Celles-ci ont été ensuite reliées à la résistance mécanique et à la tendreté sensorielle de la viande cuite. Ce sont les structures macroscopiques, visualisées en IRM, qui jouent un rôle majeur sur le déterminisme de la tendreté de la viande bovine cuite. Ces résultats ouvrent des perspectives pour le développement de méthodes d'imagerie simples adaptées à la prédiction et au contrôle de la tendreté de la viande bovine.

La variabilité non maîtrisée de la tendreté de la viande bovine est un problème majeur pour la filière industrielle, cette qualité étant très recherchée par les consommateurs. Depuis de nombreuses années, différents programmes de recherche ont identifié des marqueurs ADN, ARN et protéines de la tendreté de la viande bovine, dans des contextes différents. Aux Etats-Unis et en Australie, des recherches ont abouti à la conception de tests efficaces de prédiction de la qualité de la viande. Ces tests ne fonctionnent cependant pas sur les élevages français. La filière française est donc demandeuse de tests de prédiction simples permettant de mesurer la tendreté sur l'animal vivant et la carcasse. De tels tests sont inexistants à l'heure actuelle. L'objectif de la thèse est de valider ou non une liste de potentiels marqueurs protéiques de la tendreté, et de développer des équations de prédiction de cette qualité, afin d'envisager la conception de tests immunologiques de prédiction à destination de la filière sur l'animal vivant et la carcasse, dans un avenir proche. Une nouvelle technique pour quantifier les protéines d'un échantillon de muscle bovin a été développée, le Dot-Blot, et permet de disposer de prototype pour de futurs tests de phénotypage de la tendreté. L'utilisation de cette technique a permis de quantifier 24 protéines sur 111 échantillons de deux muscles de boeufs et de taurillons de race Charolaise. Ces travaux ont identifié en premier lieux des effets biologiques liés au type de muscle et d'animal sur l'abondance des protéines. Puis, trois analyses différentes, dont les résultats sont concordants, ont validé des marqueurs de tendreté et mis en lumière les principaux mécanismes cellulaires impliqués dans la tendreté, générant des équations de prédiction de la tendreté. Des outils de bioinformatique ont été construits à partir de données expérimentales de la thèse sur les protéines de la tendreté et de bases de données humaines, afin de mieux comprendre les mécanismes biologiques impliqués dans la mise en place de la tendreté. En conclusion, ce travail de thèse a développé un nouvel outil d'analyse et les premières équations de prédiction de la tendreté de la viande bovine fiables sur un système centré sur les mâles, supports indispensables au développement de tests de prédiction de la tendreté sur l'animal vivant et la carcasse. De plus, ce travail a permis de mieux comprendre et caractériser les mécanismes moléculaires impliqués dans la mise en place de la tendreté.

Un des enjeux de la filière bovine est la maîtrise et la prédiction de la tendreté de la viande, critère important pour les consommateurs. Inscrite dans le programme européen ProSafeBeef, ma thèse avait pour objectif de mieux prédire la tendreté par méta-analyse à partir des caractéristiques biochimiques du muscle. Pour cela, mon travail de thèse s'est appuyé sur la base de données BIF-Beef regroupant des données individuelles issues de plusieurs programmes de recherche, allant de l'animal à la viande en passant par la carcasse et le muscle. Une première méta-analyse a montré que le muscle Semitendinosus (ST) est de type plus rapide glycolytique que le Longissimus thoracis (LT) chez les mâles entiers et les femelles mais pas chez les mâles castrés. Après avoir identifié par une approche par classe de tendreté les caractéristiques musculaires associées à la tendreté, nous avons montré que ces caractéristiques sont différentes entre muscles et types d'animaux. Dans le muscle LT des taurillons, la surface moyenne des fibres musculaires est la variable qui joue le principal rôle sur la tendreté sensorielle où elle explique 2% de la variabilité des notes de tendreté. Principalement dans le muscle ST, les teneurs en collagène total et insoluble et l'activité enzymatique du métabolisme glycolytique expliquent au plus 6% chacun de la variabilité de la force de cisaillement. Malgré ces faibles parts de variabilité expliquée de la tendreté, ces conclusions validées sur un grand volume de données sont importantes pour préparer de nouveaux projets visant à compléter cette démarche en prenant en compte d'autres caractéristiques telles que des biomarqueurs génomiques.

L'objectif de ce travail est de caractériser le tissu musculaire en évaluant sa qualité à partir de données d'imagerie. Plus précisement, on se propose de développer des outils de prédiction de la tendreté de la viande bovine, basés sur le processus de vision artificielle, en étudiant le tissu conjonctif intramusculaire qui contribue de manière significative à la dureté intrinsèque de la viande. Les images des coupes de muscles, ont été acquises avec deux types d'éclairage : lumière blanche polarisée et ultraviolet. Notre contribution pour analyser ces images est basée sur une approche multiéchelle. Deux méthodes de segmentation ont été proposées, elles sont basées sur la transformée en ondelettes discrète, notamment l'algorithme "à trous". La première repose sur le seuillage universel et la seconde sur l'algorithme de K-moyennes appliqué à l'image résultante d'une sommation sur les plans d'ondelettes. Un autre volet de ce travail concerne l'extraction des paramètres et la décision. L'information retenue est la distribution des tailles d'objets éléments de la trame conjonctive de viande. Les outils statistiques que sont la régression linéaire et les réseaux de neurones ont été appliqués aux données issues des étapes de traitement des images. Le modèle final qui a été retenu pour la prévision de la tendreté a été déterminé selon un critère de maximisation du R2. Le choix du nombre de paramètres a été basé sur un critère de validation croisée (Leave one out). Les résultats de prédiction, issus de la base de données d'étude, sont très encourageants, mettant en évidence une corrélation certaine entre les paramètres d'images et la qualité sensorielle de la viande en particulier la tendreté.