Dans le contexte du développement spectaculaire de l’aquaculture, les farines et huiles de poissons, qui étaient les composantes principales des aliments aquacoles, ont progressivement été remplacées par des mélanges de produits végétaux. Cependant, le remplacement total n’est pas encore possible sans dégrader les performances des poissons (croissance et survie). Pour continuer son développement durable, l’aquaculture doit davantage s'affranchir de ces matières premières. Une voie de progrès possible est l'utilisation de la variabilité génétique existante dans les populations de truites pour la capacité à survivre et grandir avec des aliments à base de végétaux (Aliments V). Cependant très peu d'études se sont intéressées aux mécanismes mis en place par certains génotypes pour utiliser plus efficacement ces aliments. L'objectif de la thèse était d'étudier les caractéristiques à l'origine d'une meilleure utilisation des aliments V chez différents génotypes de truite arc-en-ciel (trois lignées isogéniques et lignée sélectionnée). L'originalité de ce travail repose sur l'étude de la réponse de différentes lignées à un aliment 100 % V, en combinant des approches de physiologie nutritionnelle et de biologie moléculaire sans a priori ou ciblées. Ainsi les transcriptomes de trois lignées isogéniques, ayant des performances contrastées lorsqu'elles sont nourries avec des aliments V, ont été comparés à court et long terme. Puis des caractères liés à la nutrition, ainsi que l'expression de certains gènes, identifiés grâce à l'étude transcriptomique, ont été étudiés chez une lignée sélectionnée pour sa capacité à survivre et grandir avec un aliment V. Les résultats obtenus ont permis de conclure que l'acceptation de l'aliment V joue un rôle clef, notamment lors des stades précoces. Les résultats obtenus mettent également en avant le rôle prépondérant de la composante immunitaire qui est impactée différemment en fonction des génotypes. Finalement, après 6 mois d'alimentation, alors que le métabolisme des lipides participe à expliquer les différences d’utilisation de l’aliment V chez les lignées isogéniques, il ne parait pas déterminant chez la lignée sélectionnée. Globalement, nos résultats suggèrent l'existence d'une grande diversité de mécanismes dans les populations de truites leur permettant de survivre et grandir avec un aliment à base de végétaux dépourvu de farine et huiles de poisson. / In the context of the exponential development of aquaculture, fish meal and oils, previously the main components of aquaculture feed, have been increasingly replaced by a blend of plant products. However, total replacement is not yet possible without impairing fish performance (survival and growth). To continue its sustainable development, aquaculture must further decrease its reliance on both fish oil and fish meal. In addition to the changes in diet composition, a possible way forward is the use of the genetic variability for the ability to survive and grow with plant-based diets (V diets) existing in trout populations. However, very few studies have investigated the mechanisms implemented by some genotypes to use these diets more efficiently. The objective of this thesis was to study the characteristics that led to a better utilisation of V diet in different rainbow trout genotypes. The originality of this PhD work relies on the genetic rainbow trout lines whose responses to a 100% V diet were studied by combining nutritional physiology and molecular biology with or without a priori approaches. Thus, the transcriptomes of three isogenic lines, which have contrasting performances when fed V diets, were compared at short and long term. Then nutrition-related traits, as well as the expression of some genes identified through the transcriptomics analysis, were studied in a line selected for its ability to survive and grow with a V diet. The results obtained led to the conclusion that the acceptance of V diets plays a key role, particularly in the early stages. The results also highlight the essential role of the immune system, which is impacted differently according to genotypes. Finally, after 6 months of feeding, while lipid metabolism seems to play a role in the differences between genotypes for their ability to efficiently utilize the V diet, this pathway does not appear to play a determinant role in the selected line. Overall, our results suggest that there are a wide variety of mechanisms allowing trout to survive and grow with a total plant-based diet, devoid of both fish meal and oils.

Le projet de maîtrise vise à contribuer au développement durable de l'aquaculture en replaçant l'huile de poisson à 75 % par de l'huile végétale (soya, canola, mélange de canola et d'algues) dans la moulée de salmonidés. De plus, les ratios protéines digestibles/énergie digestible (PD/ED) ont été modifiés pour minimiser l'utilisation de sous-produits de poissons sauvages. Contrairement à l'huile de poisson qui est dispendieuse et contient des polluants organiques persistants (POPs), nous prévoyons que l'huile végétale permettra de réduire les coûts de production et l'exposition aux contaminants pour les poissons et pour les consommateurs. De plus, elle ne modifiera pas les propriétés sensorielles des filets et sera hautement digestible pour la truite arc-en-ciel (Oncorhynchus mykiss). Enfin, l'huile de canola, avec ou sans Schizochytrium sp., permettra de remplacer l'huilé de poisson sans affecter la qualité des filets, suite à une courte période de finition pour restaurer les niveaux bénéfiques d'acides gras essentiels. / The Master's degree project seeks to contribute to the development of sustainable aquaculture. A high percentage of fish oil (75 %) was replaced by vegetable oils (soybean, canola and a blend of canola and algae) and digestible protein/digestible energy (DP/DE) levels were modified to minimize the utilisation of wild fish by-products. Unlike fish oil, vegetable oils are less expensive and do not accumulate persistent organic pollutants (POPs), so we predict that production costs can be lowered with vegetable oil-based diets, as well as contaminant exposure for fish and consumers. Additionally, these feeds will not alter organoleptic properties of the fillets and will be highly digestible for rainbow trout {Oncorhynchus mykiss). Furthermore we expect that canola oil, with or without Schizochytrium sp., can effectively replace fish oil without altering the quality of the fillets, after a short finishing period to restore beneficial fatty acid levels.

L’aquaculture dans le monde est la production animale qui connaît la plus forte croissance ces vingt dernières années. Cependant, cette croissance est freinée par des considérations d’ordre environnementales parmi lesquelles la pollution associée au phosphore (P) occupe une place importante. L’excès de P dans les écosystèmes d’eau douce dû à l’excrétion des poissons, augmente la production primaire qui, non contrôlée, peut conduire à une eutrophisation, accélérant le processus de vieillissement des cours d’eau récepteurs. Ainsi, beaucoup d’efforts ont été déployés dans la recherche afin de réduire la pollution au P. Pour limiter les émissions de P résultant de l’alimentation des poissons, nous proposons d’incorporer des agents chélatants micro-encapsulés dans les aliments de la truite arc-en-ciel. Dans une première expérience, l’alun et le sulfate de fer ont été encapsulés dans une matrice lipidique hydrogénée par pulvérisation et refroidissement rapide « spray chilling ». Ces éléments actifs incorporés dans les aliments permettent une réduction de plus de la moitié du P inorganique remis en suspension par les fèces. L’incorporation de ces éléments actifs encapsulés n’a pas montré ni une baisse des performances de croissance avec ces aliments, ni une intoxication liée à la présence de ces métaux. Ces observations montrent la pertinence de l’utilisation de l’encapsulation comme approche visant à cibler l’endroit de libération d’un ion. Confronté à la nécessité de déterminer la composition proximale des poissons lors des expérimentations, la précision du DXA (dual-energy X-ray absorptiometry) comme outil de mesure a été testé. Les résultats montrent une bonne précision de cet appareil pour déterminer la composition en protéines, cendre, eau, P, et en calcium (Ca) chez les truites arc-en-ciel en pré-grossissement. Il a été ainsi possible de déterminer avec précision la rétention en P pour chaque type d’aliment et évaluer les rejets pour cet élément. Pour réduire les rejets en P dans les fermes salmonicoles, le teneur en P dans les aliments a été réduite considérablement. Cette approche peut induire des carences en P chez les truites arc-en-ciel en élevage. Ainsi, la capacité des truites arc-en-ciel carencées en P à absorber le P dans le milieu ambiant a été investiguée. Cette adaptation a été considérée comme inexistante du fait des niveaux faibles de cet élément dans le milieu naturel. En soumettant des truites arc-en-ciel carencées à des niveaux de P inorganique élevés dans l’eau, il a été mis en évidence une absorption significative corrélée à une surexpression de cotransporteurs de sodium-phosphates dans les branchies. Les résultats présentés dans cette thèse apportent à la fois des outils pratiques dans les efforts de réduction de la pollution au P dans les fermes aquicoles et des connaissances dans la compréhension pour l’intégration de l’ensemble des maillons entrant dans l’homéostasie de ce nutriment chez la truite arc-en-ciel. / Aquaculture is the world’s fastest growing animal production. This growth is limited by environmental concerns, among which P pollution is a major concern. Excess phosphorus (P) released into freshwater ecosystems from feeding fish increases primary production; left uncontrolled, this can lead to eutrophication, accelerating the aging process of the receiving streams. Significant research efforts have been undertaken to understand and reduce P pollution. To limit P emissions from feeding fish, we propose incorporating microencapsulated chelating agents into rainbow-trout feed. In the first experiment, alum and iron sulfate were encapsulated by spraying a molten hydrogenated lipid matrix followed by rapid cooling (spray chilling). The active elements incorporated in fish feed resulted in a reduction by more than 50% of the soluble P released from the feces. The incorporation of these encapsulated agents did not show either a decrease in the fish growth performance or a toxic effect related to the presence of these metals. These observations demonstrate the relevance of using encapsulation as an approach to target the release of a compound of interest. In order to have a precise and simplified tool to determine the whole-body proximal content of fish under study, the accuracy of dual-energy X-ray absorptiometry (DXA) was evaluated. The results revealed that DXA provided accurate estimates for protein, ash, moisture, P, and Ca content of juvenile rainbow trout carcasses. Furthermore, using the established models, it was possible to accurately determine the P and Ca retention for each diet used in the trout growth study. Reducing P-dietary is the main approach used to reduce phosphorus pollution in fish farm sector. This stategy can lead to P-deficiency in fish. The ability of fish to absorb P from the environment is considered non-existent due to the low level of this element in freshwater systems. Our study showed that rearing P-deficient trout in water having a relatively high Pi concentration, revealed that P-deficient fish develop the ability to absorb P from the water. This regulation was highly correlated with overexpression of sodium phosphate cotransporters in gills of P-deficient trout, suggesting that fish can actively absorb Pi from their environment. The results presented in this thesis provide both practical tools in the efforts to reduce P pollution in fish farms and knowledge in understanding for the best integration of all the links involved in the P homeostasis in rainbow trout.

Cette expérience a pour objectif d’identifier une stratégie nutritionnelle de réduction de la charge en phosphore des effluents aquacoles afin de permettre aux pisciculteurs de respecter l’objectif émis par la Stratégie de développement durable de l’aquaculture en eau douce au Québec (STRADDAQ) de 4,2 kg de phosphore dissous à l’effluent par tonne de poisson produit. Ces travaux ont permis d’optimiser la formulation d’un régime à teneur réduite en phosphore qui soit pratique et peu coûteuse. De plus, les deux régimes identifiés par cette expérience, les régimes 3 (0,30 % phosphore disponible) et 5 (0,29 % phosphore disponible), ont permis l’élevage des truites arc-en-ciel sans affecter leur performance de croissance ou leur état de santé. En fait, les poissons soumis aux régimes 3 et 5 ont obtenu des meilleures, mais non significatives, conversions alimentaires (respectivement 1.35 et 1,32) que le régime témoin commercial utilisé dans le cadre de cette expérience (1,40). En plus, ces régimes ont permis de réduire significativement la teneur en phosphore des effluents obtenus lors de cette expérience. Les poissons soumis au régime 3 ont rejeté au total (soluble et solide) 3,98 g de phosphore par kg de poisson et les poissons soumis au régime 5 ont rejeté au total 4,93 g de phosphore par kg de poisson comparativement aux poissons soumis au régime commercial utilisé qui ont rejeté 11.07 g de phosphore par kg de poisson. Ceci représente une réduction des rejets en phosphore dans l’environnement de l’ordre de 60 %. Cette réduction des rejets en phosphore permet au régime 3 de répondre à l’objectif proposé par la STRADDAQ et au régime 5 de s’y rapprocher. / This experiment aims at identifying a nutritional strategy to reduce phosphorus loading of aquaculture effluent to allow fish farmers to meet the target issue by the Stratégie de développement durable de l’aquaculture en eau douce au Québec (STRADDAQ) 4.2 kg of phosphorus per ton of fish produced. This work optimizes the formulation of a phosphorus-reduced diet that is practical and inexpensive. In addition, the two diets identified by this experiment, diet 3 (0.30 % available phosphorus) and 5 (0.29 % available phosphorus) has permitted raising rainbow trout without affecting their growth performance or their health. In fact, fish fed with diets 3 and 5 have resulted in lowest conversion (1.35 and 1.32 respectively) versus the control diet used in this experiment (1.40). In addition, feeding these diets significantly reduced the phosphorus concentration of the effluents obtained in this experiment. Fish subject to diet 3 released a total (soluble and solid) 3.98 g of phosphorus per kg of fish and fish subject to diet 5 released a total of 4.93 g of phosphorus per kg of fish. Rainbow trout subjected to commercial diet released 11.7 g of phosphorus per kg of fish. This represents a reduction in phosphorus discharges into the environment of around 60%. This reduction in phosphorus discharges allows diet 3 to meet the objective proposed by the STRADDAQ and diet 5 to be closer to it.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2010-2011 / Les invasions biologiques constituent l'une des plus grandes menaces pour la biodiversité. La truite arc-en-ciel, un salmonidé originaire de la côte ouest de l'Amérique du Nord, en est un bon exemple. Introduite dans près de cent pays pour des raisons essentiellement récréatives, elle a eu d'importants impacts négatifs sur la faune et les écosystèmes indigènes. Au Québec, son introduction remonte à la fin du XIXe siècle. Bien que son ensemencement soit restreint aux régions situées dans la portion sud-ouest de la province, on dénombre de plus en plus de captures et d'événements de reproduction dans les rivières de l'Est du Québec, où elle pourrait entrer en compétition avec deux salmonidés indigènes : le saumon atlantique et l'omble de fontaine. La présente étude avait pour objectif principal d'évaluer la capacité de la truite arc-en-ciel à franchir différents filtres hiérarchiques qui limitent le succès des invasions, soit la pression d'introduction, la résistance abiotique, la résistance biotique et la capacité de dispersion. Nous avons démontré que les populations naturalisées suite aux ensemencements dans les lacs Ontario et Memphrémagog étaient les principales sources de l'invasion de l'espèce dans l'Est du Québec. Elles ont notamment mené à l'établissement d'une population dans la région de Charlevoix, qui contribue désormais elle-aussi fortement au processus d'invasion. La présence de l'espèce exotique dans les rivières à saumon semble principalement associée à la présence de tributaires, qui fourniraient un refuge contre les fluctuations de débit, notamment contre les crues printanières qui surviennent durant la période d'éclosion des oeufs et d'émergence des alevins. Une relation positive a également été observée entre l'occurrence de l'espèce et la température moyenne durant la saison de croissance, laissant présager une intensification de l'invasion parallèlement au réchauffement climatique. Au stade juvénile, nous avons observé que la présence des deux compétiteurs indigènes, malgré une taille supérieure au début de la première année de vie, n'affectait pas la croissance de la truite arc-en-ciel. Au contraire, l'espèce exotique, malgré de faibles densités, les obligerait à utiliser des habitats moins préférentiels et à partager plus intensément les ressources disponibles. Finalement, nous avons observé que la présence d'un phénotype anadrome favorisait grandement la dispersion de l'espèce vers les rivières de l'Est du Québec.

Les systèmes d’aquaculture en recirculation (RAS) possèdent plusieurs avantages comparativement aux systèmes d’élevage ouverts. Parmi ces avantages, notons l’économie d’eau, le contrôle de certains paramètres physico-chimiques et le meilleur traitement des eaux usées. Cependant, les poissons élevés en RAS sont souvent pris avec des problèmes de mauvais goût. Ce mauvais goût chez le poisson est dû à l’accumulation dans les tissus lipidiques de molécules telles que la géosmine et le 2-méthylisobornéol. Les cyanobactéries, les actinomycètes, les myxobactéries, entres autres, sont reconnues comme étant productrices de ces molécules. Lorsque les molécules sont présentes dans les systèmes d’élevage, l’accumulation dans la chair des poissons rend le poisson impropre à la consommation bien que non-toxique. La limite de détection humaine pour ces molécules est de l’ordre du ng/L dans l’eau et du μg/kg dans la chair de poisson. Aucune technologie (ozonation, filtration, etc.) n’est suffisante pour régler complètement ce problème. Cette étude est la première qui étudie l’impact de la moulée utilisée sur l’apparition du mauvais goût chez le poisson élevé en RAS. Comme la moulée a une influence directe sur différents paramètres physico-chimiques de l’eau des bassins, il se pourrait que cela ait un effet sur la quantité de micro-organismes producteurs de molécules du mauvais goût. L’hypothèse de départ était que l’utilisation d’une moulée produisant moins de solides en suspension pourrait limiter l’apparition de mauvais goût dans la chair de truites arc-en-ciel (Oncorhynchus mykiss). Pour l’expérience, deux moulées différentes ont été utilisées. La première est reconnue pour produire des fèces compactes tandis que l’autre est reconnue pour produire des fèces plutôt friables. La concentration de géosmine était différente entre les deux unités. Aucune corrélation n’a été observée entre les paramètres physico-chimiques et la concentration de géosmine. Cependant, certains paramètres (concentration de phosphore, quantité de solides en suspension) pourraient avoir un influence dans ce cas-ci. L’apparition du mauvais goût chez le poisson élevé en RAS peut donc être influencée par la moulée utilisée.

Riches en protéines et énergie, les larves de mouches soldats noires (MSN, Hermetia illucens) démontrent un fort potentiel comme aliments alternatifs pour l'industrie aquacole. Toutefois, la présence de facteurs antinutritionnels (ex. anti-protéases) pourrait limiter l'inclusion des farines de larves de MSN chez les salmonidés, notamment, la truite arc-en-ciel (Oncorynchus mykiss), une espèce importante pour l’industrie aquacole québécoise. Des traitements thermiques généralement utilisés pour réduire la charge bactérienne et permettre l’entreposage prolongés sont proposés pour désactiver les facteurs anti-protéolytiques et augmenter la digestibilité des nutriments présent dans la farine de MSN. Ainsi, cette étude propose la comparaison de différents traitements thermiques (séchées au four à 60°C pendant 12h (LB); ébouillantées (100°C) et séchées au four à 60°C pendant 6h (LE); séchées au four à 130°C pendant 2 h (LS) sur 1) la réduction de l'activité anti-protéolytique in vitro des farines de larves de 5, 10, 15 jours post-éclosion traités avec des extraits d’enzymes digestives de truites arc-en-ciel juvéniles et 2) la digestibilité des nutriments in vivo des farines de larves de 10 jours (stade de récolte commercial). Lors des essais in vitro, nous avons observé que l'activité anti-protéolytique des farines de MSN varie entre les différents stades larvaires (p<0,001) et est maximale chez les farines de larves de 10 jours post-éclosion (inhibition = 22,4 ± 3,7%). Lors des essais de digestibilité, les diètes ont été formulées en remplaçant 30% d’un régime de référence pour les salmonidés avec l’ajout de 1% d’un marqueur indigeste (SipernatTM50). Deux méthodes analytiques (cendres insolubles à l’acide (AIA) et fluorescence X à dispersion d’énergie (EDXFR) ont été utilisées et comparées pour doser le marqueur indigeste et déterminer les coefficients de digestibilité apparente (CDA). De plus, des traitements thermiques ≥ 100°C (LE et LS) permettent d’inhiber complètement l’activité anti-protéolytique. Une plus grande variabilité dans l’estimation des CDA des différents nutriments ainsi que la mise en évidence de valeur CDA inférieurs ont été obtenues par la méthode AIA que par la méthode EDXFR. Quel que soit le procédé de transformation (LB. LE et LS) aucune différence significative n’a été observée avec les protéines réelles, lipides bruts, matière sèche. Les larves stérilisées (LS) ont obtenu des CDA inférieurs aux deux autres traitements (LB et LE) pour l’acide gras C16 :1 et l’acide aspartique, et la lysine. De plus l’acide glutamique s’est montré plus digeste avec les larves ébouillantées (LE) que les deux autres traitements (LB et LS). Les acides gras C12, C17 :0 des farines brutes se sont avérés moins digestes que ceux des farines ébouillantées (LE) et stérilisées (LS). Les minéraux tels que : le phosphore, le calcium se n’ont pas été digérés quel que soit le procédé de transformation, alors que le fer n’a pas été digéré pour les traitements LB et LS. Et le zinc s’est montré plus digeste avec les traitements LB et LS. Malgré les traitements la chitine reste une composante qui n’a pas été digéré chez la truite arc-en-ciel. Compte tenu de l’absence d’études de digestibilité dans la littérature, les résultats obtenus par fluorescence X à dispersion d’énergie (EDXRF) n’ont pas pu être été discutés. Toutefois, c’est une méthode qui a montré moins de variabilités entre les données plus rapide et potentiellement plus précise qui permet de déterminer le silicium, mais aussi d’autres minéraux dans les échantillons tels que le phosphore, calcium, zinc et fer. Et les digestibilités obtenues avec les différents traitements proposés se sont montrés plus efficaces que la méthode standard (AIA). / Rich in protein and energy, black soldier fly larvae (BSF, Hermetia illucens) have a great potential as alternative feed ingredients for the aquaculture industry. However, the presence of antinutritional factors (e.g. antiproteases) could limit the inclusion of insect larvae meals for salmonids, including those for rainbow trout, an important species for the Quebec aquaculture industry. Heat treatments usually used to reduce the bacterial load to allow prolonged storage, could also deactivate antiproteases and increase the protein digestibility. The objective of this study was to compare different heat treatments (oven-dried at 60 °C for 12h (LB); scalded (4 minutes in 100°C water) and oven-dried at 60 °C for 6h (LE); ovendried at 130 °C for 2h (LS) on: 1) the inhibition of the anti-proteolytic activity in vitro of meal from larvae grown to 5, 10, 15 days post-hatching using digestive enzymes extracts of juvenile rainbow trout and 2) the digestibility of nutrients in vivo from 10-day larvae meal (standard commercial harvest age). In in vitro evaluations, we observed that the anti-proteolytic activity of BSF meals varies between the different larval stages (p <0.001) and is maximal in meals from 10-day posthatching BSF (inhibition = 22,4 ± 3.7%). In digestibility tests, the diets were formulated by replacing 30% of a reference diet for salmonids with the addition of 1% of an indigestible marker (Sipernat50™). Two analytical methods (acid-insoluble ash (AIA) and energy dispersive X-ray fluorescence (EDXFR)) were used and compared quantification of the indigestible marker and determine the coefficients of apparent digestibility (CDA). In addition, heat treatments ≥ 100 ° C (LE and LS) completely inhibited the antiprotease activity. Greater variability in the estimation of CDA of the various nutrients as well as the demonstration of lower CDA values were obtained by the AIA method than by the EDXFR method. Irrespective of processing method (LB, LE and LS) no significant difference was observed for proteins, crude lipids, dry matter. The sterilized larvae (LS treatment) demonstrated lower CDAs than the other processing treatments (LB and LE) for C16: 1 fatty acid, aspartic acid, and lysine. In addition, glutamic acid was more digestible with scalded larvae (LE) versus the other two treatments (LB and LS). Also, the fatty acids C12, C17: 0 of raw insect meals were less digestible than those of scalded and sterilized meals. Minerals including phosphorus and calcium were indigestible irrespective of the processing treatment; Iron was indigestible for LB and LS treatments, whereas zinc was more digestible with LB and LS treatments. Under all processing methods, chitin remained indigestible. Despite the absence of digestibility studies in the literature, employing EDXRF to measure external digestibility markers, this approach is a chemical free, faster and potentially more accurate method for determining silicon, but also other minerals in samples such as phosphorus, calcium, zinc and iron. The digestibilities obtained with the different treatments were higher using the EDXRF method versus the standard method measuring AIA. Ultimately, this work should enable insect producers and aquafeed manufacturers meet the specific nutritional of aquaculture species.

Les rejets phosphorés issus des productions aquacoles sont connus pour être, en partie, responsables de l’eutrophisation des eaux douces. En raison du manque de précision des outils actuellement disponibles pour l’estimation des besoins en phosphore (P) chez la truite arc-en-ciel (Oncorhynchus mykiss), il est encore distribué en excès dans la majorité des élevages. Par ailleurs, si l’on sait que le P joue un rôle prépondérant dans la formation du tissu osseux, des questions subsistent quant à son rôle sur l’apparition d’anomalies vertébrales. Pour suivre les réponses à court et à long terme d’une déficience en P sur l’organisme, des truites arc-en-ciel triploïdes ont été soumises à deux régimes alimentaires (riche ou carencé en P). Nos résultats indiquent, dans un premier temps, que dès la semaine 2, les poissons nourris avec une diète déficiente montrent des statuts en P, dans les écailles et les carcasses, inférieurs à ceux des poissons nourris avec une diète suffisante en P. À l’inverse, la minéralisation des vertèbres semble être préservée jusqu’à la semaine 4. Pourtant, à la semaine 5, les radiographies révèlent qu’environ 50% des individus déficients présentent des malformations vertébrales. Pour comprendre l’impact de cette déficience au niveau moléculaire, un séquençage haut-débit (RNA-seq Illumina) nous a permis de construire le premier transcriptome spécifique des vertèbres de truite arc-en-ciel. L’analyse fonctionnelle de ce transcriptome révèle une impressionnante conservation des gènes clefs impliqués dans la régulation du tissu osseux chez les vertébrés. Ainsi, à l’aide de cette référence, il a été possible de quantifier l’expression des gènes dans les vertèbres d’individus déficients déformés ou normaux, après 27 semaines d’expérience. Ces résultats, combinés à des observations histologiques et le suivi des indicateurs du statut en P, indiquent qu’une déficience a pour conséquence une diminution du degré de minéralisation de la vertèbre (sans affecter la matrice ou sa résorbtion ostéoclastique), possiblement dû à l’activité de protéines Gla impliquées dans le dépôt et la croissance des cristaux d’hydroxyapatite. Les connaissances recueillies seront primordiales pour la sélection de lignées de moindre impact pour l’environnement, ainsi que pour la formulation de diètes adaptées aux besoins nutritionnels réels des truites arc-en-ciel d’élevage. / Dietary phosphorus (P) outputs from fish production can contribute to freshwater eutrophication. Due to the inaccuracy of the common tools used for estimating P requirement for rainbow trout (Oncorhynchus mykiss), P is still provided in excess in fish diets. Furthermore, we know that P plays a crucial role in regulating normal bone turnover; yet, questions have arisen regarding its role in the prevalence of vertebral deformities. To monitor both the short and long term response of the organism to a P-deficiency, rainbow trout were fed either a P-sufficient or a P-deficient diet over a 27 weeks period. Our results show that P-deficient fish displayed lower mineral status in scales and carcasses than P-sufficient fish as early as the second week of the experiment. Although during the first four weeks of feeding P-deficient diet, the mineralization status of the fish vertebrae was not significantly impaired, , at week 5, x-rays revealed that around 50% of P-deficient fish displayed abnormal vertebrae phenotypes. To understand the molecular mechanisms behind the appearance of vertebral malformations, we built the first transcriptome specific to bone tissue of rainbow trout. Sequencing was based on Illumina HiSeq-2000 technology. Functional analysis of this transcriptome revealed a remarkable conservation of key genes involved in bone regulation in vertebrates. Based on this reference, we could compare the gene expression in the vertebrae between deformed and normal fish at week 27. These results, combined with histological observations and common indicators of P status, suggest that P-deficiency in trout led to a reduced degree of mineralization of the vertebrae (without affecting matrix of resorption activity). The reduced degree of mineralization is possibly linked to higher expression of genes coding for Gla proteins, involved in the regulation of hydroxyapatite crystal fixation and growth. From an aquaculture perspective, these results might serve as a solid baseline for better management of P in production, opening to the possibility to strain selection as well as providing new tools for dietary-P level optimization for rainbow trout production.

Ce travail de thèse a eu pour objectif d’identifier les mécanismes majeurs intervenant dans la régulation de l’adiposité musculaire chez la truite arc-en-ciel. Pour cela, nous avons analysé les effets combinés de la sélection génétique et de l’alimentation, facteurs prépondérants de variation de l'adiposité. Deux lignées de truites arc-en-ciel sélectionnées sur la teneur en lipides du muscle dorsal ("muscle gras" et "muscle maigre"), ont été nourries pendant 6 mois avec un régime contenant 10 ou 23% de lipides (% de la matière sèche). Nous avons mesuré l'activité et/ou l'expression d’enzymes clé des principales voies métaboliques intervenant dans l'utilisation de l'énergie, puis développé une analyse différentielle globale à l’échelle du transcriptome (microarray nylon) et du protéome (électrophorèse bidimensionnelle). Ces analyses portent sur le muscle blanc, tissu cible de la sélection, et le foie, carrefour métabolique et site majeur de la lipogenèse chez les poissons. Les résultats obtenus confirment l’effet inhibiteur d’un apport alimentaire riche en lipides sur la lipogénèse et la désaturation des acides gras dans le foie, déjà observé chez des individus de plus grande taille, et fournissent de nouvelles connaissances sur l’effet exercé sur les autres voies, en particulier la protéolyse. Ces analyses ont également permis de mettre en évidence des différences métaboliques existant entre lignées, qui concernent non seulement le métabolisme des lipides mais aussi celui des autres substrats énergétiques. Il apparaît que les deux moyens utilisé pour augmenter la teneur en lipides du muscle mettent en jeu des mécanismes moléculaires différents. Nos travaux ont permis d’identifier deux gènes dont l’expression est augmentée dans le muscle en réponse à un apport alimentaire riche en lipides et par la sélection génétique en faveur d’un indice d’adiposité musculaire élevé, et qui pourraient être des marqueurs moléculaires de l’adiposité musculaire. / The objective of the study was to identify genes and proteins that are involved in the control of muscle fat deposition in rainbow trout. We analyzed the combined effects exerted by genetic selection and dietary treatment, which are the two main factors that can be used to manage body fat content. Two lines of rainbow trout, obtained after 3 generations of divergent selection for high or low muscle fat content, were fed diets containing either 10% or 23% lipids (% dry matter), for six months. We analyzed the activity and gene expression of key enzymes involved in energy utilization, and performed a more global approach through transcriptome (nylon microarray) and proteome (two- dimensional electrophoresis) analysis. We analyzed the liver, which is the centre of intermediary metabolism and the main site of lipogenesis in fish, and the muscle, the target tissue of the selection provedure. The results confirmed the depressing effect exerted by a lipid rich diet on lipogenesis and fatty acid desaturation, already described in larger size fish, and provided new insight about the effect exerted on the other metabolic pathways, in particular the proteolysis. These analyses pointed out metabolic differences existing between lines. They involved not only lipid metabolism, but also the other pathways of nutrient utilization. With regard to their muscle-fattening effect, the dietary treatment and the genetic selection appear to act through different molecular mechanisms. These analyses allowed the identification of two genes that are over-expressed in muscle upon both high dietary lipid supply and upward selection for muscle fat content, suggesting that these two genes could be relevant molecular markers of muscle fattening.

L'acide rétinoïque (AR) régule la myogénèse embryonnaire. Dans le cadre de ce projet de thèse, nous avons d'une part utilisé l'AR pour moduler la myogénèse embryonnaire, dans la perspective d'étudier les conséquences de cette modulation sur le potentiel ultérieur de croissance et identifier les mécanismes moléculaires mobilisés.D'autre part, nous avons étudié la fonction de deux gènes régulés par l'AR et susceptibles de participer au contrôle de la myogénèse embryonnaire.La première partie du travail a été réalisée sur les modèles truite et poisson-zèbre. Nous avons montré que chez la truite comme chez le poisson zèbre, une incubation dans l'AR entrainait une activation de l'expression de Fgf8et de la différenciation des fibres musculaires rapides. Toutefois, chez la truite, nous n'avons pas pu mettre en évidence de régulation des MRF, indiquant qu'une autre voie est utilisée pour activer la myogénèse chez cette espèce.Dans la seconde partie de ce travail, la fonction de deux gènes régulés par l'AR et exprimés dans le mésoderme a été étudiée chez le poisson-zèbre. Le gène vertnin est exprimé essentiellement dans le tailbud. Quand il est inactivé par injection d'un oligo nucléotide morpholino antisens, on observe une altération de la formation des somites (mais pas de modification apparente du processus de segmentation) et une altération de l'intégrité des fibres lentes. Les fibres lentes sont en effet irrégulièrement espacées et les espaces au niveau des myoseptes verticaux peuvent être anormalement larges et les jonctions myotendineuses mal formées. Le gène arrestine β2aest exprimé dans les somites néo-formés puis également dans le mésoderme présomitique et le tailbud. Son inactivation par injection d'OM antisens entraine l'apparition du phénotype U-type et une altération de la morphologie des fibres lentes avec des fibres qui se détachent des jonctions myotendineuses. / Retinoic acid (RA) regulates embryonic myogenesis. During this thesis project, we first used RA to modulate embryonic myogenesis in order to study consequences of this modulation on the future potential for growth and to identify the underlying molecular mechanisms. Second part deals with the characterisation of the function of two genes regulated by the RA which may be involved in the control of embryonic myogenesis.The first part of the work was performed on the trout and zebrafish models. We have shown that in trout as in zebrafish, incubation in RA produced an activation of Fgf8 expression and differentiation of fast muscle fibers.However in trout, we did not observed regulation of MRF expression indicating that an alternative pathway isused to activate myogenesis in this species.In the second part of this work, the function of two genes regulated by the RA and expressed in the mesodermwas studied in zebrafish. The vertnin gene is expressed primarily in the tailbud. When it is inactivated by injection of antisense morpholino oligonucleotide, there is an alteration in the somites morphogenesis (but no apparent change in the process of segmentation) and impairment of the integrity of the slow muscle fibers. Slowfibers are indeed irregularly spaced and the vertical myosepta can be abnormally large. In addition myotendinous junctions display some abnormal branches. The arrestin β 2a gene is expressed in last formed somites and then also in the presomitic mesoderm and the tailbud. Its inactivation by injection of antisense MO leads to the appearance of the U-type phenotype and alteration of the slow muscle fibers morphology which detach frommyotendinous junctions