Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2005. / Bibliogr. Publié aussi en version électronique.

L'utilisation de gluten de maïs (GM) jaune dans les moulées d'aquaculture est une pratique de plus en plus courante. En plus d'être très digeste, le GM est faible en phosphore et contient plus de 60% de protéines digestes. Le GM jaune est très concentré en pigments caroténoïdes xanthophylles jaunes. TI a cependant été démontré que ces pigments ont un pouvoir colorant indésirable sur la chair des salmonidés. Le GM est aussi pauvre en lysine et les régimes alimentaires contenant un haut niveau de GM peuvent montrer une légère déficience en lysine, ce qui limite la déposition protéique chez les poissons. Quatre régimes alimentaires (36% de protéines digestibles, 19 MJ kg-1 d'énergie digestible, 50 ppm d' astaxanthine) ont été formulés pour contenir 12% de farine de poisson et 30% de GM blanc ou jaune. Un régime contenant 36% de farine de poisson et aucun GM a également été utilisé. Les moulés ont été distribuées à des truites arc-en-ciel (poids initial = 119 g) élevés à 12° C pendant 140 jours. Le premier objectif de cette étude était d'étudier l'effet des pigments xanthophylles sur la déposition des pigments dans la chair de la truite arc-en-ciel. Le second objectif consistait à étudier l'effet de différents niveaux de lysine dans la moulée sur les performances et la pigmentation de la truite arc-en-ciel.

L'étude a pour but de mettre au point une stratégie nutritionnelle de réduction de la charge en phosphore (P) des effluents piscicoles au Québec. Elle a duré 112 jours et consisté à évaluer les effets de trois types d'alternances répétées (à 1, 2 et 4 semaines) de régimes carencé ou RO (0,2 % P disponible) et équilibré ou RIO (0,3 % P disponible) en P sur la croissance et l'excrétion de P chez Oncorhynchus mykiss. Ces alternances ont été comparées à l'alimentation en continu avec RO, RIO et un régime témoin, bien équilibré, ou RG (0,5 % P disponible). Les alternances n'ont pas différé significativement (P<0,05) entre elles pour la croissance, la minéralisation des tissus et les rejets de P. Elles ont été globalement meilleures par rapport à l'alimentation en continu avec RO et RIO. C'est le RG ±en continu¿ qui a, cependant, eu des valeurs plus élevées pour la croissance, mais aussi des rejets de P plus élevés (4,2 contre 2 g de P par kg de poids frais). L'étude a montré qu'une alternance de régimes carencé et équilibré en P est une avenue intéressante pouvant permettre d'atteindre et même de dépasser l'objectif provincial du Québec en matière de rejet de P.

La truite arc-en-ciel (Oncorhynchus mykiss), espèce d'élevage majeure en Europe et notamment en France, est l'une des espèces de poisson les mieux connues dans un grand nombre de domaines, y compris l'immunologie. Les virus qui l'infectent ont aussi été bien caractérisés, en particulier deux Novirhabdovirus, le virus de la septicémie hémorragique virale (VSHV) et le virus de la nécrose hématopoïétique infectieuse (VNHI), tous deux connus pour provoquer des pertes importantes dans les élevages aquacoles. Quelques travaux, conduits notamment à l'INRA, ont mis en évidence l'existence d'une variabilité génétique de la résistance à ces infections chez la truite (Quillet et al., 2007). Une approche combinant analyse génétique et étude des réponses cellulaires a été développée pour tenter de mieux caractériser la réponse de la truite contre le VSHV. L'objectif est de développer des outils d'amélioration de la santé dans les élevages piscicoles et de mieux comprendre les mécanismes de résistance antivirale chez les vertébrés. Tout d'abord, une démarche de cartographie de QTL (quantitative trait locus) a permis de détecter un QTL majeur de résistance au VSHV dans la région télomérique du groupe de liaison 31 de la truite arc-en-ciel. Ce QTL contrôle la survie des poissons et la croissance in vitro du virus sur explants de nageoire (VREFT), ce qui suggère fortement l'implication de mécanismes innés dans la résistance. Le QTL est retrouvé dans des croisements impliquant des reproducteurs de résistance variée, et peut expliquer jusqu'à 65% (survie) et 49% (VREFT) de la variance phénotypique observée. Enfin, l'effet du QTL est conservé quel que soit le mode d'infection employé (balnéation ou injection intrapéritonéale), suggérant que la résistance n'est pas liée à des particularités des tissus superficiels (peau, mucus), premiers sites de contact entre le virus et son hôte. En parallèle, des lignées cellulaires ont été dérivées à partir d'ovaires de truites appartenant à des lignées isogéniques présentant des niveaux de résistance variable à l'infection par le VSHV. Une corrélation remarquable est observée entre la résistance à l'infection des lignées cellulaires et la survie des poissons dont elles sont issues, confirmant définitivement le rôle déterminant de mécanismes innés dans la résistance. Ce modèle cellulaire a également permis de montrer que le contrôle précoce de la prolifération virale était une étape clé de la résistance. Le parallélisme entre résistance in vitro et in vivo semble conservé lors de l'infection par un second rhabdovirus, le VNHI, bien qu'aucune corrélation dans la résistance à ces deux infections n'ait été observée dans cette étude. Par ailleurs, le QTL à effet fort identifié pour la résistance au VSHV ne joue pas un rôle majeur dans la variabilité de résistance au VNHI. Ceci suggère que, même si ils concourent à l'activation de voies de signalisation communes, les facteurs clés de la résistance aux deux virus sont différents, et leur expression contrôlée par des zones génomiques distinctes. Les résultats obtenus dans cette étude ont permis de démontrer sans équivoque le rôle clé des mécanismes innés dans la résistance de la truite à l'un de ses principaux virus, et l'existence d'une forte variabilité génétique sous-tendant l'expression des facteurs impliqués. En proposant des bases nouvelles pour aborder l'analyse des interactions hôte-virus chez la truite, ils ouvrent la voie à la découverte de mécanismes potentiellement nouveaux dans la réponse des poissons à ces infections et à une meilleure compréhension de ces mécanismes chez les vertébrés. / The rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) is one of most significant fish model in many scientific fields, including immunology. Due to its importance in aquaculture, viruses that can infect this species have been well characterized. Two well-known Novirhabdoviruses, the viral haemorrhagic septicemia virus (VHSV) and the infectious hematopoietic necrosis virus (IHNV) cause serious damage in fish farms and represent a significant threat for aquaculture in a number of countries. Our laboratories have previously reported a wide range of susceptibility to these infections in rainbow trout depending on the host genetic background (Quillet et al., 2007). In this work, we undertook a dual approach to better characterize the antiviral response in fish. A without a priori approach led to the detection of a major QTL (quantitative trait locus) for resistance to VHSV in the telomeric region of the rainbow trout linkage group 31. This QTL controls both fish survival and viral replication in excised fin tissue (VREFT), suggesting the involvement of innate mechanisms in the resistance, and can explain up to 65% (survival) and 49% (VREFT) of the observed phenotypic variation. Additionally, this major locus was retrieved in a number of genetic backgrounds, and regardless of the infection route (waterborne infection or injection), suggesting that the virus entry in fish is not the main factor of resistance. In parallel, cell lines were derived from ovaries of several rainbow trout isogenic lines with various levels of susceptibility to infection with VHSV. Resistance of cell lines to infection by the virus was remarkably correlated with the survival of fish from which they were derived, confirming the importance of innate factors for the resistance. This model also showed that the early stage response is critical for the cellular fate after infection. The parallelism between resistance in vitro and in vivo has finally been observed after infection by a second rhabdovirus, IHNV, although no correlation in resistance to these two viruses could be detected. Moreover, no major QTL for IHNV resistance was found in the region of the VHSV QTL. This observation suggests that the key factors of resistance are different, even if they contribute to the activation of common signaling pathways. The expression of these factors is in any case controlled by distinct regions of the genome. Our work demonstrates a strong genetic determinism of resistance to a major virus in rainbow trout, based on innate mechanisms. We believe that these results pave the way for the discovery of new host response mechanisms against viruses, leading to a better understanding of antiviral immunity in vertebrates.

Certains métaux peuvent agir comme perturbateurs endocriniens: les truites arc-en-ciel vivant dans les lacs contaminés au cadmium (Cd) ou au zinc (Zn) présentent une sécrétion cortisolique affaiblie en réponse au stress comparativement à celles non exposées. Des études in vitro ont révélé que le Cd et le Zn agissent directement sur la cellule adrénocorticale et nous avons démontré que le ¹⁰⁹Cd est transporté dans ces cellules par un système de transport spécifique. Comme la sécrétion cortisolique en réponse à l'adrénocorticotrophine (ACTH) impliquerait un influx de calcium (Ca), nous avons émis l'hypothèse que le Cd et le Zn inhiberaient cet influx. Les effets réciproques du Cd et du Ca, ainsi que du Zn, sur le transport de ¹⁰⁹Cd et de ⁴⁵Ca ont été caractérisés dans des cellules adrénocorticales isolées de truites d'élevage. Nous avons utilisé des milieux d'incubation inorganiques et avons analysé les résultats en terme de spéciation des métaux. Nos résultats démontrent l'existence d'un transport spécifique pour le ⁴⁵Ca. Des inhibitions réciproques entre le Cd et le Ca ont été observées en conditions optimisant les niveaux de Cd²⁺ comparativement aux chloro-complexes (CdCln²¯n). Le Zn inhibe préférentiellement le transport de ¹⁰⁹CdCln²¯n sans affecter l'accumulation de ⁴⁵Ca. Le Cd pourrait donc perturber la sécrétion de cortisol en diminuant la biodisponibilité du Ca dans les cellules stéroïdogéniques du tissu interrénal, mais il est peu probable que le Zn agisse ainsi. Le transport de ¹⁰⁹Cd étant inhibé par le Zn, ces deux métaux n'agiraient pas en synergie sur la fonction hormonale. Cette étude valide l'utilisation de cellules adrénocorticales isolées pour mieux comprendre la défaillance cortisolique observée chez les poissons vivant en écosystèmes contaminés. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Cadmium, Zinc, Calcium, Cortisol, Spéciation, Inhibition réciproque.

La truite arc-en-ciel (Oncorhynchus mykiss), espèce d'élevage majeure en Europe et notamment en France, est l'une des espèces de poisson les mieux connues dans un grand nombre de domaines, y compris l'immunologie. Les virus qui l'infectent ont aussi été bien caractérisés, en particulier deux Novirhabdovirus, le virus de la septicémie hémorragique virale (VSHV) et le virus de la nécrose hématopoïétique infectieuse (VNHI), tous deux connus pour provoquer des pertes importantes dans les élevages aquacoles. Quelques travaux, conduits notamment à l'INRA, ont mis en évidence l'existence d'une variabilité génétique de la résistance à ces infections chez la truite (Quillet et al., 2007). Une approche combinant analyse génétique et étude des réponses cellulaires a été développée pour tenter de mieux caractériser la réponse de la truite contre le VSHV. L'objectif est de développer des outils d'amélioration de la santé dans les élevages piscicoles et de mieux comprendre les mécanismes de résistance antivirale chez les vertébrés. Tout d'abord, une démarche de cartographie de QTL (quantitative trait locus) a permis de détecter un QTL majeur de résistance au VSHV dans la région télomérique du groupe de liaison 31 de la truite arc-en-ciel. Ce QTL contrôle la survie des poissons et la croissance in vitro du virus sur explants de nageoire (VREFT), ce qui suggère fortement l'implication de mécanismes innés dans la résistance. Le QTL est retrouvé dans des croisements impliquant des reproducteurs de résistance variée, et peut expliquer jusqu'à 65% (survie) et 49% (VREFT) de la variance phénotypique observée. Enfin, l'effet du QTL est conservé quel que soit le mode d'infection employé (balnéation ou injection intrapéritonéale), suggérant que la résistance n'est pas liée à des particularités des tissus superficiels (peau, mucus), premiers sites de contact entre le virus et son hôte. En parallèle, des lignées cellulaires ont été dérivées à partir d'ovaires de truites appartenant à des lignées isogéniques présentant des niveaux de résistance variable à l'infection par le VSHV. Une corrélation remarquable est observée entre la résistance à l'infection des lignées cellulaires et la survie des poissons dont elles sont issues, confirmant définitivement le rôle déterminant de mécanismes innés dans la résistance. Ce modèle cellulaire a également permis de montrer que le contrôle précoce de la prolifération virale était une étape clé de la résistance. Le parallélisme entre résistance in vitro et in vivo semble conservé lors de l'infection par un second rhabdovirus, le VNHI, bien qu'aucune corrélation dans la résistance à ces deux infections n'ait été observée dans cette étude. Par ailleurs, le QTL à effet fort identifié pour la résistance au VSHV ne joue pas un rôle majeur dans la variabilité de résistance au VNHI. Ceci suggère que, même si ils concourent à l'activation de voies de signalisation communes, les facteurs clés de la résistance aux deux virus sont différents, et leur expression contrôlée par des zones génomiques distinctes. Les résultats obtenus dans cette étude ont permis de démontrer sans équivoque le rôle clé des mécanismes innés dans la résistance de la truite à l'un de ses principaux virus, et l'existence d'une forte variabilité génétique sous-tendant l'expression des facteurs impliqués. En proposant des bases nouvelles pour aborder l'analyse des interactions hôte-virus chez la truite, ils ouvrent la voie à la découverte de mécanismes potentiellement nouveaux dans la réponse des poissons à ces infections et à une meilleure compréhension de ces mécanismes chez les vertébrés.

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.

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.