Présentement, l'industrie laitière est aux prises avec des problèmes de reproduction chez les vaches, dont la mortalité embryonnaire est l'un des plus importants. Le plus souvent, la perte de l'embryon survient durant la période de péri-implantation, car celui-ci ne parvient pas à inhiber suffisamment la sécrétion de prostaglandine F[indice inférieur 2 [alpha]] (PGF[indice inférieur 2[alpha]]) par les cellules épithéliales de l'utérus. Plusieurs études ont démontré que la survie embryonnaire chez la vache laitière peut être améliorée par un supplément alimentaire en graines de lin, lesquelles sont riches en acide alpha-linolénique (ALA), un oméga-3, et en lignanes. De plus, notre équipe de recherche a observé que le niveau de sécrétion des prostaglandines, ainsi que le niveau d'expression de plusieurs gènes utérins impliqués dans la survie embryonnaire (jour 17), sont modulés par un supplément alimentaire de graines de lin durant la période de péri-implantation embryonnaire. Il a été démontré que la graine de lin peut diminuer le ratio sanguin d'acides gras oméga-6/oméga-3 et qu'elle augmente la concentration circulante d'entérolactone (ENL), un métabolite de lignane qui agit comme phyto-oestrogène et comme antioxydant. Cependant, ces études in vivo ne permettent pas de distinguer si les effets de la graine de lin sur l'utérus sont dus aux acides gras, à l'ENL ou aux deux, ni de distinguer comment les différents types cellulaires de l'endomètre répondent à ces traitements. L'objectif de ce projet de recherche était de déterminer quels sont les effets directs de différents ratios oméga-6/oméga-3 et de l'ENL sur l'expression de différents gènes sélectionnés et sur la sécrétion de prostaglandines dans un modèle in vitro de culture de cellules endométriales primaires. Tout d'abord, 16 gènes ont été sélectionnés parmi ceux étant différentiellement exprimés dans l'utérus de vaches au jour 17 de la gestation, lesquelles avaient reçu ou non un supplément alimentaire de 10% graines de lin. Ces 16 gènes sont impliqués ou sont suspectés de jouer un rôle dans la survie embryonnaire et/ou la synthèse des prostaglandines. Tout d'abord, afin de mieux connaître le profil d'expression de ces gènes dans l'endomètre, la variation du niveau d'expression de ces gènes au cours du cycle oestral a été caractérisée in vivo par PCR quantitatif en temps réel (RT-qPCR). Par la suite, deux types cellulaires ont été isolés à partir d'utérus de vache; les cellules stromales et les cellules épithéliales. Ces cellules ont été traitées avec de la progestérone et de l'interféron-tau, de manière à mimer la présence d'un embryon en début de gestation. Ces cellules utérines ont été traitées avec 6 différents ratios d'acides gras oméga-6/oméga-3 (acide linoléique / acide alpha-linolénic), avec de l'ENL ou avec ces deux traitements (acides gras + ENL). Suite à ces traitements, les niveaux d'ARN messagers des 16 gènes sélectionnés ont été mesurés par RT-qPCR. La concentration de PGF[indice inférieur 2[alpha]], de prostaglandine E 2 (PGE[indice inférieur 2]) et le ratio PGE[indice inférieur 2]/PGF[indice inférieur 2[alpha]] ont été mesurés par « enzyme immun assay (EIA) ». Les résultats obtenus démontrent que la variation du ratio oméga-6/oméga-3 et/ou que l'ENL peuvent moduler l'abondance relative d'ARN messager de plusieurs gènes, mais de manière différente dépendamment du type cellulaire étudié. De plus, une diminution du ratio oméga-6/oméga-3 entraîne une diminution de la production de prostaglandines et une augmentation du ratio PGE[indice inférieur 2]/PGF[indice inférieur 2[alpha]] par les cellules épithéliales. La présence d'ENL dans le milieu de culture a permis de diminuer la sécrétion des prostaglandines étudiées de manière dose-dépendante dans les cellules stromales et épithéliales. De plus, nos résultats démontrent une interaction entre l'ENL et la présence d'acides gras au niveau de la réduction des sécrétions de prostaglandines. Pour les cellules stromales, nous observons une association entre la diminution de sécrétion des prostaglandines par l'ENL et la diminution de l'abondance d'ARN messagers de la prostaglandin E synthase (PTGES) et de l'Aldo-keto reductase family 1, member B1 (AKR1B1), deux gènes impliqués dans la synthèse des prostaglandines. Les résultats obtenus dans le cadre de cette étude démontrent que la variation des ratios d'oméga-6/oméga-3, ainsi que l'ENL agissent directement sur l'expression de certains gènes et sur la sécrétion des prostaglandines dans les cellules stromales et épithéliales de l'endomètre bovin. Cependant, les réponses cellulaires obtenues diffèrent en fonction du type cellulaire étudié.

EXP. 1 Les objectifs étaient d'étudier l'impact potentiel d'un stress thermique dans différentes régions de Thaïlande, de déterminer la répartition mensuelle des vêlages au cours de l'année et de déterminer les sources de variation environnementales de l'intervalle vêlage fécondation (IVF) chez des vaches primipares. Les données climatiques ont été obtenues dans les 25 stations météorologiques provinciales officielles couvrant les 33 provinces inclues dans cette étude. Les données de reproduction ont été fournies par le bureau de " Biotechnology in Livestock Production, Department of Livestock Development, Ministry of Agriculture and Cooperatives ". Ces données concernaient 13 548 lactations de 2004 à 2006. Le plus faible index température-humidité (ITH) a été obtenu en décembre (72) et le plus élevé en avril (80). L'ITH a différé suivant les régions (P<0,0001) et les mois (P<0,0001) et une interaction a été observée entre la région et le mois (P<0,0001). Les vêlages ont été les plus fréquents en septembre et octobre (13,1 - 14,91%) et les moins fréquents en février (4,14 %). L'intervalle moyen vêlage-fécondation était de 151,70 jours. Le mois de vêlage (P<0,0001) et la région (P<0,0001) ont eu un effet sur l'IVF. Les vaches ayant vêlé en février ont eu l'IVF le plus long (219 ± 11 jours) alors que les vaches ayant vêlé en octobre et novembre ont eu l'IVF le plus court (133 ± 7 et 133 ± 7 jours). EXP. 2 Les objectifs étaient 1) d'étudier les effets d'un stress thermique sur le retour de l'activité ovarienne et sur les concentrations plasmatiques en acides gras non estérifiés (AGNE), insulin-like growth factor-1 (IGF-1) et cortisol chez des vaches laitières primipares en post-partum, et 2) d'étudier les effets d'un stress thermique sur la perte embryonnaire de vaches laitières primipares. Cette étude a été réalisée dans une ferme laitière commerciale et comprenait 68 vaches primipares. La proportion de cyclicité ovarienne normale lors d'un stress thermique modéré (SM ; 72 ≤ ITH < 78) était plus élevée qu'en présence d'un stress thermique sévère (SS ; 78 ≤ ITH < 89) (P<0,01). L'intervalle vêlage - 1ère ovulation, l'intervalle vêlage - 1ère IA, l'IVF et la fertilité à la 1ère IA n'étaient pas différents suivant le niveau de stress thermique (SM ou SS). La note d'état corporel et le poids vif n'étaient pas influencés par les groupes d'ITH. Les concentrations plasmatiques en AGNE, IGF-1 et cortisol ne différaient pas entre les groupes d'ITH. La production de lait était différente entre groupes (SM > SS, P=0,03). Ni le nombre, ni les différents types de mortalité embryonnaire n'ont été affectés par le stress thermique. EXP. 3 L'objectif était d'étudier si la supplémentation en béta-carotène pendant le tarissement pouvait 1) augmenter les concentrations sanguines en béta-carotène post-partum 2) améliorer la fonction ovarienne et la progestéronémie 3) améliorer l'involution et la santé utérines 4) améliorer la production laitière et la composition du lait 5) modifier le statut hormonal et métabolique de la vache 6) augmenter la concentration colostrale en IgG 7) modifier le statut hormonal et métabolique et l'activité enzymatique chez le veau nouveau-né. Quarante vaches laitières hautes productrices de race Prim'Holstein ont été utilisées. Un supplément en beta-carotène à été donné individuellement à la moitié des vaches (1g/j ; groupe BC) à partir du tarissement et jusqu'au vêlage. Une supplémentation en béta-carotène pendant le tarissement a augmenté les concentrations en béta-carotène des vaches (P<0,0001). Vingt-huit jours post-partum, le pourcentage de neutrophiles était plus élevé dans le groupe BC que dans le groupe témoin (T) (frottis cervical ; T : 21.0 ± 3.22% vs BC : 9.7 ± 3.14%, P<0,05 et frottis utérin; T: 32.0 ± 3.86% vs BC: 20.9 ± 3.76% ; P<0,05). La concentration plasmatique en hydroxyproline était plus élevée dans le groupe BC que dans le groupe T 21 jours post-partum (T : 15.0 ± 1.33µmol/L vs. BC : 20.8 ± 1.33µmol/L ; P<0,01). La supplémentation en béta-carotène pendant le tarissement n'a pas eu d'effets sur l'activité ovarienne, la progestéronémie, les diamètres du cervix et des cornes utérines, la production laitière et la composition du lait, le statut métabolique et hormonal des vaches, la concentration colostrale en IgG, le statut hormonal et métabolique et l'activité enzymatique du veau nouveau-né.

Chez la vache laitière à haut rendement, la période de transition entourant la parturition est généralement accompagnée d’un déficit énergétique, d’un métabolisme des lipides perturbé et d’une augmentation de l’inflammation et du stress oxydatif. Afin d’améliorer la balance énergétique et de diminuer certains effets négatifs associés à la période de transition, il est fréquent que les producteurs administrent des diètes riches en lipides (ex. Mégalac®, riche en acide palmitique) aux vaches laitières à haut rendement. Par exemple, l’ajout de lipides saturés à la ration améliore la balance énergétique et diminue l’accumulation des triglycérides dans le foie. Cependant, plusieurs troubles métaboliques demeurent, tels que l’inflammation et le stress oxydatif, pouvant être observés entre autres au niveau du foie. Comme alternative aux lipides saturés, l’ajout d’acides gras polyinsaturés (AGPIs) pourrait contribuer à améliorer la balance énergétique tout en diminuant certains effets négatifs associés à la période de transition. Toutefois, les AGPIs sont sujets aux phénomènes de peroxydation ce qui pourrait augmenter le stress oxydatif chez l’animal. Pour limiter ces dommages oxydatifs, l’utilisation de la graine de lin entière, riche en acides gras oméga-3 (n-3) et en lignans (antioxydants), en supplément alimentaire apparaît comme une avenue prometteuse. Des travaux antérieurs rapportent qu’une supplémentation en différents dérivés de la graine de lin (ex. AGPIs, lignans) module l’expression de certains gènes impliqués dans la réponse au stress oxydatif et le métabolisme des lipides dans la glande mammaire de la vache laitière. Cependant, il n’existe aucune étude rapportant l’effet de divers composés de la graine de lin sur le métabolisme lipidique et certains marqueurs de stress oxydatif dans le foie de la vache laitière. Ce projet de recherche a été réalisé afin de déterminer les effets de différents ratios d’acides linoléique (LA)/acide alpha-linolénique (ALA) (n-6/n-3, AGPI) en présence ou non d’entérolactone (ENL, lignan mammalien) sur (1) l’expression hépatique de gènes liés au métabolisme des lipides, au processus inflammatoire et au stress oxydatif, (2) les dommages aux lipides et aux protéines et (3) l’activité de l’enzyme superoxyde dismutase (SOD) dans le foie de la vache laitière en début de lactation. Un modèle in vitro de culture de tissu hépatique en tranches minces a été utilisé puisqu’il permet de préserver les interactions cellules-matrice et entre les cellules. Les gènes sélectionnés ont été choisis en se référant à diverses études antérieures et incluent certains gènes différentiellement exprimés dans le foie et la glande mammaire de la vache laitière en période de transition. Des régulateurs de la transcription (ex. MLXIPL et SREBF1), de même que leurs gènes cibles ont été priorisés. Les tissus issus de biopsies hépatiques de vaches Holstein en début de lactation ont été mis en culture et soumis à huit traitements composés de différents ratios d’AGPIs n-6/n-3, d’ENL et d’une combinaison des deux. Suite à ces traitements, les niveaux d’ARNm des gènes sélectionnés ont été mesurés par PCR quantitatif (RT-qPCR). Les dommages aux lipides ont été mesurés par l’essai des « thiobarbituric acid reactive substances » (TBARS) et les dommages aux protéines par une analyse des protéines carbonyles. Finalement, un essai enzymatique a été effectué pour mesurer l’activité de la SOD, une enzyme jouant un rôle dans le système de défense contre les radicaux libres. Les résultats de cette étude démontrent que l’ajout d’AGPIs (LA et ALA) dans le milieu de culture augmente l’expression de certains gènes liés au stress oxydatif (NQO1, PRDX3, PTGS2 et SOD1) et diminue l’expression de plusieurs gènes liés à l’activité lipogénique (ACACA, FASN, SCD et SREBF1). L’addition d’ENL dans le milieu de culture augmente l’abondance de l’ARNm des gènes cibles de MLXIPL, soit FASN et SCD, deux gènes impliqués dans l’activité lipogénique. Cette régulation à la hausse suggère qu’une supplémentation en tourteau ou en farine de lin (riche an lignans) en début de lactation pourrait avoir des effets non désirés et augmenter le risque de stéatose hépatique. Les analyses de peroxydation des lipides ont révélés une augmentation des dommages aux lipides en présence des AGPIs et un retour aux valeurs du traitement contrôle lorsque l’ENL est ajouté aux AGPIs. Une augmentation similaire est observée pour l’activité de la SOD avec l’ajout des AGPIs au milieu de culture, ainsi qu’un retour aux valeurs contrôle lorsque l’ENL est ajouté aux AGPIs. Ces résultats suggèrent qu’une supplémentation en graines de lin entières serait bénéfique en début de lactation puisque les AGPIs pourraient diminuer l’activité lipogénique au niveau du foie, alors que les lignans présents naturellement dans l’écorce de la graine de lin, pourraient réduire le stress oxydatif et les dommages aux lipides provoqués par des niveaux élevés en AGPIs.

La période de parturition est une période à risque pour les vaches laitières. En effet, dû à la production de lait, la vache passe en quelques heures d’une demande nutritionnelle faible à une forte demande et se retrouve en balance énergétique négative. Pour répondre à la demande, les vaches laitières mobilisent leurs réserves corporelles entrainant ainsi d’importants dysfonctionnements métaboliques. Suite à ces perturbations, la vache laitière connaît un état naturel d’immunodépression qui est associé à une susceptibilité élevée aux maladies infectieuses. L’objectif de la recherche de ce mémoire était d’évaluer l’effet de l’administration d’un inhibiteur de la sécrétion de prolactine au cours de la première semaine suivant le vêlage, sur la production laitière et sur le profil métabolique et les fonctionsimmunitaires des vaches laitières. Cette recherche s’inscrit dans un programme de recherche visant à diminuer l’incidence des problèmes de santé durant la période de transition de la gestation à la lactation. Vingt-deux vaches laitières en fin de gestation ont été réparties en 2 groupes selon leur parité et leur production laitière des 100 premiers jours de la lactation précédente. Chaque groupe a reçu 8 injections i.m. soit d’un inhibiteur de prolactine, la quinagolide, soit d’eau. La première injection a été administrée juste après le vêlage et les 7 suivantes à 12h d’intervalle. La production laitière, la consommation alimentaire, certains métabolites sanguins et hormones sanguines ainsi que quelques fonctions immunitaires ont été mesurés sur chacune des vaches. La concentration en prolactine était plus faible du jour 2 au jour 5 mais plus élevée aux jours 10 et 28 pour les vaches traitées à la quinagolide en comparaison aux vaches contrôles. La production laitière était plus faible chez les vaches traitées du jour 2 au jour 6 en comparaison aux vaches contrôles (24.3 ± 6.4 kg/j vs 34.8 ± 4.1 kg/j). Cependant aucun effet résiduel n’a été observé sur la production laitière au-delà du jour 6. Les concentrations en glucose et en calcium étaient plusélevées chez les vaches traitées à la quinagolide alors que leur concentration en β-hydroxybutyrate était plus faible que pour les vaches contrôles. Les concentrations sanguines en acides gras non-estérifiés, en urée, et en phosphore n’ont pas été influencées par les traitements. Aux jours 2 et 5, la flambée oxydative des polymorphonucléaires était plus élevée pour les vaches traitées à la quinagolide que pour les vaches contrôles. Les cellules vaches contrôles ont eu un meilleur taux de prolifération que les vaches traitées à la quinagolide. Cependant, cette différence a persisté au-delà du traitement suggérant un effet vache plutôt qu’un effet réel du traitement. Aucun effet du traitement n’a été observé concernant la phagocytose. En conclusion, la réduction de la concentration sanguine en prolactine durant la période postpartum permet de réduire la production laitière durant la première semaine de lactation, sans pour autant affecter la productivité du reste de la lactation. Cette réduction de production laitière juste après le vêlage permet une transition plus graduelle de la gestation à la lactation et conduit à une réduction du stress métabolique et à une amélioration de certains aspects du système immunitaire pendant cette période.

Au cours de leur lactation, les vaches laitières font face à d’importants besoins en calcium du fait de la production laitière. L'augmentation très rapide de ces besoins en début de lactation fait que l’organisme des vaches peut difficilement s’adapter par une hausse de l’ingestion et de l’absorption digestive de calcium. L’organisme doit puiser dans les réserves osseuses, qui seront reconstituées plus tard en fin de lactation. Ces cycles de mobilisation et reconstitution osseuses restent cependant impossibles à quantifier chez la vache laitière sur de larges effectifs et les conséquences d’une mauvaise reconstitution osseuse sur les lactations suivantes restent inconnues. Cette thèse avait pour objectif de développer un indicateur des phénomènes de mobilisation et reconstitution osseuse au cours de la lactation.Plusieurs facteurs de mobilisation osseuse ont pu être identifiés, comme la race, la parité ou l’alimentation. Cependant, les cycles de mobilisation et de reconstitution osseuse n’ont pas pu être reliés à des variations de la composition du lait en Ca et P. Il a cependant pu être montré, que contrairement à ce qui est décrit dans la littérature, un apport insuffisant en Ca en début de lactation n’est pas toujours accompagné d’une augmentation de la mobilisation osseuse, mais peut être compensé par une augmentation des capacités d’absorption digestive. Cette thèse montre aussi la nécessité de quantifier les conséquences d’un apport insuffisant de calcium alimentaire sur les performances de production et la santé des vaches laitières sur l’ensemble de la lactation. / During lactations, dairy cows faces huge calcium requirements due to milk production. Because of the fast increase in those requirements at the beginning of the lactation, the organism of dairy cows can hardly adapt by increasing intake and digestive calcium absorption. The organism must mobilize calcium from its storage pool, bones, which will replenish later in lactation. Those cycles of bone mobilization and reconstitution remain impossible to quantify for important number of dairy cows and the consequences of an incomplete bone reconstitution on following lactation remain unknown. The aim of this PhD was to develop an indicator of the phenomenon of bone mobilization and reconstitution during lactation.Several factors increasing bone mobilization have been identified, such as breed, parity or diet. However, the cycles of bone mobilization and reconstitution could not be related to variation in milk Ca and P content. However, it has been showed that, an insufficient Ca supply in early lactation does not always induce a higher bone mobilization, as it has been described in the literature, but can be compensated by an increase in digestive absorption capacity. The thesis also showed the need to quantify the consequences on insufficient dietary calcium supply on dairy cows’ milk production and health throughout lactation.

Chez les ruminants, l’Acidose Ruminale SubAiguë (ARSA) est une maladie d’origine nutritionnelle qui fait suite à une perturbation des fermentations microbiennes et à une acidité anormale du compartiment ruminal. L’installation chronique de ce dysfonctionnement digestif peut avoir une incidence néfaste sur l’efficacité de production et la santé des animaux. À l’échelle de l’individu ou du troupeau, elle aura pour conséquences des retombées économiques négatives pour l’éleveur. Un des problèmes majeurs de cette maladie est qu’elle ne se manifeste pas par des signes cliniques spécifiques. A l’heure actuelle, seul le pH ruminal permet d’objectiver la maladie même si aucun indicateur de pH ne fait l’unanimité, notamment du fait des variabilités importantes liées à la technique de mesure du pH d’une part et à la susceptibilité des animaux d’autre part. Dans ce contexte, cette thèse a eu pour objectif d’améliorer le diagnostic individuel de l’ARSA chez la vache laitière en développant une approche multiparamétrique applicable sur le terrain. Nous proposons de nouveaux indicateurs issus de cinétiques de pH mesuré de façon non-invasive avec des bolus intra-ruminaux. Ces nouveaux indicateurs relatifs, calculés quotidiennement sur les cinétiques normalisées sur 0 (NpH), sont le temps passé sous NpH <-0,3, l’écart type et l’amplitude. Ils permettent de pallier les fortes sources de variabilité et présentent l’intérêt d’être transposables entre études et sont plus précis pour caractériser l’ARSA. Parallèlement, nous avons développé des modèles multiparamétriques composés de plusieurs paramètres mesurés simultanément dans différents compartiments biologiques (lait, fèces, salive, sang, urine) ou sur l’animal (comportement). Leur capacité de prédiction de l’ARSA a ensuite été évaluée en élevage. Certains modèles incluant des paramètres périphériques au rumen et simples à mesurer sur le terrain présentent une bonne sensibilité (concentration en urée dans le lait, en bicarbonate dans le sang, pH salivaire), et d’autres ont une bonne spécificité (nombre de buvées de l’animal, pH fécal, concentration en urée dans le lait). Néanmoins, aucun modèle ne renferme un couple sensibilité et spécificité satisfaisant. A l’issue de ce travail nous proposons une stratégie diagnostique fondée sur 4 étapes : 1) l’analyse du contexte de diagnostic de l’ARSA, 2) l’évaluation des facteurs de risques, 3) l’évaluation des modèles multiparamétriques et 4) le calcul d’indicateurs NpH ruminaux des individus à risque. / In ruminants, subacute ruminal acidosis (SARA) is a nutritional disease that induces an abnormal acidity of the rumen compartment as well as disturbance in microbial fermentation. When the disease becomes chronic, it can lead to negative effects on production efficiency and animal health at the individual or the herd scales, with negative economic consequences for the farmer. One of the major problems of SARA is that there are no obvious clinical signs. Presently, the only benchmark to define SARA is rumen pH. However, no pH indicator is unanimous due to the important variability related both to the measurement technique itself and to the animal susceptibility. In this context, this thesis aimed to improve the individual diagnosis of SARA in dairy cows by developing a multiparametric approach that could be used on field. We propose new indicators of pH kinetics measured noninvasively with intra-ruminal boluses. These new relative indicators, calculated daily (kinetic normalised on 0, NpH), consist of the time spent under NpH < - 0.3, the NpH standard deviation and the NpH range. These indicators make it possible to overcome the strong sources of variability and have the advantage of being transposable while being more accurate to characterize SARA. At the same time, we have developed multiparametric models including a number of parameters measured simultaneously in various biological compartments (milk, faeces, saliva, blood, urine) or on animal behaviour. The models ability to predict SARA has been evaluated on field. Some models including rumen peripheral parameters (concentration of urea in milk, of bicarbonate in blood, salivary pH) have a proficient sensitivity while others have a proficient specificity (number of drinking acts, faecal pH, and urea concentration in milk). However, no model developed is both sensitive and specific enough. The diagnostic strategy we propose is based on 4 steps: 1) analysis of the SARA diagnostic context, 2) assessment of risk factors, 3) evaluation of multiparametric models and (4) determination of ruminal NpH indicators for individuals presenting a high risk of SARA.

L'objectif de ce travail est de caractériser l'effet des levures vivantes Sc47 sur le métabolisme ruminal et l'utilisation digestive de la ration en lien avec le statut oxydo-réducteur du rumen chez des vaches laitières recevant des rations qui diffèrent dans leur composition. En effet, le milieu ruminal est très anaérobie et réducteur : les micro-organismes qui s'y développent sont à l'origine de ces conditions physico-chimiques particulières caractérisées par des valeurs de potentiel rédox (Eh) ou indice de Clark (rH) basses : respectivement dans cette étude entre –213 et –147 mV et entre 6.04 et 7.48 unités rH. L'impact de trois constituants du régime des vaches laitières d'une part sur le statut réducteur du milieu ruminal et d'autre part sur son métabolisme et/ou l'utilisation digestive de la ration a été testé en interaction avec l'addition de levures vivantes : un fourrage sec chez la vache tarie, deux concentrés azotés différant par le niveau de solubilité ruminal des protéines qu'il contient et enfin la nature de l'amidon, rapidement ou lentement dégradable dans le rumen chez la vache en lactation. Il apparaît nettement que le régime alimentaire ainsi que le niveau d'ingestion des animaux influencent directement le statut réducteur du rumen : un niveau réducteur bas étant favorable à l'activité d'une flore cellulolytique alors que des niveaux plus élevés s'avèrent être un indicateur de l'apparition de troubles métaboliques du rumen. En effet, le pouvoir réducteur ruminal est corrélé avec l'activité fermentaire qui s'y développe ainsi qu'à la structure des communautés bactériennes en présence. D'après nos résultats, l'effet de la levure vivante sur les conditions réductrices du rumen semble fortement conditionné par le niveau du statut réducteur induit par le régime alimentaire : les conditions réductrices ruminales peuvent être renforcées dans la mesure où le Eh initial se trouve, dans notre étude, entre –174 et –152 mV. Ce renforcement serait favorable à l'activité de la flore fibrolytique si celle-ci n'est pas dominante, ce groupe fonctionnel participant alors également au maintien des conditons réductrices. En outre, la levure vivante aurait un impact direct sur les bactéries protéolytiques favorisant la quantité de protéines "by pass" si bien que la valeur azotée de la ration peut être améliorée en particulier en termes de PDIA. / The objective of this work is to characterize the effect of live yeast Sc47 on ruminal metabolism and ration digestibility in relation to ruminal redox status of dairy cows fed diets that differed in their composition. Indeed, the rumen environment is very anaerobic and very reducing : the inhabiting micro-organisms are the main sources of particular physic-chemical conditions characterized by low values of redox potential (Eh) or Clark’s exponent (rH): in this study, values were between –213 and –147 mV and between 6.04 and 7.48 units for Eh and rH, respectively. The impact of three constituting ingredients of the diet of dairy cows was investigated. On the one hand, the reducing status of rumen was observed and on the other hand, the metabolism and/or digestibility of the diet with or without addition of live yeast was explored. The tested constituents were: hay for dry dairy cows, two concentrates differing in nitrogen levels of ruminal solubility, and two energetic concentrates differing in rate of ruminal degradation of starch – quickly or slowly degradable in the rumen of lactating dairy cows. It clearly appeared that the diet and the level of dry matter intakes of animals directly influenced the reducing ruminal status: low levels being favorable to the activity of cellulolytic microflora whereas higher levels appeared to be indicators of metabolic disorders occuring in the rumen. Indeed, the reducing power was correlated to rumen fermentative activity and the structure of bacterial communities involved. According to our results, the effect of live yeast on rumen reducing conditions appeared strongly influenced by the level of the intrinsic reducing status induced by diet: reducing conditions in the rumen could be strengthened to the extent that the original values ranged between –174 and –152 mV. This reinforced ruminal conditions would uphold the activity of fibrolytic microflora if it is not dominant, this functional group then participating to the maintenance of reducing conditions. In addition, live yeast has a direct impact on proteolytic bacteria promoting by-pass proteins so that the protein value of the ration may be improved especially in terms of PDIA.

Le méthane, puissant gaz à effet de serre (GES), est produit dans le rumen des bovins par la fermentation microbienne anaérobie des aliments. Cette production est également responsable d’une perte d’énergie pour l’animal représentant 6 % à 8 % de l’apport alimentaire. Pour ces raisons, plusieurs travaux de recherches sont entrepris pour réduire ces émissions, en jouant sur la composition des aliments ou sur l’utilisation d’additifs alimentaires. Actuellement, la mesure des émissions de méthane se fait par différentes techniques, qui présentent des inconvénients, notamment le coût ou encore la difficulté d’application à grande échelle sur le terrain. De ce fait, de nombreuses recherches sont menées pour trouver des méthodes alternatives ou « proxy » pour la mesure indirecte du méthane. Mon travail de thèse a pour objectif de rechercher des marqueurs associés à la production de méthane chez la vache laitière, par une approche métabolomique multiplateforme. Ces marqueurs, une fois validés, pourront être dosés par des méthodes simples de laboratoire et appliqués à grande échelle pour évaluer les émissions de méthane. Étant donné le caractère exploratoire de l’approche et pour maximiser nos chances de réussite, nous avons combiné l’utilisation d’un inhibiteur spécifique de la méthanogènèse et l’analyse des profils métaboliques de quatre matrices (le lait, le plasma, le contenu ruminal et les urines)  avec différentes plateformes analytiques complémentaires : la résonnance magnétique nucléaire et la chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse. Les échantillons biologiques proviennent d’une expérimentation animale utilisant 25 vaches Holstein primipares, et séparées en deux groupes suivant la présence ou non de l’additif anti-méthane dans la ration. Nous avons mesuré une diminution des émissions de méthane de 22,7% chez les animaux ayant reçu l’additif. Les analyses statistiques multivariées ont montré des profils métaboliques différents entre les 2 groupes d’animaux dans le plasma (27 métabolites discriminants) et le lait (16 métabolites discriminants). Les travaux sur les urines et le contenu ruminal sont en cours. L’analyse des réseaux métaboliques a mis en évidence plusieurs voies métaboliques impactées par la réduction des émissions de méthane impliquées dans le métabolisme énergétique ou encore dans celui des acides-aminés. / Ruminants produce significant amount of enteric methane, which is a major contributor of greenhouse gas emissions from agricultural origin. This production also results in a loss of 6 to 8% of the energy present in the diet. The reduction of enteric methane emissions from ruminants is an active area of research that requires the use of expensive, constraining measurement methods such as respiratory chambers or the use of a tracer gas that are difficult to use outside experimental farms. Therefore, there is a need of alternative, non-invasive measurement methods that can be used on large number of animals. In this work, we used an open metabolomic approach for identifying potential metabolic biomarkers associated with the production of methane in dairy cows. These discriminant metabolites, once validated, may be used for monitoring methane emissions under field conditions. To maximize the chance of finding such biomarkers, we used a multiplatform metabolomics approach (nuclear magnetic resonance and mass spectrometry) to better cover the metabolome and analyzed four biological matrices, namely milk, plasma, ruminal fluid and urine. We carried out a study involving 25 primiparous Holstein dairy cows that were divided into two groups fed a diet with or without a specific anti-methanogenic compound. We measured 22.7% reduction of methane emissions in the Treated group compared to the Control group. We identified 27 discriminant metabolites in plasma and 16 discriminant metabolites in milk. Metabolic network analysis highlighted pathways involved in energy and amino acids metabolism suggesting a general effect on the host animal induced by a reduction in methanogenesis.

La santé et la fertilité des vaches laitières sont au cœur des préoccupations de la filière professionnelle dans un objectif d’efficience, de quantité et de qualité de la production de lait. La mise en place d’une lactation performante se superpose aux profonds changements hormonaux et métaboliques de la période postpartum, se traduisant par une balance énergétique négative. Les conséquences en sont souvent une altération de la fertilité et une immunodépression qui accroit la susceptibilité aux pathologies. Dans les élevages, il existe encore une grande variabilité d’état général et de performances chez les vaches laitières malgré la sélection génomique. Il est proposé que des modifications de la méthylation de l’ADN puissent contribuer à cette variabilité phénotypique individuelle. En effet, la méthylation de l’ADN, en tant que processus épigénétique, est impliquée dans la régulation transcriptionnelle des gènes, et présente une certaine plasticité face aux contraintes environnementales. Nous avons fait l’hypothèse que des signatures épigénétiques portées par les cellules du sang, pourraient refléter l’état de santé des vaches et pourraient être modifiées en réponse à différents facteurs intrinsèques (parité, stades physiologiques…) et aux contraintes environnementales. Ces signatures ont été recherchées dans une population de cellules du sang particulière : les monocytes. Ces cellules, accessibles par prélèvements sanguins et purification en présence d’un anticorps spécifique, constituent la première ligne de réponse d’immunité innée face aux infections aigües participant à la dégradation de l’état de santé des vaches en postpartum. Pour tester l’hypothèse de signatures épigénétiques monocytaires, une analyse du méthylome par « Reduced Representation Bisulfite Sequencing », (RRBS) dans diverses situations d’élevage a été réalisée. En utilisant des ADN génomiques de vaches incluses dans plusieurs protocoles, 22 banques ont été construites et séquencées. Leur analyse a été réalisée en utilisant un pipeline d’analyses bioinformatique et biostatistique développé au laboratoire.En moyenne 1 250 000 CpG sont pris en considération et permettent l’identification et la localisation de cytosines différentiellement méthylées (DMC) : i) 27143 DMC en comparant les méthylomes de différents types cellulaires (monocytes versus fibroblastes et PBMC) ii) 4788 DMC en réponse à un challenge nutritionnel basé sur la distribution du complément alimentaire GENIAL®, fabriqué et distribué en élevage par nos partenaires PILARDIERE et XR-Repro. iii) 2615 et 4616 DMC en réponse au challenge infectieux pour le groupe de vaches témoins et le groupe en restriction alimentaire respectivement (protocole coordonné par Christine Leroux et José Pires (RUMINFLAME, INRA, Theix) combinant une restriction alimentaire et un challenge immunitaire, par injection de LipoPolySaccharide). iv) 4420 DMC issues de la comparaison entre méthylomes de vaches à génome constant (issues du transfert nucléaire, clones) et de vaches à génome variable mais de même âge et élevées dans les mêmes conditions que les clones. Pour certaines régions différentiellement méthylées (DMR) ciblant le promoteur de gènes, le statut de méthylation a été confirmé par conversion bisulfite et pyroséquençage. L’expression des gènes associés a été étudiée. Une anti corrélation significative est observée entre méthylation et expression signant la fonctionnalité de ces régions.En comparant les 11 méthylomes monocytaires, il est montré que 21% des CpG sont extrêmement stables et ne présentent qu’une faible variation de méthylation entre échantillons ( 20%). L’ensemble de ces informations peut être pris en considération pour la conception d’un outil d’épigénotypage. A l’avenir, il serait aussi possible d’utiliser cet outil en routine afin d’appréhender les variations du méthylome monocytaire dans différentes conditions d’élevage. / In dairy breeding, the health and fertility of cows are the main concern with the aims to maintain milk quantity and quality and to reduce the interval between calving in a high competitive economical context. Postpartum period is marked by major hormonal and metabolic changes that affect productivity, immune responses and fertility. The consequences of immune response deterioration are an increasing susceptibility to diseases (mastitis, metritis, endometritis…). Genomic selection in livestock improves the performance of the population but does not exclude phenotypic variability at the level of livestock and the individual. It is proposed that DNA methylation could contribute to this individual phenotype variability. Indeed, DNA methylation is an epigenetic process involved in transcriptional regulation of genes displaying certain plasticity in front of environmental constraints.We assumed the epigenetic signatures carried by blood cells, could reflect overall health and could be modified in response to intrinsic factors (parity, stages …) and to environmental changes. These signatures were researched in a particular blood cells subpopulation: the monocytes. These cells, obtained by blood sampling and purification with a specific antibody, are the first line of defense against acute infections participating in health status deterioration of postpartum cows.To test the monocyte epigenetic signatures hypothesis, monocyte methylome were analyzed by « Reduced Representation Bisulfite Sequencing » (RRBS), in various breeding conditions. Using genomic DNA form cows included in several protocols, 22 libraries were constructed and sequenced. Their analyses were accomplished using a « homemade » pipeline which integrates bioinformatics and biostatistics analyses. On average, 1 250 000 CpGs were analyzed in order to identify differentially methylated cytosines (DMCs): i) 27143 DMC by comparison between different cells types (monocytes versus fibroblasts and PBMC) ii) 4788 DMCs in response to nutritional challenge based on the dietary supplement, GENIAL®, produced and distributed in breeding by our partner PILARDIERE and XR-Repro (in collaboration with Marion Boutinaud, INRA, Rennes). iii) 2615 and 4616 DMCs in response to infectious challenge with LipoPolySaccharide injection for control cows group fed normal diet and for dietary restriction cows group, respectively (collaboration with Christine Leroux and José Pires, RUMINFLAME, INRA, Theix; and Gilles Foucras (ENVT, Toulouse)). iv) 4420 DMCs from the comparison between constant genomic cow (Somatic cell nuclear transfer, clones) and variable genomic cows but with the same age and raised in the same conditions than clones.From DMCs, we identified differentially methylated regions (DMRs) defined as region with at least 3 DMCs inside 100 bp. For some DMRs targeting gene promoter, the methylation status was validated by bisulfite conversion and pyrosequencing. Gene associated expression were also investigated. A significant negative correlation has been observed between methylation and expression, highlighting the functional relevance of these DMRs in gene transcription control.By comparing the 11 monocyte methylomes, 21% of CpGs present a remarkable constant methylation level with weak variability between samples (20%).Taking together, these data can provide a list of relevant DMCs for an epigenetic tool conception. In the future, it would be possible to use this tool for a routine analysis in order to grasp monocyte methylome variations in different breeding management.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.