Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 2004. / Bibliogr. Publié aussi en version électronique.

Th. univ.--Sci.--Paris 11, 1996. / En appendice, choix de documents. Bibliogr. p. 283-291.

Titre de l'écran-titre (visionné le 4 mars 2024) / Les différentes activités au sein des élevages laitiers peuvent mener à la génération de grandes quantités de bioaérosols et à la suspension de contaminants dans l'air. Le personnel travaillant dans ces élevages est donc constamment exposé à divers agents biologiques pouvant provoquer un déclin des fonctions pulmonaires. Les méthodes de logement alternatif (stabulation libre) sont utilisées afin de respecter les nouvelles revendications sur le bien-être animal. Toutefois, le mouvement accentué des vaches pourrait être lié à un déclin dans la qualité de l'air au sein du bâtiment et augmenter les risques de maladies pulmonaires. Cette étude avait pour but de caractériser la qualité de l'air entre cinq élevages à stabulation libre et cinq élevages à stabulation entravée au Québec. Cette étude avait également pour but de caractériser les bioaérosols et les agents étiologiques dans ces environnements et d'identifier les facteurs environnementaux ayant le plus grand impact sur leur concentration. L'air a été prélevé dans chaque élevage à trois reprises à l'aide d'un SASS$^\textup{®}$ 3100 durant l'hiver. Les élevages visités utilisaient tous la litière de paille et la ventilation mécanique. D'autres caractéristiques des bâtiments ont été récoltées, comme le nombre de vaches dans l'étable (vaches laitières, génisses et taures), le volume du bâtiment, les taux de changement d'air et bien d'autres. Les poussières organiques ont également été monitorées à l'aide du *DustTrakᵀᴹ DRX Aerosol Monitor* et les concentrations de gaz avec un analyseur de gaz infrarouge. De la litière souillée a aussi été échantillonnée à plusieurs endroits dans les élevages. Les comparaisons ont été effectuées au niveau des bactéries totales, des moisissures de genre *Penicillium/Aspergillus*, des archées, des endotoxines, des poussières organiques (total, PM10, PM4, PM2.5, PM1) et des gaz (CO₂, NH₃, N₂O). Plusieurs microorganismes ont également été ciblés afin de détecter leur présence dans les élevages visités. Aucune différence significative n'a été observée entre les deux types d'élevage au niveau de la qualité de l'air. De plus, *Escherichia coli, Enterococcus spp., Clostridium perfringens, Aspergillus fumigatus, Staphylococcus aureus, Saccharopolyspora rectivirgula, Coxiella burnetii* et *Klebsiella pneumoniae* ont été détecté en grandes concentrations. Les analyses de corrélation avec les variables environnementales semblent montrer que les concentrations dans la litière souillée seraient liées aux concentrations dans l'air pour la plupart des microorganismes. De plus, la qualité de l'air semble être grandement influencée par la conception des bâtiments (Volume et ventilation) et non par le mouvement accentué des vaches, / The various activities within dairy barns can generate large amounts of bioaerosols and the suspension of contaminants in the air. Barn workers are therefore constantly exposed to various biological agents that can cause a decline in lung function. Alternative housing methods (free-stall housing) are used to respect the new demands on animal welfare. However, the increased movement of cows in free-stall farms might produce a decline in air quality within the barn and increase the risk of disease of barn workers. The purpose of this study was to compare air quality between five free-stall and five tie-stall farms in Quebec. This study also aimed to characterize bioaerosols and etiological agents collected in these environments and to identify the environmental factors with the greatest impact on their concentration. Air was sampled from each barn at three different times using the SASS$^\textup{®}$ 3100 Dry Air Sampler during the winter. All farms used straw bedding and mechanical ventilation. Other characteristics of the barns were collected (number of cows housed in that barn, volume, air exchange rates, etc.). Organic dust and gas concentrations were also monitored using the DustTrakᵀᴹ DRX Aerosol Monitor and an infrared gas analyzer, respectively. Soiled bedding was also sampled at several locations in the barns. Comparisons were made for total bacteria, *Penicillium/Aspergillus* moulds, archaea, endotoxins, organic dust (total, PM10, PM4, PM2.5, PM1) and gases (CO₂, NH₃, N₂O). Several microorganisms were also targeted to detect their presence in the farms visited. No significant differences in air quality were observed between the two types of farming. In addition, *Escherichia coli, Enterococcus spp., Clostridium perfringens, Aspergillus fumigatus, Staphylococcus aureus, Saccharopolyspora rectivirgula, Coxiella burnetii* and *Klebsiella pneumoniae* were detected in high concentrations. Analyses of correlations with environmental variables suggest that, for most microorganisms, concentrations in soiled bedding are related to airborne concentrations. In addition, air quality appears to be greatly influenced by building design (volume and ventilation) and not by the increased movement of cows.

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

Montréal Trigonix inc. 2018

Chez les mammifères, le passage d’une génération à une autre nécessite la reprogrammation du génome. Cette reprogrammation nécessite la déméthylation de l’ADN parternel et maternel ainsi que celle des lysines des histones suite à la fécondation. Des familles d’enzymes ont récemment été associées à ces processus : les déaminases, notamment Aicda (activation-induced cytosine deaminase), et les Tet (Ten-eleven translocation) désoxygénase, Tet1, Tet2 et Tet3. Plusieurs déméthylases des lysines des histones (KDM) ont été identifiées au cours des dernières années mais très peu d’informations sont disponibles à leur sujet, particulièrement en ce qui a trait à l’embryon bovin. Notre étude s’est attardée à dresser un profil d’expression spatiotemporel de ces familles d’enzymes lors des différents stades embryonnaires précoces chez la vache. Nous suggérons que Tet3 participe activement à la déméthylation de l’ADN, possiblement assisté par Tet2, mais sans Tet1 ni Aicda. Nous montrons également que KDM3A, KDM4A, KDM4C et KDM5B sont présents à des stades et à des endroits précis de l’embryon suggérant ainsi un rôle dans certains processus clés du développement embryonnaire. Ces informations ouvrent la voie à de nouvelles recherches afin de comprendre les modifications de l’épigénome et de réduire les anomalies épigénétiques rencontrées chez les animaux issus de certains protocoles de reproduction assistée. / In mammals, the transition from one generation to the next requires genomic reprogramming. Such epigenetic change is mediated by paternal and maternal DNA demethylation as well as histone lysines demethylation after fertilization, which is a poorly understood process. Some family of enzymes have recently been associated to those process: the deaminases, like Aicda (activation-induced cytosine deaminase), and Tet (Ten-eleven translocation) dioxygenases, Tet1, Tet2 and Tet3. Many lysine specific histone demethylases (KDM) have been identified in the past few years but little is known about their roles in mammalian embryo. The objective of this study was to develop of a spatiotemporal expression profile of those proteins at different preimplantation stage of bovine embryo. We suggest an active participation of Tet3 in DNA methylation, possibly supported by Tet2 but without Tet1 or Aicda. We also demonstrate the presence and specific localization of KDM3A, KDM4A, KDM4C and KDM5B which may suggest a role during the different embryonic stages. This information opens up the possibilities for further research in order to reduce epigenetic abnormalities associated to assisted reproduction technologies.

La mortalité juvénile dans les exploitations laitières est élevée en Amérique du Nord. Pourtant, beaucoup de connaissances existent à l'heure actuelle sur les bonnes pratiques d'élevage. Toutefois, le transfert de ces connaissances à la ferme n'est pas garanti. Au travers d'une enquête épidémiologique dans 115 fermes québécoises représentatives, nous avons mis en évidences de bonnes pratiques mais aussi des problèmes dans la gestion d'élevage qui représentent des facteurs de risque pour le bien-être des veaux et génisses. Au Québec (115 troupeaux) et en Europe Centrale (60), nous avons constaté que : la mortalité juvénile est mal estimée et souvent sous-estimée par les producteurs, de faibles incidences de morbidité n'impliquent pas nécessairement de faibles incidences de mortalité dans les mêmes troupeaux, et le statut de santé du veau n'est pas nécessairement associé à des pratiques d'élevage recommandées. jAinsi, la mesure de la santé ne peut se substituer à une analyse des facteurs de risque dans l'environnement d'élevage pour convenir du bien-être animal à la ferme. L'étude comportementale du nouveau-né a mis en évidence que pour plus de 75 % des veaux, la consommation recommandée de 3-4 L de colostrum n'est pas problématique pour l'animal, et qu'il est possible en 15-20 minutes de faire boire au biberon un veau en position debout à 2 h comme à 6 h de vie. Nous avons développé un outil ciblant 10 éléments clefs de la gestion des veaux et génisses, identifiés comme problématiques dans l'enquête épidémiologique. Pour valider cet outil, 28 producteurs ont testé du matériel et des recommandations ont été introduites de manier à les aider à cibler les pratiques à améliorer. La visite de 3 h à la ferme couvrait un entretien avec le producteur, des mesures environnementales prises à l'étable, la démonstration du matériel fourni, et la discussion des résultats obtenus aux vues des recommandations. Six mois après la visite, nous avons constaté que les producteurs ont changé leurs attitudes et adopté certaines pratiques recommandées. Cet outil s'est avéré efficace pour transférer les connaissances sur les bonnes pratiques d'élevage des veaux et génisses dans les fermes québécoises.

En utilisant une méthode à haut rendement, les micropuces, nous avons pu établir le profil d'expression génétique d'embryons produits in vivo et in vitro. Suite à l'établissement de ces profils génétiques, nous les avons comparés pour déterminer le traitement in vitro qui fournit le profil embryonnaire le plus proche de ceux in vivo. En général, tous les traitements contenant du sérum en maturation et/ou en développement ont obtenu un profil similaire à celui des in vivo, tandis que ceux qui évoluaient en co-culture, en milieu semi-défini et défini ont un profil qui dévie largement par rapport à celui des in vivo. Les résultats obtenus suggèrent, entre autre, que le sérum a un impact plutôt positif sur l'expression génétique embryonnaire et que l'utilisation de milieux complètement définis est très nocif pour l'embryon de même qu'un ajout de sérum en fin de développement.

La production d'embryons in vitro permet d'augmenter rapidement le potentiel génétique des troupeaux laitiers et/ou bovins du Québec. Malheureusement, cette technique n'est pas efficace à 100%. En effet, seulement 30 à 40% des ovocytes immatures atteignent le stade de blastocystes in vitro [1]. Ces rendements sont largement inférieurs à ceux obtenus in vivo. Le développement embryonnaire est une période critique à l'intérieur de laquelle plusieurs étapes doivent être surmontées afin d'assurer la viabilité et la santé de l'embryon. La moindre petite faille peut mener à la mort de l'ovocyte ou de l'embryon. Plusieurs différences morphologiques, biochimiques et métaboliques ont été observées entre les embryons produits in vivo versus ceux produits in vitro. Plusieurs études suggèrent que ces différences sont expliquées par les variations géniques induites par l'origine de l'ovocyte et/ou les milieux de culture in vitro [2-4]. Dans le cadre du présent projet de recherche, nous avons effectué une analyse comparative du profil des ARN messagers (ARNm) lors du développement embryonnaire bovin in vivo versus in vitro afin d'identifier des marqueurs de compétence embryonnaire. Nous avons utilisé le modèle in vivo comme référence puisque les embryons issus de ce milieu proviennent d'un environnement optimum. Dans un premier temps, nous avons comparé l'abondance des ARNm présents dans F embryons produit in vivo versus in vitro à différents stades de développement (2 cellules, 8 cellules et blastocystes). Dans un deuxième temps, nous avons comparé les profils des ARNm présents lors des premiers stades embryonnaires in vivo versus in vitro afin d'identifier les variations géniques induites par ces deux systèmes de production. Nous avons utilisé la technique des biopuces pour réaliser les deux volets de ce projet de recherche. Les informations obtenues dans le cadre de ce projet permettront éventuellement d'améliorer les conditions de culture embryonnaire in vitro afin de produire plus d'embryons viables et en santé. De plus, les recommandations émises suite aux problématiques rencontrées lors de la réalisation du deuxième volet du projet de recherche permettront également d'améliorer la productivité et l'efficacité de différentes techniques de laboratoire.

Une diminution de la différence alimentaire cations-anions (DACA) des rations distribuées aux vaches laitières avant le vêlage permet de prévenir l'hypocalcémie tant clinique, la fièvre vitulaire, que subclinique. Ce programme de doctorat visait à déterminer si l'utilisation de fourrages fertilisés avec du chlore est un moyen efficace d'y arriver. La première étude, qui consistait en une analyse statistique de données déjà publiées dans la littérature, a permis de mieux comprendre l'impact de la diminution de la DACA sur les vaches taries. Il a été possible de déterminer que les équations courtes de calcul de la DACA ont un lien plus étroit avec la fièvre vitulaire et le pH urinaire. De plus, la relation entre une diminution de DACA et la prise alimentaire a été confirmée. La deuxième et la troisième études étaient des expériences dans lesquelles des vaches taries recevaient dans un cas du foin à faible DACA et dans l'autre cas, de l'ensilage à faible DACA. Lors de comparaison avec un fourrage témoin ou un produit anionique, les fourrages à faible DACA ont démontré leur capacité à créer une acidose métabolique compensée, équivalente à celle obtenue avec un produit anionique. Toutefois, contrairement à l'autre produit anionique, le foin à faible DACA n'a pas eu d'impact sur la prise alimentaire des vaches. Finalement, la dernière étude visait à déterminer s'il y a un bénéfice à l'utilisation de tels fourrages pour une ferme laitière moyenne. Une modélisation de ferme laitière permettant l'optimisation du revenu net a montré qu'un foin à faible DACA qui permet une meilleure prise alimentaire comparativement à un autre produit anionique est rentable à utiliser peu importe la région. Sa production devrait être priorisée par rapport à son achat et, avec une plusvalue monétaire, son commerce serait intéressant économiquement. L' utilisation de fourrage à faible DACA représente donc une alternative intéressante aux produits anioniques habituels, tant d'un point de vue technique qu'économique.