Responses to daily abomasal infusions of 400 g sodium caseinate, 400 g hydrolyzed casein or 11.3 g L-methionine-30.1 g L-lysine and rumen degradability of dietary protein were studied in eight Holstein cows during mid-lactation. Basal diets contained com silage, com and either soybean meal or 60:40 soybean meal:corn gluten meal, and had estimated rumen degradabilities of 70 and 60.5%. Duodenal cannulas were installed in four of the cows to allow measurement of digesta composition and flow. Methionine-lysine infusion increased milk protein percentage on both diets and milk fat percentage and yield on the soybean meal diet. Sodium caseinate increased milk and milk protein production, body weight gain, and decreased milk fat percentage, but not yield. Hydrolyzed casein did not produce the same responses, suggesting differences in amino acid absorption and utilization between the sources. Basal diet affected the responses to abomasal infusions demonstrating that amino acid nutrition of the cow was affected by dietary protein degradability. Concentration of total essential amino acids, branched-chain amino acids, and urea cycle amino acids were increased by the infusion of the caseins. There were differences between the caseins in their effects on individual plasma free amino acids. Methionine-lysine infusion increased plasma lysine and taurine, a metabolite of methionine, suggesting that infused methionine was extensively metabolized. Total duodenal nitrogen flow and non-microbial nitrogen flow tended to be increased by inclusion of corn gluten meal in the diet. Rumen degradation of crude protein was greater for the soybean meal diet. Both diets had lower rumen degradability than predicted from previous experiments. / Ph. D. / incomplete_metadata

L’amélioration de l’efficience alimentaire des animaux peut contribuer à un élevage plus durable par la réduction des ressources utilisées et des rejets associés. Les caractères qui déterminent l’efficience alimentaire des vaches laitières restent mal identifiés. Le projet se propose donc d’identifier les facteurs biologiques associés à la variabilité interindividuelle de l’efficience alimentaire des vaches laitières. La variation d’efficience alimentaire a été estimée avec l’ingéré résiduel, classiquement défini comme la variabilité résiduelle de l’énergie nette ingérée corrigée pour l’énergie nette du lait, l’entretien et les variations de réserves corporelles. Cet ingéré résiduel inclut par définition toutes les erreurs de mesure. Pour réduire ces erreurs, la note d’état corporel, qui classiquement se fait par notation visuelle, a été automatisée et de nombreux autres caractères candidats ont été mesurés fréquemment dans un environnement stable sur quasiment toute la lactation.La variabilité de l’ingéré résiduel ne représentait que 8% de la variabilité de l’ingéré mesuré, dont 58,9% étaient associés à de l’efficience et non de l’erreur. L’étude de la répétabilité de cet ingéré résiduel au cours de la lactation suggère d’éviter les 7 premières quinzaines au profit du milieu de lactation. Parmi tous les caractères mesurés, le comportement alimentaire, la température ruminale, la variation des réserves corporelles et l’activité expliquaient 58,9% de la variabilité de l’ingéré résiduel. Les effets de plusieurs de ces caractères semblent confondus. Leur lien de causalité av / Achieving higher feed efficiency of animals is expected to improve animal production sustainability through reduction of the used resources and of the associated emissions. The traits determining feed efficiency remain poorly understood. The present project aimed therefore at identifying the biological factors associated with feed efficiency differences in lactating dairy cows. Feed efficiency variation was estimated with the traditional residual intake, which was defined as the residual variability of net energy intake which is not explained by net energy required for lactation, maintenance and body reserves change. This residual intake includes by definition all measurement errors. To reduce these errors, body condition score, which is commonly measured visually, has been automated and several other candidate traits were measured frequently in a steady environment for almost whole lactation.Residual intake variability represented only 8% of intake variability in our study, among which only 58.9% were found to be associated with feed efficiency variability and not to errors. The repeatability analysis of the residual intake throughout the lactation suggested to avoid the 7 first lactation fortnights, and rather to focus on lactation middle. Among all measured traits, feeding behaviour, rumen temperature, body reserves change and activity explained 58.9% of residual intake variability. Many of these traits seemed confounded with others, which claimed for the need for further work to properly define their causal relationship with feed efficiency, especially focussing on di

Le facteur nutritionnel affecte de façon significative la sécrétion et la composition des constituants du lait qui conditionnent sa qualité nutritionnelle. Dans la glande mammaire, ces processus font intervenir de nombreux gènes dont l’expression est modulée par l’alimentation, cependant les mécanismes de régulation sous-jacents ne sont pas connus. Les microARNs (miARN) sont des petits ARN non codants qui se lient sur leurs ARNm cibles pour en réguler l’expression. Ils ouvrent donc des pistes d’investigation pour la compréhension de ces mécanismes. La première partie de mon travail de thèse a consisté à obtenir une meilleure connaissance des miARN exprimés dans la glande mammaire, notamment en dressant les miRNomes de référence par séquençage haut débit chez la souris, la vache et la chèvre. Ensuite, pour la première fois, l’impact de la nutrition sur l’expression des miARN mammaires a été étudié. Deux modèles ruminants, un modèle dit « extrême » et un modèle de supplémentation lipidique proche des conditions d’élevage, ont permis d’identifier 30 et 2 miARN, respectivement, dont l’expression est nutrirégulée. L’analyse in silico des cibles des miARN nutrirégulés a révélé un rôle potentiel de ceux-ci dans le métabolisme des lipides. Certaines des cibles sont effectivement différentiellement exprimées dans ces modèles, parmi celles-ci certains gènes sont essentiels pour la lactation tels que ESR1. Enfin, une étude pilote de la fonction de trois miARN nutrigulés a été initiée in vitro dans des cellules épithéliales mammaires bovines. Ces travaux permettent donc d’apporter des premiers éléments pour la compréhension de la régulation de l’expression des gènes en réponse à la nutrition et de l’impact des miARN sur la lactation. / Nutrition significantly affects the secretion and the composition of milk which determine its nutritional quality. In the mammary gland, regulation of these processes involves numerous genes which expression can be affected by nutrition. However, their regulations remain unclear. MicroRNAs (miRNA) are small non coding RNA which can bind mRNAs and regulate their expression of target genes. Consequently, they offer opportunities to understand the regulation of gene expression in response to nutrition. The first step of my PhD aimed to obtain a better knowledge of miRNA expressed in the mammary gland. Mammary miRNome were established from the lactating mouse, cow and goat using high-throughput sequencing. Later, the effect of nutrition on the expression of miRNA in the mammary gland was analyzed for the first time. Two models in ruminants, a food deprivation (“extreme” model) and a lipid supplementation (model similar to breeding conditions) highlighted 30 and 2 nutriregulated miRNA, respectively. The analysis of nutriregulated miRNA’s predicted targets, in silico, revealed their potential role in lipid metabolism. Some of those target genes have been previously identified as differently expressed in the same conditions and could thus be involved in the regulation of the expression of genes essential for the mammary gland function, such as ESR1. Finally, three nutriregulated miRNA were selected and used in a preliminary study of their functions in vitro in bovine mammary epithelial cells. These works bring first evidences in understanding the nutritional regulation of gene expression in the mammary gland as well as the role of miRNA in lactation.

La recherche sur la fonction de lactation est indispensable pour la filière laitière. La glande mammaire est un organe composé de cellules épithéliales, de cellules myoépithéliales, de fibroblastes, d’adipocytes et de cellules endothéliales. L’identification et l’évolution en dynamique des populations cellulaires dans la glande mammaire bovine au cours la lactation reste encore à ce jour méconnues. Les objectifs de cette thèse ont été 1) l’obtention d’un panel des biomarqueurs pour identifier les différentes cellules dans la glande mammaire bovine et 2) le suivi de leur évolution au cours d’un cycle de lactation. Les biomarqueurs de surface (CD49f, EpCAM, CD24 et CD10) ont permis de phénotyper deux lignées mammaires bovines. Nous avons également utilisé ces biomarqueurs pour phénotyper les cellules dans la glande mammaire bovine au cours d’un cycle de lactation.Dans cet objectif, des biopsies ont été prélevées sur 5 vaches laitières primipares à quatre étapes durant la lactation. Après la digestion des biopsies, les cellules obtenues ont été marquées et phénotypées par cytométrie en flux. L’analyse des résultats montre des corrélations positives entre les populations cellulaires CD49f+ et CD49f+/CD24- avec la production laitière. Nous avons mis en évidence une population cellulaire CD49f-/EpCAM- qui augmente au cours de la lactation. Ces résultats suggèrent qu’à partir de l’utilisation de biomarqueurs il est possible d’identifier et phénotyper l’évolution de différentes cellules pendant la lactation dans la glande mammaire bovine. / Research of lactation function of the bovine mammary gland remains essential in dairy farming. The mammary gland is an organ composed of epithelial cells, myoepithelial cells, fibroblasts, adipose cells and endothelial cells. The identification and evolution of cell populations in the bovine mammary gland during lactation is currently unknown. The objectives of this thesis were 1) to obtain a panel of biomarkers capable of identifying different cells within the mammary gland 2) to follow the evolution of these cells throughout a lactation cycle. The cell surface biomarkers (CD49f, CD24, CD10 and EpCAM) allowed us to phenotype two bovine mammary cell lines. We also used these cell biomarkers to phenotype cell populations during lactation.For this objective mammary gland explants were obtained by biopsies taken on 5 primiparous lactating cows at four different times during lactation. After the biopsies were digested, the cells obtained were phenotyped by flow cytometry. Analysis of the results revealed a positive correlation between the CD49f+ and CD49f+/CD24- cell populations and milk yield. We also found evidence that one cell population (CD49f-EpCAM-) was increased during lactation. In general these results suggest that biomarker expression can be utilized to identify the phenotype and the evolution of different cell types during lactation in the bovine mammary gland.

Thesis (M.Sc. (Animal Production)) -- University of Limpopo, 2021 / Initial analysis was conducted to test significance of dam parity, litter size, birth season, birth year, kidding season and kidding age on lactation milking performance of various milk production traits and components, as well as to calculate phenotypic correlation between dam kidding age and these traits. Analysis of variance (ANOVA) was carried out using 16 407 non-pedigreed lactation records to test for non-genetic significant effects, while Pearson’s correlation coefficients were calculated using Minitab software. The second analysis included 2 960 fully pedigreed lactation records that were analysed to estimate (co) variance components and direct heritability values for milk production and component traits applying uni-variate linear analysis, as well as genetic and phenotypic correlations between them using bi-variate linear analysis. Both analyses used secondary data of all grade and registered Saanen goats participating in the official Milk Recording and Performance Testing Scheme of the Animal Improvement Institute of the Agricultural Research Council of South Africa. From ANOVA, dam parity and year of birth significantly influenced (p < 0.05) all traits investigated, with better lactation milking performances estimated in 3rd parity groups and animals born during recent years respectively. Birth season only affected (p < 0.05) MY, urea and NR with animals born during spring season yielding a better lactation milking performance. Kidding season influenced (p < 0.05) all traits except PY and urea, with highest lactation milking performance estimated in animals kidding during spring season. All traits except FY and PY were significantly influenced (p < 0.05) by litter size, with multiple litter kidding groups yielding highest, while kidding age effects were not significant (p > 0.05) on NR, SCCI and urea. Pearson’s correlation estimations showed negative associations between kidding age (rp = -0.30, -0.004, - 0.057, -0.051, -0.015, -0.265 and -0.271 for urea, MY, FY, PY, LY, NR and P respectively) except for SCCI (rp= 0.189). From uni-variate and bi-variate linear analyses, direct heritability estimates ranged from moderate to high (h2 = 0.42 ± 0.03, 0.38 ± 0.03, 0.39 ± 0.03, 0.22 ± 0.03, 0.40 ± 0.03, 0.38 ± 0.03, 0.28 ± 0.05 and 0.20 ± 0.03 for MY, FY, PY, LY, Urea, NR, P and SCCI respectively), with MY having highest value. Genetic correlation estimates between MY and traits such as FY, PY, urea, NR and P were all high and positive indicating favorable correlated responses (rg =0.97, 0.94, 0.95, 0.99 and 0.74 respectively). Furthermore, phenotypic correlation estimates between MY and these traits except P (rp = 0.33) were close to their respective genetic xv correlation values (rp=0.95, 0.91, 0.92 and 0.92 for FY, PY, urea and NR respectively). Genetic correlation between MY and LY, and between MY and SCCI were not significant (p > 0.05), while phenotypic correlations between MY and these traits were significant (p <0.05), positive and low (rp=0.03 and 0.02 for LY and SCCI respectively). It was concluded that non-genetic factors determine to what extent the genetic potential of an animal is expressed thus, their inclusion in genetic evaluation models is crucial. Selecting for increased MY would increase herd lactation NR and improve lactation milking performance of other traits such as FY, PY and P. Selection against SCCI needs to be applied more in the population to avoid losses attributed to intra mammary infections / National Research Foundation (NRF)

L’environnement et la physiologie déterminent les compositions isotopiques du Ca de l’organisme des vertébrés et des mammifères en particulier. Ces constats ont permis de dégager des applications possibles de l’étude des isotopes du Ca, en biologie médicale pour le suivi de l’équilibre osseux chez les mammifères et en (paléo-)écologie pour l’étude des régimes alimentaires actuels et passés des vertébrés. Ces applications sont tributaires d’une meilleure compréhension fondamentale des causes de ces variations. Cette thèse a pour but de déterminer les principales causes de variabilité des compositions isotopiques du Ca chez les mammifères et l’humain. Un protocole d’analyse en solution par MC-ICP-MS est d’abord présenté puis deux méthodes d’échantillonnage sont comparées afin de réaliser des mesures de résolution spatiale accrue dans les tissus minéralisés. L’influence des sources alimentaires de Ca est ensuite discutée. La composition isotopique de l’alimentation humaine est variable du fait des compositions diverses des sources primaires de Ca et dépend particulièrement des proportions de produits laitiers dans l’alimentation. Il est démontré que les transitions nutritionnelles précoces, comme le sevrage du lait maternel, peuvent être tracées par les compositions de l’émail des dents de lait humaines. Les mécanismes des fractionnements isotopiques sont discutés sur la base d’observations chez l’humain et l’animal. Un modèle mathématique permet de dégager des mécanismes expliquant la distribution des isotopes du Ca à travers les tissus et les fluides de l’organisme et met en lumière le rôle prépondérant du rein dans la détermination de la composition isotopique de l’os. / Environment influences the isotope compositions of body Ca and vertebrate physiology affects these compositions in turn. These observations have allowed recognition of possible applications for Ca isotopes, in the field of medical biology, with the assessment of bone mineral balance in human, and in (palaeo-)ecology for the study of past and present day diets in vertebrates. These applications depend on a better fundamental understanding of causes for these variations. This thesis aims at identifying the main mechanisms responsible for variability of Ca isotope compositions in mammals and human. A solution mode analysis protocol was first developed for MC-ICP-MS. Two methods for microsampling of tooth enamel were then compared in order to increase spatial resolution of mineralized tissues analysis. The influence of dietary Ca sources has been discussed. Isotope composition of human diet is variable because of the diversity of Ca primary sources but also due to variations in dairy products proportions in diet. Early dietary transitions, such as weaning, can be studied using the Ca isotope compositions of human deciduous tooth enamel.Based on observations in human and other mammals, the mechanisms responsible for Ca isotope fractionations are discussed. A mathematical model was developed, allowing the identification of some mechanisms responsible for Ca isotope distribution across organism reservoirs, and sheds light on the crucial role of kidney in determination of bone isotope compositions.

Le TGFbeta intervient dans la régulation de nombreux processus cellulaires comme la prolifération, la différenciation, la migration, l'apoptose, du développement embryonnaire jusqu'à la vie adulte. Le TGFbeta est aujourd'hui bien décrit pour son rôle de suppresseur de tumeur de par ses activités anti-prolifératives et pro-apoptotiques, en particulier sur les cellules épithéliales. Cependant, au cours de la progression tumorale, le TGFbeta devient un promoteur de tumeur en favorisant l'angiogenèse, l'échappement de la tumeur vis-à-vis du système immunitaire et en induisant la transition épithélio-mésenchymateuse. Après fixation du ligand TGFbeta , le complexe de récepteurs active les protéines cytoplasmiques Smad2 et Smad3 qui s'associent à Smad4 pour former le complexe transcriptionnel qui se transloque alors dans le noyau pour réguler la transcription de nombreux gènes cibles. Récemment, la protéine TIF1gamma a été décrite pour intervenir dans la régulation négative de la voie du TGFbeta , en monoubiquitinant Smad4 ou en interagissant avec Smad2/3 en compétition avec Smad4. Cette voie de signalisation devant être finement contrôlée pour cibler son action en fonction du contexte cellulaire, nous analysons ici la régulation des interactions fonctionnelles entre la voie canonique du TGFbeta et la protéine TIF1gamma. Dans cette étude, nous montrons que TIF1gamma agit comme un régulateur négatif des fonctions de Smad4 dans la voie de signalisation du TGFbeta au cours du processus de transition épithélio-mésenchymateuse et au cours de la différenciation terminale des cellules épithéliales mammaires et de la lactation. Nous étudions également la SUMOylation de TIF1gamma comme nouveau niveau de régulation de la réponse cellulaire au TGFbeta . Nous avons ainsi caractérisé les sites fonctionnels de SUMOylation de TIF1gamma et montré que cette modification post-traductionnelle inhibe la formation du complexe transcriptionnel Smad et est nécessaire pour réguler temporellement la résidence de Smad4 au niveau du promoteur de gènes cibles du TGFbeta . Nos résultats montrent le rôle important de la SUMOylation de TIF1gamma dans la régulation de la transition épithélio-mésenchymateuse induite par le TGFbeta . En conclusion, notre travail met en avant le rôle majeur de TIF1gamma dans la régulation de la réponse transcriptionnelle au TGFbeta . De plus, nous montrons que la SUMOylation de TIF1gamma est nécessaire à son activité répressive sur Smad4 / The cytokine TGFbeta regulates several cellular processes such as proliferation, differentiation, migration and apoptosis, from embryonic development to adulthood. TGFbeta is well described for its tumor suppressor role through antiproliferative and proapoptotic activities, in particular in epithelial cells. During tumor progression however, TGFbeta becomes a tumor promotor, favoring angiogenesis, immune suppression and inducing the epitheliomesenchymal transition. Binding of TGFbeta ligand to its receptors activate cytoplasmic messenger Smad2 and Smad3 to complex with Smad4 and shuttle into the nucleus to regulate TGFbetatarget genes expression. Recently, TIF1gamma has been described as a new negative regulator of TGFbeta signaling, through monoubiquitination of Smad4 or direct competition with Smad4 to bind activated Smad2/3. This signaling pathway has to be finely tuned to target an action dependent on a cellular context, which is why we analyze here the regulation of functional interactions between the TGFbeta canonical signaling and TIF1gamma. In this study, we show that TIF1gamma acts as a negative regulator of Smad4 functions in TGFbetasignaling during the epithelio-mesenchymal transition and during terminal differentiation of mammary epithelial cells and lactation. We are also interested in studying TIF1gamma SUMOylation as additional level of regulation of cell response to TGFbeta. Thus we characterized four functional SUMOylation sites in TIF1gamma and we found that this post-translational modification inhibits the formation of Smads transcriptional complex and is needed to temporally restrict Smad4 residence on the promoter of TGFbetatarget genes. Our results show the critical role of TIF1gamma SUMOylation in the regulation of TGFbeta- induced epithelio-mesenchymal transition. As a conclusion, our study unveils the major role of TIF1gamma in the regulation of TGFbeta transcriptional responses. Moreover, we show that TIF1gamma requires SUMOylation to exert its repressive activity on TGFbetasignaling

Sélectionner les animaux qui ont le plus haut niveau de production, en tenant peu compte d’autres caractères, a toujours bien fonctionné dans les conditions d’un environnement favorable (i.e. ration riche en nutriments, faible charge pathogène, thermoneutralité). Toutefois, pour de nombreuses raisons (économiques, climatiques, écologiques), les éleveurs auront sans doute de plus en plus de mal à réunir de telles conditions dans l’environnement de leur troupeau, et pourront même délibérément choisir de ne pas le faire. Sélectionner des animaux qui soient adaptés avec les conditions futures des troupeaux devient donc tout aussi important qu’adapter la conduite du troupeau en fonction des génotypes sélectionnés. Pour mieux identifier les contraintes et les opportunités d'appliquer ces deux options, nous proposons, pour la première fois dans cette thèse, un modèle animal intégrant les effets de la sélection génétique et de la conduite du troupeau. Ce modèle intègre des coefficients d’allocation de la ressource alimentaire entre les fonctions biologiques en tant que caractères héritables Il permet de simuler à court-terme les performances zootechniques et à long-terme les réponses à la sélection résultant de la transmission de ces caractères d’allocation entre générations. Le modèle a été appliqué à la chèvre laitière et se focalise sur la conduite en lactation longue (LL) d’une partie des chèvres du troupeau (conduite consistant à préserver des femelles en lactation ayant après une mise bas sans réengagement d’une nouvelle reproduction). Nous sommes partis du principe que la sélection et la conduite du troupeau influencent tous deux la façon dont chaque animal alloue ses ressources entre ses fonctions biologiques. Nous avons cherché à évaluer la portée de ce principe pour mieux comprendre le développement des interactions génotype-environnement (G x E) sur le long terme. Dans un troupeau soumis à des variations du niveau d'alimentation, différentes stratégies de sélection ciblant l’amélioration de la production laitière et de la longévité ont été simulées. En accord avec la théorie de l’allocation, les réponses à la sélection révèlent que l’amélioration de la production et de la survie doit faire face à un compromis entre ces deux caractères. Cependant, ce compromis est atténué lorsque la sélection est combinée avec la conduite en LL d’une partie du troupeau. Un tel effet de synergie entre sélection et conduite résulte d’une interaction complexe entre la dynamique individuelle de performance au cours de la LL et le renouvellement du troupeau. Ainsi, la capacité innée des chèvres à prolonger leur lactation semble pouvoir être valorisée pour améliorer la résilience du troupeau. / Selecting those animals that have the greatest level of production, with little regard for other traits, has historically worked well in a favorable environment (i.e. nutrient-rich diet, low pathogen load, thermo-neutrality). However, for numerous reasons (economic, climatic, ecological) farmers will find it increasingly difficult, and indeed may actively choose not, to provide such favorable conditions in their herd environment. Selecting animals that match the future herd environments thus becomes as important as managing the herd environment to match the selected genotypes. To better identify constraints and opportunities to apply these two options, we propose, for the first time, in this thesis an animal model integrating the effects of selection and management. This model integrates resource allocation between life-functions resource as heritable traits. It enables simulating short-term performance and long-term selection response resulting from the transmission of allocation traits between generations. The model was applied to the dairy goat and focused on the management of extended lactation (EL) for a part of the herd (management practice based on keeping females in lactation without a new reproductive cycle). Both selection and management were assumed to influence the way every animal allocates its resource between functions. We aimed to assess the significance of this assumption for a better understanding of the development of genotype-environment interactions (G × E) over the long-term. In a herd subject to variations in the feeding level, different selection strategies aiming at improving milk production and longevity were simulated. In agreement with the resource allocation theory, the selection responses show improving production and survival has to face a trade-off between these two traits. However, this trade-off is alleviated when selection is combined with some proportion of EL in the herd. Such a synergistic effect between selection and management results from a complex interaction between the individual dynamic performance during EL and the herd turnover. Thereby, the innate capacity of goats to extend their lactation might be promoted to enhance herd resilience.

A study of low-cost Texas diets to support reproduction, lactation, and iodine needs in animals.

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