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.

Au cours de la gestation précoce, la régulation de la physiologie endométriale est cruciale au bon déroulement de l’implantation. Chez les mammifères, une famille de facteurs de transcription est fortement impliquée dans la régulation de la physiologie endométriale, les facteurs STAT. Chez la vache, des analyses haut-débit ont révélé que l’expression endométriale de STAT1 est régulée au cours de la période préimplantatoire. Le but de cette thèse est donc d’apporter de nouvelles données sur l’expression et la régulation endométriales de STAT1 mais également sur ses fonctions biologiques au cours de la gestation précoce chez la vache.Grâce à différents modèles physiologiques et expérimentaux, l’impact de la progestérone, de l’IFNT (signal majeur de reconnaissance maternelle de la gestation chez les ruminants) et de la gestation sur l’expression et la régulation de STAT1 (y compris sa phosphorylation) a été analysé dans l’endomètre bovin et sur des cultures primaires de cellules endométriales. Ainsi, l’expression de STAT1 (transcrit et protéine) ainsi que sa phosphorylation sont augmentés en présence du conceptus et de l’IFNT, indépendamment du taux circulant de progestérone à l’implantation chez la vache. Pour avoir une meilleure connaissance des rôles de STAT1, l’identification de ses gènes cibles a été entreprise : d’abord avec une approche gènes candidats (avec la famille des gènes SOCS), puis par une approche exploratoire.Les facteurs SOCS sont connus pour être des régulateurs négatifs de la voie de signalisation des cytokines. L’utilisation des différents modèles physiologiques et expérimentaux évoqués plus haut a permis l’analyse de l’expression et de la régulation des huit membres de la famille des gènes SOCS au cours de la gestation précoce chez la vache. L’application d’un protocole d’immunoprécipitation de la chromatine sur des cultures primaires de cellules stromales bovines montre le recrutement rapide de STAT1 par l’IFNT sur les promoteurs des gènes SOCS IFNT-dépendants. D’autre part, l’identification systématique des gènes cibles de STAT1 a été entreprise via l’élaboration d’un protocole d’immunoprécipitation de la chromatine suivit de séquençage haut-débit, appliqué à des échantillons d’endomètre bovin. L’ensemble de ces travaux suggèrent l’implication de STAT1 dans la signalisation endométriale de l’IFNT, dans la régulation du système immunitaire maternel et également dans le contôle des phénomènes d’apposition et d’adhérence, fonctions cruciales à l’implantation chez la vache. / During the early stage of the pregnancy, the regulation of the endometrial physiology is crucial to the right establishment of the implantation. In mammals, a transcription factor family is highly involved in the regulation of endometrial physiology, the STAT family. In cattle, high-throughput analyses light up the regulation of endometrial STAT1 expression during the pre-implantation period. Thus, the aim of this work is to bring new insights about endometrial STAT1 expression and regulation but also on its biological functions during the early pregnancy in cattle. Using physiological and experimental models, the impact of progesterone, IFNT (major signal of the maternal recognition of pregnancy in ruminants) and pregnancy on the expression and the regulation of STAT1 transcript and protein (including its phosphorylation status) have been analyzed in the bovine endometrium and endometrial cells. Thus, STAT1 (transcript, protein and phosphorylation) is up-regulated by the presence of the conceptus and by IFNT but independent of progesterone level at implantation in cattle. To better understand endometrial STAT1 functions, the identification of STAT1 target genes has been initiated: first, on a candidate genes family, SOCS genes, and secondly, with an explorative approach.The proteins SOCS are known to be negative regulator of cytokine signalling pathway. Using physiological and experimental models previously quoted, the eight members of SOCS genes expression and regulation were analyzed during the early pregnancy in cattle. Chromatin immunoprecipitation protocol applied on stromal cells show the recruitment of STAT1 on SOCS promoters by a rapid treatment of IFNT. Moreover, the exhaustive identification of STAT1 target gene has been initiated, using a chromatin immunoprecipitation followed by high-throughput sequencing on bovine endometrium samples. Collectively, this data suggests the involvement of STAT1 in IFNT signalling pathway but also in the regulation of maternal immune system and the apposition/adhesion process, all that being crucial for the implantation in cattle.

RÉSUMÉ Les protéines associées à la gestation (PAGs) constituent une grande famille de protéinases aspartiques exprimées dans les cellules épithéliales de la couche superficielle du placenta des artiodactyles et plus précisément dans les granules des cellules binucléées. Des investigations par biologie moléculaire (clonage et séquençage) ont permis de montrer que les protéines de la gestation font partie de la grande famille des protéases aspartiques tout comme le pepsinogène, la pepsine, la chymosine, les cathepsines D et E, et la rénine. La détermination des concentrations en PAG par radioimmunoassay dans le sérum ou dans le plasma est actuellement employée comme méthode sérologique spécifique pour le diagnostic de gestation chez le bovin dès le 28e jour après la conception. Au-delà de ce délai, les dosages des PAGs peuvent également être utilisés pour assurer le suivi de la gestation notamment dans le cadre de létude de la mortalité embryonnaire précoce ou tardive et de la mortalité ftale. Au moment dentreprendre nos investigations expérimentales, une attention particulière a été portée à notre maîtrise des systèmes de dosages radioimmunologiques notamment dans les zones des faibles concentrations de PAG caractérisant le premier trimestre de la gestation chez les bovins. Cest ainsi que les deux premières études sur lesquelles repose ce travail de thèse ont visé à tester de nouveaux antisérums dirigés contre la PAG et à comparer leurs performances en milieu sérique ou plasmatique. Ensuite, cinq différents systèmes de dosages (utilisant différents antisérums) ont été comparés quant à leur sensibilité, spécificité, exactitude des diagnostics positifs et exactitude des diagnostics négatifs, sur des séries de plasmas provenant de femelles non gestantes et de femelles gestantes durant le premier trimestre de la gestation. Dans une troisième étude, les concentrations de PAG, LH et prolactine ont été interprétées en fonction dune classification basée sur le niveau de progestérone mesuré chez les femelles à jour 21. Dans la première étude, lobjectif a été de déterminer les paramètres de limite minimale de détection, reproductibilité, exactitude, spécificité et parallélisme des dilutions caractérisant les cinq systèmes radioimmunologiques différents : RIA-497, RIA-706, RIA-780, RIA-809 et RIA-Pool. Ensuite, leur capacité à distinguer les femelles non gestantes et gestantes prélevées au 30e jour suivant linsémination artificielle a été analysée dans le détail. Létude a été menée sur un effectif de 40 femelles de race Holstein-Frisonne dâge et de parité mélangés dont la gestation a été confirmée par exploration rectale réalisée entre le 2e et le 3e mois après linsémination. Un groupe contrôle composé de dix vaches maintenues en stabulation entravée confirmées non gestantes par examen échographique et exploration rectale a été utilisé simultanément. Les caractéristiques générales des différents systèmes étaient satisfaisantes. Leur spécificité était excellente à lexception du système RIA-809 ayant montré une très légère interférence de lacide syalique et de lhCG. Les concentrations mesurées dans le plasma des femelles non gestantes sont restées inférieures à 0,5 ng/mL excepté celles qui étaient mesurées dans les systèmes RIA-780 et RIA-809. Seuls les systèmes RIA-497, RIA-706 et RIA-Pool ont fourni des valeurs de sensibilité, spécificité, exactitude des diagnostics positifs, exactitude des diagnostics négatifs égales à 100%. Dans la deuxième étude, les cinq systèmes de dosage ont été utilisés pour déterminer les concentrations de PAG dans le plasma aux jours 30, 45, 60 et 80. Les corrélations ont été calculées entre les systèmes ainsi que les rapports de concentrations mesurées par chacun deux : les systèmes RIA-706, RIA-780, RIA-809 et RIA-Pool ont révélé des valeurs plus élevées que le RIA-497 à tous les stades étudiés. La troisième étude a visé à vérifier une hypothèse formulée à plusieurs reprises par différents auteurs : le niveau de concentration en progestérone atteint en début de gestation est-il susceptible dinteragir avec les concentrations de protéines trophoblastiques, de LH et de prolactine mesurées plus tard durant le premier trimestre de la gestation ? Dans cette étude, nous avons déterminé les concentrations de lensemble des paramètres sur les prélèvements correspondant aux jours 0, 21, 30, 45, 60 et 80 de 37 femelles gestantes. Les femelles ont été réparties en deux sous groupes : celles dont la progestérone au jour 21 était inférieure à la moyenne (Low-P4) et celles dont la même progestérone était supérieure à la moyenne au jour 21 (High-P4). Lorsque les deux sous groupes ont été suivis aux périodes ultérieures (jours 30, 45, 60 et 80), il est apparu que les concentrations de PAG ont eu tendance à être plus élevées dans tous les systèmes chez les vaches du groupe High-P4. Une différence significative est atteinte en utilisant le RIA-497 au jour 80. Les concentrations en LH et prolactine ont eu tendance à être plus faibles à toutes les périodes chez les vaches faisant partie du groupe High-P4. La différence a été significative pour la LH à jour 60 et pour la prolactine à jour 21. Dans leur ensemble, les résultats de ce travail montrent que le diagnostic de gestation peut être amélioré (sensibilité, spécificité, exactitude des diagnostics positifs, exactitude des diagnostics négatifs) en sélectionnant soigneusement les antisérums et en les mélangeant de façon appropriée. Ces systèmes sont utilisables pour suivre les concentrations de PAG durant le premier trimestre de la gestation, les résultats étant fortement corrélés tout en montrant des profils différents. Associées au dosage de la progestérone, de la LH et de la prolactine, les investigations sur les PAGs permettent de progresser dans létude des régulations qui relient lhypophyse, les gonades et le trophoblaste durant le premier trimestre de la gestation. SUMMARY Pregnancy Associated Glycoproteins (PAGs) constitute a large family of aspartic proteinases expressed in the outer epithelial cells layer of the placenta of eutherian species and more precisely in the granules of the binucleate cells. Investigations by molecular biology (cloning and sequencing) showed that the PAGs are part of the great family of the aspartic proteases like pepsinogen, pepsin, chymosin, cathepsins D and E, and renin. The determination of the concentrations in PAG by radioimmunoassay in serum or plasma is currently used as specific serological method for the diagnosis of gestation at day 28 after conception. Beyond this time, PAGs assays can also be used to ensure the follow-up of gestation in particular during the study of early or late embryonic mortality and early foetal mortality. When we started our experimental investigations, a special attention was paid to our control of radioimmunoassay systems especially in the zones with low concentrations of PAG which characterize the first trimester of bovine gestation. Thus the first two studies on which this work was based, aimed testing new antisera raised against PAG, and comparing their performances in seric or plasmatic medium. Then, five various assays (using different antisera) were compared as for their sensitivity, specificity, exactitude of the positive diagnoses and exactitude of the negative diagnoses, on series of plasmas from nonpregnant and pregnant females during the first trimester of gestation. In a third study, the concentrations of PAG, LH and prolactin were interpreted according to a classification based on the progesterone level measured in females at day 21. In the first study, the objective was to determine the parameters of minimal limit of detection, reproducibility, exactitude, specificity and parallelism of dilutions characterizing the five different radioimmunoassay systems: RIA-497, RIA-706, RIA-780, RIA-809 and RIA-Pool. Then, their capacity to discriminate non-pregnant and pregnant females investigated at day 30 after artificial insemination was also analyzed in detail. The study was undertaken on 40 Holstein-Friesian females of different age and parity, and whose gestation was confirmed by rectal exploration carried out between the second and the third month after insemination. A control group of ten cows maintained in stabling, confirmed non-pregnant by ultrasonography and rectal exploration, was used simultaneously. The general characteristics of the various systems were satisfactory. Their specificity was excellent except for system RIA-809 which shown a small interference of syalic acid and hCG. The concentrations measured in the plasma of non-pregnant females remained lower than 0.5 ng/mL except those which were measured in systems RIA-780 and RIA-809. Only the systems RIA-497, RIA-706 and RIA-Pool provided values of sensitivity, specificity, exactitude of the positive diagnoses, exactitude of the negative diagnoses equal to 100%. In the second study, all five systems were used in order to determine the concentrations of PAG in plasma at days 30, 45, 60 and 80. The correlations were calculated between the systems as well as the ratios of concentrations measured by each one of them: systems RIA-706, RIA-780, RIA-809 and RIA-Pool revealed higher values than the RIA-497 at all the studied stages. The third study aimed to check a hypothesis formulated by various authors: is the concentration level of progesterone reached at beginning of gestation likely to interact with the concentrations of trophoblastic proteins, LH and prolactin measured later during the first trimester of gestation ? In this study, we determined concentrations of the whole parameters on samples corresponding to days 0, 21, 30, 45, 60 and 80 of 37 pregnant females. The females were divided into two groups: those whose progesterone at day 21 was lower than the average (Low-P4) and those whose progesterone was higher than the average at day 21 (High-P4). When both groups were investigated at later periods (days 30 and 80), it appeared that the concentrations of PAG tended to be higher in all systems in the cows of the High-P4 group. A significant difference was raised by using RIA-497 at day 80. The concentrations in LH and prolactin lead to be weaker during all the periods in the cows of the High-P4 group. The difference was significant for LH at day 60 and for prolactin at day 21. In conclusion, the results of this work show that the diagnosis of gestation can be improved (sensitivity, specificity, exactitude of the positive diagnoses, exactitude of the negative diagnoses) by selecting the antisera carefully and by mixing them in a suitable way. These systems are usable to follow the concentrations of PAG during the first trimester of gestation, the results are strongly correlated while showing different profiles. Combined to assays of progesterone, LH and prolactin, the investigations on PAGs make progress in the study of the regulations between pituitary gland, gonads and the trophoblast during the first trimester of gestation.

La glande mammaire d'une vache laitière haute productrice, produit quotidiennement une quantité de lait équivalente à 10% du poids de l'animal. L'alimentation, la génétique et le processus de différenciation terminale du tissu mammaire peuvent impacter significativement la productivité de l'animal et la composition du lait. L'activité intense de biosynthèse et de sécrétion de la glande mammaire fait intervenir un large répertoire de gènes dont l'expression peut aujourd'hui être analysée de façon globale et simultanée grâce à des outils tels que les puces à ADN. C'est ce type d'approche que nous avons mis en œuvre, dans ce travail de thèse, afin d'établir les réseaux de gènes qui participent au processus de différenciation terminale du tissu mammaire et qui permettent d'expliquer les variations de composition du lait observées avec la mutation K232A au locus DGAT1 bovin. Pour ce faire, nous avons utilisé chez la chèvre un dispositif en boucle qui a permis d'analyser, au moyen d'un répertoire de 22 000 sondes oligonucléotidiques bovines (22K), l'évolution du profil d'expression génique du tissu mammaire au cours de la gestation. Nous avons ainsi pu montrer que ce profil subit au cours du développement de l'organe et de sa différenciation terminale des changements profonds qui définissent 3 étapes majeures : i) le déclenchement de la différenciation fonctionnelle qui intervient avant le premier tiers de la gestation ; ii) un remodelage du tissu au cours duquel les structures qui produiront le lait (acini) se mettent en place et prolifèrent pour envahir progressivement l'organe - cette phase est marquée par l'expression de gènes de la réponse immunitaire ; iii) l'acquisition du phénotype sécrétoire, matérialisée par le déclenchement de la synthèse lipidique à la parturition. Afin de déterminer les mécanismes cellulaire sous-jacents aux variations de composition du lait observées avec la mutation K232A au locus DGAT1, nous avons entrepris la comparaison du transcriptome de tissu mammaire bovin à partir d'un dispositif expérimental génétiquement bien défini et contrôlé. A chaque animal de génotype GC/GC (A232), correspondait soit sa pleine sœur (n=4), soit sa demi-sœur (n=2) de génotype AA/AA (K232), au même numéro de lactation et au même nombre de jours de lactation. Nos résultats ont confirmé une baisse significative du TB (41.6 vs. 51.6 g/kg) et des AG à chaîne moyenne et insaturés (C14:1 et C16:1) et une augmentation des AG à chaîne moyenne et saturée (C14:0) et longue et insaturée (C18:1 cis11, C18:1 cis12, C18:2 n-6, C18:3 n-3) avec le variant GC/GC (A232) en comparaison au variant AA/AA (K232). Les globules gras étaient également plus petits avec ce variant. L'analyse du transcriptome à partir d'ARN extraits des biopsies de tissu mammaire a montré que les gènes spécifiant les acteurs des voies de synthèse du lactose, des lipides et des protéines étaient sur-exprimés chez les individus de génotype GC/GC (A232). La liste des gènes de la biosynthèse des lipides sur-exprimés avec ce génotype expliquent, pour partie, les différences de composition fine en acides gras observées en suggérant des voies alternatives du métabolisme du diacylglycérol.

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.

Mycobacterium avium ssp. paratuberculosis (MAP) est l’agent pathogène responsable de la maladie de Johne qui est aussi connue sous le nom de paratuberculose. Cette maladie affecte principalement les ruminants, mais également d’autres animaux d’élevages et sauvages. Les mécanismes de pathogenèse de la paratuberculose sont toujours peu compris, mais il est connu que MAP est capable de s’évader du système immunitaire de son hôte pendant plusieurs années en utilisant les macrophages comme réservoir principal. L’effet de MAP dans l’infection des macrophages est souvent étudié en utilisant des vaches saines ou encore infectées de façon expérimentale, mais les études sur l’effet à long terme de la paratuberculose en étudiant les macrophages de vaches atteintes sont manquantes. Dans mon projet, le transcriptome de macrophages primaires dérivés des monocytes circulants infectés in vitro par MAP a été analysé par séquençage haut débit de l’ARN (RNA-seq). Des différences importantes dans les interactions hôtes-pathogènes ont été observées dans les signatures d’expression génique des vaches diagnostiquées comme négatives ou positives. Ces modifications mettent en lumière la mise en place de processus durables dans l’établissement de la paratuberculose. Les modifications clés observées lors de mon projet sont un débalancement immunométabolique, un changement dans l’homéostasie du cholestérol et des lipides intracellulaires, ainsi qu’un patron d’expression génique associé à l’établissement d’une tolérance mémoire chez les macrophages. En effet, les résultats obtenus lors de ce projet consolident l’hypothèse selon laquelle MAP pourrait induire un état de type tolérance dans les monocytes sanguins périphériques circulants lorsqu’ils se différencient en macrophages. De ce fait, MAP pourrait promouvoir davantage la persistance de la maladie en influençant le comportement des macrophages à long terme. Cette étude contribue à une meilleure compréhension du contrôle de MAP sur les cellules immunitaires et de ses mécanismes de survie.

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.