Equipe 1 : Métabolisme des Oiseaux, Qualité et Adaptation (MOQA)
Notre projet s’appuie sur un ensemble de connaissances acquises au travers de nos études mais aussi sur de nouvelles compétences et expertises dans les domaines de l’épigénétique et de la santé des animaux. Il s’inscrit dans une démarche collective au sein de l’unité, d’une part, et du département PHASE, d’autre part, avec la volonté de répondre aux défis à relever dans le nouveau Schéma Stratégique de Département.
Nos recherches porteront sur la compréhension des mécanismes contrôlant les capacités d’adaptation de l’animal, l’efficience de la production et l’utilisation métabolique optimale des ressources. Notre objectif est
de mieux maîtriser le développement harmonieux des volailles, visant in fine à optimiser la qualité de la
production de viande. Nous focaliserons particulièrement nos recherches sur la période périnatale, d’une part parce que la régulation du métabolisme y est particulièrement plastique et réactive à l’environnement avec des impacts à long terme, d’autre part parce que cette période est identifiée comme critique par les acteurs de la filière avicole en termes de viabilité, croissance initiale et santé des animaux.
Notre stratégie est (1) d’identifier des biomarqueurs physiologiques, métaboliques et moléculaires et (2) de générer et intégrer des données à haut débit acquises à différents niveaux de régulation en lien avec de multiples critères relatifs à la physiologie, le métabolisme, la santé et le développement des tissus. A terme, l’ensemble de ces travaux vise clairement à concevoir et à évaluer de nouvelles pratiques d’élevage, en particulier pendant la période périnatale, à même de favoriser le développement harmonieux des volailles de chair, et à aider à prédire les conséquences de pratiques d’élevages ou de sélection sur la qualité de la
production et la santé des animaux.Ce projet sera décliné selon quatre grands axes de recherches :
1. Compréhension des mécanismes de type épigénétique contrôlant l’acclimatation précoce à la chaleur Des facteurs environnementaux peuvent moduler les programmes d’expression de gènes affectant le
métabolisme des animaux via des modifications épigénétiques. L'épigénétique correspond à l'étude des
changements de l’activité des gènes et donc de caractères qui sont transmis au fil des divisions cellulaires ou des générations sans altération directe de la séquence primaire de l'ADN. L’impact environnemental sur l’épigénome (l’ensemble des modifications épigénétiques d'une cellule) serait prédominant au cours de l’embryogénèse, période durant laquelle les phénotypes sont plastiques. Notre hypothèse de travail repose sur le fait que des traitements appliqués dans cette fenêtre développementale (ici la température des œufs) pourraient affecter le métabolisme des individus et améliorer leurs capacités adaptatives à plus long terme. Ceci pourrait notamment permettre de corriger en partie les relations défavorables observées entre caractères de production et d’adaptation et de préparer les individus à mieux tolérer des conditions environnementales survenant plus tard au cours de leur développement. Pour tester cette hypothèse, nous étudions différents types d’altérations épigénétiques qui surviennent lors de manipulations thermiques de l’environnement embryonnaire (Traitement d’Acclimatation Embryonnaire à la Chaleur : TAEC) et leurs conséquences sur le métabolisme de l’animal et de ses descendants. Pour comprendre les mécanismes épigénétiques mis en jeu lors du TAEC et persistant durant le développement des oiseaux, deux axes d’études complémentaires sont développés :
1.1. L’étude de l’impact du TAEC sur la méthylation de l’ADN chez des poulets de lignée commerciale initiée
dans le cadre du projet « Epitherm » (Collaboration avec F. Pitel de l’UMR GenPhySE et la plate-forme de GenoToul financée sur Crédit Incitatif PHASE-GA 2011). Ces travaux combinent des approches globales de mesures de la méthylation de l’ADN (essais colorimétriques), locales (à l’échelle de gènes candidats issus du projet ANR THERMOCHICK) et systématiques (méthylome). L’étude de l’impact du TAEC sur la méthylation et l’hydroxyméthylation de l’ADN sera également approfondie sur une lignée expérimentale fortement homozygote de caille japonaise, permettant de limiter la variabilité génétique et de travailler avec des intervalles de génération plus courts, dans le cadre du projet ANR JCJC « QuailHeatE » (2016-2020) porté par l’équipe. Ce projet analysera les effets du TAEC sur plusieurs générations pour étudier l’impact transgénérationnel et l’effet d’une exposition répétée au cours des générations (impact multigénérationnel) des traitements thermiques embryonnaires.
1.2. L’étude de l’impact du TAEC sur un autre type de marque épigénétique impliquée dans l’intégrité et la
régulation de l’expression des génomes : les modifications post-traductionnelles des histones (MPTH). Les MPTH pourraient en effet être associées à la régulation de l’expression des gènes au sein de différents tissus centraux et périphériques en réponse à la chaleur. Cette étude est initiée dans le cadre du crédit incitatif pépinière PHASE STRESSEPIMARK 2015-2017 porté par l’équipe et la thèse de S-A David (2014-2017). A terme, l’ensemble des données résultant de ces travaux et des travaux précédents de l’équipe (méthylation de l’ADN, MPTH, expression de gènes, phénotypes, marqueurs métaboliques,…) sera intégré afin de mettre en évidence l’impact de mécanismes moléculaires probablement synergiques sur la programmation des phénotypes animaux. En s’inscrivant dans le champ thématique Adaptation du département PHASE, le projet se positionne sur le front
Entitésde recherche
Vague C : campagne d’évaluation 2016 – 2017
janvier 2016 32
de science « épigénétique » du département PHASE, qui soutient le réseau interne EpiPHASE dont l’équipe assure la co-animation.
2. Modulation à long terme des phénotypes par l’alimentation précoce – régulation du métabolisme protéino-énergétique
Dans la filière « poulet de chair », les animaux reproducteurs subissent une restriction alimentaire leur permettant de se reproduire mais pouvant induire, outre des problèmes de bien-être, des conséquences
négatives sur les performances et la composition corporelle de leurs descendants (van der Waaij et al., 2011,
Animal, 5:741-8). De plus, la période de démarrage des poussins (1ère semaine post-éclosion) reste critique avec parfois des mortalités post-natales importantes dues au délai d’alimentation et aux conditions d’ambiance et de transport suboptimales. A l’heure actuelle, nous cherchons à moduler le phénotype des animaux en orientant leur métabolisme de manière précoce. Des travaux récents ont montré qu’il était possible de modifier le métabolisme des animaux par des apports exogènes en nutriments (substrats énergétiques :
glucose, acides gras, acides aminés) à des moments clés de l’embryogénèse par des injections in ovo et/ou
l’alimentation maternelle. Ces pratiques modifient durablement le métabolisme des embryons et induisent des différences de performances des poussins à l’éclosion (poids, stock de glycogène, rendement en filet), et ces modifications restent pérennes jusqu’à l’âge d’abattage des animaux. Cependant, les mécanismes d’orientation précoce du métabolisme à ces périodes restent largement méconnus. Notre projet vise à enrichir les connaissances sur la compréhension des interactions entre nutrition, programmation métabolique et élaboration du phénotype à long terme. En effet, une meilleure compréhension des mécanismes d’utilisation
des nutriments par l’animal in ovo doit permettre d’améliorer la qualité du poussin (ou du caneton),
d’augmenter l’efficience de son métabolisme avec l’objectif d’obtenir des animaux en croissance ou adultes plus robustes et des produits de meilleure qualité. L’identification de nutriments capables de moduler la programmation embryonnaire des oiseaux constitue un premier axe de recherche qui a été amorcé dans le cadre d’un crédit incitatif financé par le département PHASE « Modification environnementale nutritionnelle précoce de l’embryon et impact sur l’élaboration des phénotypes à long terme » et qui sera également poursuivi dans le cadre de 2 Projets Région « Oxyferti » et « Prevadi » portés par l’UMR PRC, et qui s’intéressent au métabolisme des animaux reproducteurs et/ou de leurs descendants.
La compréhension des mécanismes et des régulations mis en jeu constitue un second axe de recherche. Il s’agit par exemple d’étudier, après avoir modifié la nutrition périnatale, les régulations des métabolismes protéique et énergétique lors de périodes d’élevage plus tardives. Nous avons mis en évidence l’importance de certains acides aminés (lysine, méthionine), glucose et acides gras (AG n-3) pour la régulation métabolique, avec des effets marqués sur la croissance du poulet et la qualité des produits. Il est important de déterminer si en changeant l’alimentation précoce, les nutriments, utilisés comme substrats ou nutriments-signal, peuvent activer différemment les voies de signalisation et le métabolisme protéino-énergétique. Ainsi, des premiers travaux sur un enrichissement des différents tissus en AG n-3 pendant le développement embryonnaire (grâce à
l’enrichissement des jaunes d’œuf via l’alimentation des reproductrices) et/ou la période précoce d’élevage
par voie alimentaire ont montré des effets sur le comportement et la minéralisation osseuse de poussins et/ou de canetons. L’activation au cours du développement embryonnaire des voies de synthèse des acides gras polyinsaturés à longue chaîne n-3 (AGPI LC n-3), en particulier EPA et DHA à partir de l’acide linolénique, pourrait également optimiser la synthèse et le dépôt de ces acides gras pendant la phase de croissance post-éclosion. Nous envisageons à présent d’étudier de façon approfondie les mécanismes impliqués dans les voies de synthèse des AGPI LC n-3 au niveau du foie et des muscles, la minéralisation osseuse, les modifications comportementales au niveau du système nerveux central et les défenses immunitaires des animaux. Ces différentes approches seront réalisées grâce à des collaborations avec les autres équipes de l’URA (ALiSÉ, ex-DN) mais également nos collègues des UMR ISP et PRC et de l’UMRH (dépôt d’un projet ANR en 2017).
3. Compréhension des mécanismes moléculaires et cellulaires régulant les réserves énergétiques et la croissance en lien avec l’intégrité du muscle, la santé et la qualité de la viande
Face à une demande croissante pour la viande de volaille, la production de poulets de chair très efficaces et conformés est en expansion dans le monde entier. Dans le même temps, différents problèmes liés à la santé et au bien-être des oiseaux, à leur sensibilité à des facteurs de stress et à la qualité de la viande ont émergé. Ceci est en grande partie lié aux progrès génétiques et nutritionnels réalisés ces dernières décennies qui ont principalement ciblé la productivité mais ont très peu pris en compte les conséquences sur la robustesse des animaux et la qualité de la viande, deux critères qui contribuent pourtant significativement à l'acceptabilité sociale et la compétitivité des filières. En pratique, cela se traduit par des problèmes de locomotion, des difficultés à résister à des facteurs de stress pendant l'élevage, mais aussi à l’apparition d'anomalies musculaires graves (white striping, wooden breast, etc.) qui correspondent à un remplacement progressif des fibres musculaires par des tissus de soutien (gras et conjonctif) et qui détériorent considérablement les différentes composantes de la qualité des viandes (sensorielle, nutritionnelle, technologique).
Dans un premier temps, nous caractériserons les processus cellulaires et moléculaires précoces qui conduisent à l’apparition de ces défauts et nous identifierons des marqueurs biologiques pertinents qui nous permettront d’évaluer par la suite les pratiques d’élevage ou de sélection à risque ou favorables. Ceci se fera dans le cadre
Entitésde recherche
Vague C : campagne d’évaluation 2016 – 2017
janvier 2016 33
d’approches ciblées ou à haut-débit, en prenant en compte différents niveaux de régulation (expression génique, protéique, signalisation cellulaire et régulation métabolique), et en s’appuyant sur des génotypes commerciaux mais également sur les lignées « pHu » sélectionnées sur la qualité des viandes et qui se différencient sur leur capacités à stocker le glycogène musculaire. En effet, nos premières observations indiquent que les changements métaboliques et structuraux concomitant à la réduction des réserves énergétiques musculaires par sélection impliquent des processus biologiques similaires à ceux identifiés dans
les muscles atteints par le white striping ou le wooden breast (Mutryn et al., 2015, BMC Genomics, 16:399 ;
Abasht et al., 2016, PLoS One, 11:e0153750). Nous souhaitons ainsi mieux comprendre dans quelle mesure l’affaiblissement énergétique des animaux, notamment précoce, peut impacter le développement ultérieur de leurs muscles et plus généralement l’ensemble des processus physiologiques qui contribuent à la santé et au bien-être des animaux. Ceci se fera au travers d’évaluations multicritères, d’où l’intérêt de disposer d’indicateurs physio-pathologiques pertinents pour avoir une vision intégrée des conséquences à long terme pour l’animal des évolutions de pratiques de production. Ce projet se fera en étroite concertation avec les autres volets de notre projet d’équipe, avec la possibilité de partager des modèles pertinents d’interactions entre génétique, environnement et nutrition, mais aussi de faciliter l’identification de marqueurs biologiques complémentaires essentiels aux analyses intégrées que nous souhaitons mettre en place. Il se fera également en partenariat avec l’équipe AQSel (ex-SAQSE) avec laquelle nous collaborons depuis de nombreuses années pour améliorer la compréhension des mécanismes physiologiques et génétiques qui contrôlent la qualité des viandes. Plus généralement, ce volet s’inscrit dans un contexte favorable, avec des premiers financements
obtenus via le département PHASE (CI 2016 MYODEFECT) et le projet interrégional TECNOVIA (2015-2017)
soutenu par les régions Bretagne et Pays de Loire, et un soutien croissant de la profession qui est en demande de solutions pour réduire l’apparition de ces nouveaux défauts de qualité dont la prévalence augmente extrêmement rapidement dans les abattoirs. Ceci s’est traduit par l’obtention d’une bourse CIFRE (E. Pampouille, 2016-2018, co-encadrée avec AQSel) en collaboration avec le sélectionneur Hubbard et le dépôt du projet multi-partenarial public-privé QUALICHICK en réponse à l’appel à projet ICSA France Futur Elevage (F2E) 2016.
4. Evaluation multicritère de l’impact de variations précoces de l’environnement des poulets
Les variations de l’environnement des poulets en développement peuvent avoir des conséquences positives ou négatives à moyen terme et des empreintes physiologiques, métaboliques ou moléculaires, dont nous tirons profit à la fois pour concevoir de nouvelles techniques d’élevage moins énergivores, mais également pour mettre en évidence des biomarqueurs de l’état physiologique et sanitaire des poulets en fonction de leur histoire précoce.
D’une part, nous réaliserons l’évaluation multicritère des techniques d’acclimatation pendant l’embryogenèse. Suite à l’étude de la physiologie et du métabolisme des poulets acclimatés à la chaleur pendant l’embryogenèse (TAEC) réalisée au cours du projet THERMOCHICK, nous évaluerons l’intérêt potentiel de cette technique en climat tropical dans le cadre de notre collaboration au Togo avec le Centre d’Excellence Régional en Sciences Aviaires (CERSA) et la thèse de D. Nyuiadzi (2014-2017) co-encadrée entre notre équipe et le CERSA. Nous nous intéressons également à l’acclimatation au froid (projet Eval-Adapt financé sur CI PHASE) puisque les poussins y sont très sensibles en période de démarrage, phase pendant laquelle l’acclimatation au froid pourrait limiter la consommation d’énergie des élevages et augmenter les capacités d’adaptation thermiques des oiseaux. La possibilité d’acclimater les oiseaux à la fois au froid et au chaud pendant l’embryogenèse est également explorée au cours du projet ROBUSTCHICK financé par le Métaprogramme « Gestion Intégrée de la Santé des Animaux » (GISA) 2016-2017. Les études zootechniques, physiologiques et métaboliques seront élargies à l’examen des impacts de ces techniques sur la santé des animaux (réponse vaccinale, mortalité, intégrité du tube digestif et du tissu musculaire, critères de bien-être animal …) mais également des impacts économiques (coûts de production du poussin et du poulet…) et environnementaux (estimation des rejets, consommations d’eau, de gaz et d’électricité…) de ces pratiques. L’ensemble de ces données sera analysé dans une évaluation multicritère menée en collaboration avec l’équipe ALiSÉ de l’URA, les UMR PRC et ISP et l’ITAVI dans le cadre de l’UMT BIRD-ASTER. Ce type de démarche pourra également être appliqué à des modèles portant sur la nutrition périnatale afin de tester les impacts des innovations que nous explorons.
D’autre part, l’étude des relations stress - santé sera approfondie en nous intéressant aux effets de perturbations de l’environnement périnatal, y compris nutritionnel, sur le métabolisme, le stress oxydant cellulaire, le microbiote et l’immunité du poulet de chair. Un des objectifs est de disposer d’indicateurs de robustesse associés à une bonne ou mauvaise adaptation des poulets à leurs conditions d’élevage ou en réponses à un stress postnatal. Un second objectif est d’évaluer de nouvelles pratiques d’élevage pour améliorer la robustesse et l’environnement des poulets, comme par exemple l’usage des plantes aromatiques comme alternatives aux intrants médicamenteux. Ce projet s’inscrit dans un programme multi-espèces soutenu par le Métaprogramme GISA (WHELP, 2014-2017 coordonné par l’équipe) et les projets CASDAR MEXAVI et BOUQUET (2017-2020) portés respectivement par l’ITEIPMAI et l’ITAVI. Les modèles développés chez l’embryon et le poussin de chair au démarrage pourront à terme se décliner dans d’autres situations (incubation,
Entitésde recherche
Vague C : campagne d’évaluation 2016 – 2017
janvier 2016 34
reproducteurs), d’autres systèmes d’élevage (élevage bio), voire d’autres espèces aviaires (canard notamment).
Equipe 2 : Défenses de l’Oeuf, Valorisation, Evolution (DOVE)
L’équipe a acquis une expertise reconnue sur les molécules de l’œuf et leurs rôles biologiques qu’elle continuera de développer dans les années futures. La phase de criblage des protéines de l’œuf et d’analyse de leur expression qui était affichée dans le projet de l’équipe 2011-2016, se termine et fera l’objet de la publication d’un protéome intégré des protéines retrouvées dans les différents compartiments de l’œuf et de leurs fonctions associées/prédites. Notre projet précédent était centré sur les œufs de table mais sera désormais élargi aux œufs à couver. Le projet 2018-2022 visera à proposer de nouveaux axes stratégiques novateurs pour valoriser les connaissances acquises. Il intégrera les expertises de trois enseignants-chercheurs en 2016 (T. Moreau, Professeur et ML. Zani, MCF) et en 2018 (C. Dombre, MCF), qui ont d’ores et déjà
contribué à la rédaction d’un article1. En tenant compte des différents résultats obtenus sur ces 5 dernières
années et de l’arrivée de ces trois enseignants-chercheurs, nous avons défini trois objectifs principaux. Le premier objectif sera de produire des connaissances fondamentales sur les mécanismes de formation de l’œuf et les fonctions de ses molécules. Une des finalités sera de contribuer à définir la spécificité du modèle « œuf d’oiseau », notamment grâce à l’aide d’approches évolutives et comparatives entre espèces. Le deuxième objectif vise à proposer des outils pour garantir la qualité des œufs de table et des œufs à couver (intégrité des structures de l’œuf, potentiel antibactérien). Une meilleure caractérisation de l’œuf d’oiseau à travers l’identification préalable d’indicateurs de qualité (protéines, métabolites, paramètres physicochimiques et mécaniques de la coquille et des membranes) permettra de développer des stratégies pour renforcer les défenses naturelles, optimiser les conditions de conservation des œufs de consommation, d’incubation des œufs à couver et les pratiques d’élevage des poules. L’étude de la dynamique des structures et défenses de l’œuf au cours du développement embryonnaire, déjà initiée, sera approfondie. Enfin, le dernier objectif vise à caractériser les activités biologiques des molécules de l’œuf en vue d’une application en Santé et en Agroalimentaire. Des projets de recherche obtenus avec des partenaires académiques (projet MUSE), privés (Projet OVAL), et hospitaliers/privé (Projet ADAGIO pour l’évaluation de l’allergénicité des molécules candidates), nous permettent d’envisager plus concrètement une recherche dans ce domaine. Ces trois objectifs sont ainsi déclinés dans deux grands axes de recherche. Le premier axe vise à caractériser l’œuf de consommation et à couver en s’intéressant à la fois à la formation et à la caractérisation biochimique et fonctionnelle des défenses naturelles de l’œuf et des structures extra-embryonnaires. Une meilleure connaissance des fonctions biologiques des protéines et peptides de l’œuf nous permettra d’évaluer le potentiel de valorisation de ces molécules. Une fois ces paramètres de qualité caractérisés pour les deux types de production (œuf de consommation et œufs à couver), nous explorerons dans un deuxième axe, comment l’environnement, la nutrition, le statut physiologique, la génétique de la poule et les conditions de conservation et d’incubation des œufs, impactent la qualité de l’œuf de table et de l’œuf à couver, pour ensuite proposer des stratégies d’élevage, de sélection et de pratiques qui contribueront à une production d’œufs durable. Ces approches devraient faciliter l’identification de marqueurs biologiques qui pourront faire l’objet d’une action transversale avec toute équipe travaillant sur les conséquences de diverses stratégies d’élevage sur la qualité des œufs à couver et la robustesse du poussin (exemple de l’acclimatation précoce des
œufs à la chaleur ou injection in ovo de substrat énergétiques, équipe MOQA ou de modèle d’infections,
UMR-ISP).
1. Caractérisation moléculaire des œufs de consommation et à couver
1.1. Formation et caractérisation des défenses naturelles de l’œuf
La défense de l’œuf est essentiellement assurée par la coquille, les membranes coquillières et vitellines (barrière physique), les molécules antimicrobiennes et les propriétés physicochimiques du blanc d’œuf. Ces défenses sont mises en place au cours de la formation de l’œuf, dans l’oviducte de la poule, et sont intégrées