VARIABILITE INDIVIDUELLE DE L EFFICIENCE ALIMENTAIRE CHEZ LE BOVIN EN ENGRAISSEMENT : DETERMINANTS ET BIOMARQUEURS

VARIABILITE INDIVIDUELLE DE L’EFFICIENCE 

ALIMENTAIRE CHEZ LE BOVIN EN ENGRAISSEMENT :  DETERMINANTS ET BIOMARQUEURS

Gonzalo CANTALAPIEDRA-HIJAR (INRAE; France)

.02

• Qu’est‐ce que c’est l’efficience alimentaire? Définitions

• Importance de la variabilité individuelle de l’EA

• Comment identifier les animaux efficients?

 Recherche de biomarqueurs

• Quels sont les mécanismes à l’origine des ces  différences? 

 Etudes de déterminants

SOMMAIRE

2. Réseaux fermes  (Beefalim)

1.Littérature

3. Expérimentation (EffiScience)

.03

• 600 jeunes bovins testés

• 4 ans d’étude (2015‐2019)

• 4 fermes expérimentales

• 2 mêmes régimes contrastés (Maïs vs Herbe)

PROGRAMME BEEFALIM : AMELIORER L’EFFICIENCE ALIMENTAIRE CHEZ LE BOVIN ALLAITANTE

 Etude des déterminants génétiques et biologiques de l’EA

 Recherche de biomarqueurs de l’EA (prises de sang) En interaction avec le régime

.04

Gain poids/ingestion 

 Potentiel de croissance

Ingéré observé ‐ théorique 

 Besoin d’entretien

vs

FEED CONVERSION  EFFICIENCY

RESIDUAL FEED  INTAKE

COMMENT MESURE-T-ON L’EFFICIENCE ALIMENTAIRE?

NutritionGénétique

La sélection sur RFI n’affecte pas les  performances (pas d’impact sur le 

poids vif des vaches adultes)

.05

> 1/2 1/3 1/10

Δ

FAIBLE EFFICIENCE ALIMENTAIRE CHEZ LE RUMINANT

(+250% depuis 1957)

Feed conversion efficiency (FCE),

gain poids/MSI

Tolkamp et al., 2010

.06

0.22 0.20 0.18 0.16 0.14 0.12 0.10

ENS MAÏS ENS HERBE

CV inter‐individu= 8.4% CV inter‐individu= 9.5%

FCE ajusté, kg/kg

CV inter‐régime = 13.4%

NUTRITION VS GENETIQUE

Fossaert et al., 2020 (3R)

COMPRENDRE : 

DETERMINANTS BIOLOGIQUES PREDIRE :

BIOMARQUEURS

Réseaux fermes  (Beefalim)

.07

1.5

1.0

0.5

0.0

-0.5

-1.0

-1.5

RFI, kg MS, j

CV = 4.6%

Fossaert et al., 2020 (3R)

Les 10 animaux les plus efficients consomment en moyenne 2,35 kg de MSI/j de moins que les 10 les moins efficients tout en maintenant la même performance

VARIABILITE GENETIQUE DE L’EA

.08

Efficients (p75)

Inefficients (p25)

Efficients (p25)

Inefficients (p75)

SELECTION DE L’EA: GAIN ECONOMIQUE 

€

Renand et al. (unpublished)

Réseaux fermes  (Beefalim)

ENS MAÏS

ENS HERBE ENS HERBE

ENS MAÏS

Bilan économique  pour la phase  d’engraissement

.09

DETERMINANTS BIOLOGIQUES DE L’EA

.010

DETERMINANTS DES VARIATIONS INDIVIDUELLES D’EA

PROBABILITE D’ETRE UN VRAI DETERMINANT

‐ ⁺

DIGESTIBILITE 

EMISSIONS CH4 COMPORTEMENT 

ALIMENTAIRE

MICROBIOTE RUMINAL

COMPOSITION CORPORELLE SYSTEME

ENDOCRINE

METABOLISME ET  TURNOVER PROTEIQUE

RESPIRATION  MITOCHONDRIAL

METABOLISME  ENERGETIQUE

 Ces conclusions ne s’appliquent qu’aux régimes d’engraissement riches en céreales!

Cantalapiedra‐Hijar et al., 2018

Littérature

Richardson and Herd, 2004 .011

DETERMINANTS DES VARIATIONS INDIVIDUELLES D’EA

Littérature

.012

TURNOVER PROTEIQUE

• La vitesse de renouvellement protéique est un des mécanismes métaboliques souvent évoqué comme facteur déterminant des variations individuelles d’EA

SYNTHESE DEGRADATION SYNTHESE DEGRADATION SYNTHESE DEGRADATION

Gain protéique Perte azoté Bilan nul

g/j

PERTE

GAIN ENTRETIEN

SYNTHESE DEGRADATION Gian proteique

g/d

Synthèse≈ 20% des  besoins énergétiques 

basales

(Waterlow, 1988)

GAIN

1.Littérature

.013

PROTOCOLE EFFI‐SCIENCE

100 animaux en 2 ans (50/an) et sur 2 régimes (50 Maïs vs 50 Herbe)

TEST RFI DEBUT

GREENFEED (CH4/H2/CO2/O2)

TURNOVER PROTEIQUE TEST RFI FIN

ABATTAGE DIGEST/BILAN N

BIOPS ECHO

BIOPS ECHO

BIOPS ECHO COMPORTEMENT ALIMENTAIRE

CLASSEMENT

OCT JANV MAI

BOLUS PH ET MICROBIOTE

Prélèvement de sang

M

M Administration marqueurs

COMPO CORP

.014

PROJET EFFI‐SCIENCE

.015

RECHERCHE DE BIOMARQUEURS DE L’EFFICIENCE ALIMENTAIRE

CHEZ LE BOVIN EN ENGRAISSEMENT

.016

RECHERCHE DE BIOMARQUEURS DE RFI CHEZ LES  ANIMAUX EXTREMES

1.5

1.0

0.5

0.0

-0.5

-1.0

-1.5

RFI, kg MS, j

n= 24

n= 24

Δ = 1.5 kg MSI (+13%)

• Génomique

• Biochimie sanguine

• Isotopomique

• Protéine totale (n ≈ 600)

• Acides aminés (n ≈ 48)

• Metabolomique

• Proteomique

• Hormones

• Vitamines B

.017

LES ABONDANCES NATURELLE DE L’AZOTE  ¹⁵ N

DANS LES PROTEINES ANIMALES

.018

DISCRIMINATION ISOTOPIQUE DE L’AZOTE

TRANSAMINASE HEPATIQUES : Affinité pour ¹⁴N‐AA > ¹⁵N‐AA

• Les protéines animales sont naturellement plus  enrichies en ¹⁵N lorsque le catabolisme 

hépatique d’AA augment

ASSIMILATION N PAR LES BACTERIES DU RUMEN : Affinité pour ¹⁴N‐NH₃ > ¹⁵N‐NH₃

• Les protéines animales sont naturellement plus  enrichies en ¹⁵N lorsque la synthèse microbienne  diminue

(Macko et al., 1986)

(Wattiaux and Reed, 1995)

14

N

99,63%

15

N

0,37%

CONSEQUENCES BIOLOGIQUES

ENZYMES

.019

ABONDANCE  ¹⁵ N ET EFFICIENCE PROTEIQUE

0.4 0.3

0.2 0.1

0.0 -0.1

-0.2 7 6 5 4 3 2 1 0

Efficience d’utilisation de l’azote, g/g

Cantalapiedra‐Hijar et al., 2018

Δ15 N animal‐régime

CONFIRMATION PAR META‐ANALYSE

0.40 0.35

0.30 0.25

0.20 0.15

4.5 4.0 3.5

3.0 2.5 2.0 1.5

Δ15 N animal‐régime

n = 19 n = 35

PREUVE DE CONCEPT

Efficience d’utilisation de l’azote, g/g

Cantalapiedra‐Hijar et al., 2015

.020

LIEN EFFICIENCE ALIMENTAIRE VS PROTEIQUE

0.22 0.20

0.18 0.16

0.14 0.12

0.33 0.30 0.27 0.24 0.21 0.18

0.15

0.21 0.20 0.19 0.18 0.17 0.16 0.15 0.14 0.22

0.20 0.18

0.16 0.14

0.12

0.10

GrassCorn

0.17 0.16 0.15 0.14 0.13 0.12 0.11 0.10 0.09 0.08 0.325 0.300 0.275 0.250 0.225 0.200 0.175 0.150

GrassCorn

Cantalapiedra‐Hijar et al., 2015 Nasrollahi et al., 2020 Guarnido et al., 3R 2020

FCE, kg/kg FCE, kg/kg FCE, kg/kg

Efficience protéique, kg/kg

GrassCorn

RETENTION PROTEIQUE

ESTIMEE _DIAMETRE 

ADYPOCITES DISSECTION 6^èmeCÔTE

.021

ABONDANCE  ¹⁵ N ET EFFICIENCE ALIMENTAIRE

0.25 0.24 0.23 0.22 0.21 0.20 0.19 0.18 0.17 0.16 4.6 4.4 4.2 4.0 3.8 3.6 3.4 3.2

Meale et al., 2017

Efficience alimentaire, g/g

PREUVE DE CONCEPT

n = 54 r2 = 0,53

Δ15 N animal‐régime

5.5 5.0

4.5 4.0

3.5 3.0

2.5 2.0

0.25

0.20

0.15

0.10

0.05

0.00

Δ¹⁵Nanimal‐régime

Efficience alimentaire, g/g

Cantalapiedra‐Hijar et al., EAAP2020

CONFIRMATION PAR META‐ANALYSE

n = 493 r²=0.37 

.022

5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 0.25

0.20

0.15

0.10

0.05

0.00

Δ

N

FC E,   g/ g

5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 0.25

0.20

0.15

0.10

0.05

0.00

ABONDANCE  ¹⁵ N ET EFFICIENCE ALIMENTAIRE

Régression intra‐régime

FCE = - 0.030** (se 0.0056) ×Δ¹⁵N

Cantalapiedra‐Hijar et al., EAAP 2020

.023

plasma δ¹⁵N, ‰  plasma urea, g/L FCE, g/g RFI, kg/d 

r = 0.28*** 

r = ‐0.01  r = ‐0.43*** 

r = 0.01

VARIABILITE INDIVIDUELLE DE L’EA: 15N vs UREE

Thèse Pablo Guarnido

Guarnido et al., 2019 (ISEP)

.024

UNE RELATION SIGNIFICATIVE ENTRE 15N ET EA

…..MAIS DIFFERENTE SELON LA NATURE DU REGIME

FCE Model

Intercept Slope

HERBE 0.249 ±0.017*** ‐0.017^a ± 0.002***

MAÏS 0.292 ±0.015*** ‐0.024^b ± 0.002***

FCE, kg/kg

15N plasma, ‰

Guarnido et al. 2021 (méta‐analyse en cours)

Thèse Pablo Guarnido

.025

LES ABONDANCES NATURELLE DE L’AZOTE 15N

DANS DES ACIDES AMINES SPECIFIQUES

.026

plasma δ¹⁵N, ‰ 

RFI, kg/d 

r = 0.28*** 

QUE SE PASSE‐T‐IL LORSQUE LES ABONDANCES 

N SONT  ANALYSES DANS DES ACIDES AMINES INDIVIDUELS???

Les acides aminés constitutifs des protéines participent dans différents voies métaboliques selon leur nature et donc contiennent des information isotopiques qui signent son comportement métabolique spécifique

Cantalapiedra‐Hijar et al., 2020 .027

L’ABONDANCE PLASMATIQUE EN 15N DISCRIMINE 

LES EXTREMES RFI!

.028

LES ACIDES AMINES QUI NE SUBISSENT PAS DES 

TRANSAMINATIONS NE SONT PAS AFFECTES

.029

MOINS DE TRANSAMINATION CHEZ LES ANIMAUX 

EFFICIENTS!

.030

RECHERCHE DE BIOMARQUEURS PLASMATIQUE PAR UNE APPROCHE CIBLEE EN 

METABOLOMIQUE

.031

LE METABOLOME PLASMATIQUE EST FORTEMENT 

IMPACTE PAR LE REGIME MAIS TRES PEU MODIFIE PAR RFI

RFI+

RFI‐

.032

RFI NEG POS NEG POS

250

200

150

100

50

0

P<0.001*

Créatinine plasmatique, mM

MAÏS HERBE

Cantalapiedra‐Hijar et al. 2020 (EAAP)

LES ANIMAUX PLUS EFFICIENTS ONT UNE 

MASSE MUSCULAIRE PLUS IMPORTANTE?

.033

DIETRFI

GRASS

CORN POS NEG POS

NEG 2.00 1.75 1.50 1.25 1.00 0.75 0.50

METHYLARGININE

DIETRFI

GRASS

CORN POS NEG POS

NEG 50

40

30

20

10

0

trans-4-Hydroxyproline

HYDROXYPROLINE*

DIETRFI

GRASS

CORN POS NEG POS

NEG 12 10 8 6 4 2 0

1-methylhistidine

DIET RFI

GRASS CORN

POS NEG POS

NEG 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0

beta-Alanine

METHYL‐ARG 1 METHYL‐HIS

β‐ALANINE*

0.001<P<0.10

Cantalapiedra‐Hijar et al. 2020 (EAAP)

LES ANIMAUX PLUS EFFICIENTS ONT UNE 

MASSE MUSCULAIRE PLUS IMPORTANTE?

.034

DIET RFI

Grass Corn

POS NEG

POS NEG

1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2

0.0

Regime RFI

GRASS CORN

POS NEG

POS NEG

12

10

8

6

4

2

0

GRAISSE VISCERALE, %PV PROTEINE/GRAISSE CARCASSE

MAÏS HERBE MAÏS HERBE

Réseaux fermes  (Beefalim)

Expérimentation

Interaction RFI x régime P = 0.07 Interaction RFI x régime P = 0.04

.035

LES ANIMAUX LES PLUS EFFICIENTS UTILISENT  MIEUX L’AZOTE ALIMENTAIRE

DIET RFI

Grass Corn

POS NEG

POS NEG

0.25

0.20

0.15

0.10

0.05

0.00

MAÏS HERBE

Urée plasmatique, g/L Abondance ¹⁵N plasma, ‰

HERBE MAÏS

.036 Protein turnover

S D

LES ANIMAUX PLUS EFFICIENTS MONTRENT UN  TURNOVER PROTEIQUE PLUS FAIBLE

DIET RFI

GRASS CORN

POS NEG

POS NEG

0.035 0.030 0.025 0.020 0.015 0.010 0.005 0.000

/

P = 0.007

Plasma 3MH/Creatn, µmol 

MAÏS HERBE

.037

DietRFI

GRASS

CORN POS NEG POS

NEG 20

15

10

5

0 DIETRFI

GRASS

CORN POS NEG POS

NEG 0.035

0.030 0.025 0.020 0.015 0.010 0.005 0.000

/

Réseaux fermes  (Beefalim)

P = 0.007 P = 0.08

Expérimentation

PLASMA 3MH/Creat URINE3MH/Creat

MAÏS HERBE MAÏS HERBE

.038

EVALUATION INDIRECTE DU TP 

Cantalapiedra‐Hijar et al., 2019

.039

Taux déplétion RFI+: k = 5.04% 

Taux déplétion RFI‐: k = 4.67% 

+8%***

Plasma δ15 N relatif, ‰

Temps, j

MAÏS

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

0 20 40 60 80 100

RATION MAIS : TAUX DE SYNTHESE ET DEGRADATION  PROTEIQUE PLUS FAIBLE CHEZ LES EFFICIENTS

Diet RFI

CORN POS NEG

20

15

10

5

Urine 3MH/Creatn, µmol  0

P = 0.02

MAÏS

Résultats préliminaires thèse Pablo Guarnido

.040

RATION HERBE: PAS DE DIFFERENCES DANS LA SYNTHESE  ET DEGRADATION PROTEIQUE ENTRE GROUPES RFI

Diet RFI 20

15

10

5

Urine 3MH/Creatn, µmol  0

P = 0.02

HERBE

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

0 20 40 60 80 100

Taux déplétion RFI+: k = 4.30% 

Taux déplétion RFI‐: k = 4.40% 

‐2%

Temps, j

HERBE

GRASS POS NEG

Plasma δ15 N relatif, ‰

NS

.041

• Higher N use efficiency in low RFI

• Higher muscle mass in low RFI?

A confirmer avec rations cellulosiques

• Lower protein turnover in low RFI?

A confirmer avec rations cellulosiques

COMMUNS REGIME DEPENDANT

DETERMINANTS DE RFI COMMUNS ET REGIME‐DEPENDANTS 

EN COURS DE DEPOUILLEMENT….

Strong RFI x DIET interaction for key metabolites

La part du métabolisme protéique et composition corporelle dans les variations RFI semble être très importante chez des animaux recevant des régimes denses en énergie mais moins importante avec des régimes riches en fibre (hypothèse en cours de vérification)

.042

MERCI DE VOTRE ATTENTION