Stage Master 2

L’histoire des espèces domestiques animales est fortement liée à celle des populations humaines, de la domestication jusqu’à l’établissement de races d’élevage en passant par la colonisation de nouveaux environnements depuis les aires de répartition des espèces sauvages ancestrales. Reconstruire l’histoire démographique des espèces animales domestiques permet donc de mieux comprendre l’adaptation au milieu et aux pratiques d’élevage et offre une perspective originale sur l’histoire des populations humaines.

L’étude de l’histoire démographique des populations animales a pendant longtemps été le travail d’archéo-zoologues mais depuis quelques années, les données issues de la génomique permettent d’en offrir une nouvelle perspective (e.g. Frantz et al. 2020). Encore plus récemment, des avancées en intelligence artificielle, et plus spécifiquement en apprentissage profond (deep learning) promettent de pouvoir estimer des histoires plus complexes (Schrider & Kern, 2018). Ces nouvelles méthodes offrent, outre une efficacité prédictive avérée, des avantages pratiques tels que l’applicabilité à de larges jeux de données ou la portabilité des modèles entraînés.

VOTRE MISSION ET VOS ACTIVITÉS

Vous serez accueilli·e au sein de l’unité GenPhySE (Génétique, Physiologie, et Systèmes d’élevages), une Unité Mixte de Recherche (UMR) INRAE-Université de Toulouse-ENVT située au sud de Toulouse. GenPhySE regroupe plus de 150 personnes travaillant sur des espèces animales d’élevages (porc, mouton, chèvre, lapin, caille, abeille). Vous serez plus particulièrement intégré à l’équipe GenROC (Génomique des Ruminants Ovins et Caprins), qui travaille à l’identification de gènes et de leurs polymorphismes influençant des caractères quantitatifs et des anomalies génétiques chez le mouton et la chèvre et à la compréhension des mécanismes moléculaires afférents.

Dans le cadre du projet PRESAGE : « Préparer la création d’un observatoire des Anomalies Génétiques en Petits Ruminants », l’équipe GenROC étudie le cornage dans la race ovine Noire du Velay. En effet, l’absence de cornes fait partie du standard de la race, mais depuis la mise en place de la sélection sur la résistance à la tremblante, le nombre de béliers « cornus » en station de contrôle individuel s’est fortement accru, au point où il devient difficile de trouver des mâles sans cornes. Au sein du projet, le cornage a également été étudié dans la race Manech Tête Rousse, avec une interaction cette fois avec le phénotype de cryptorchidie. Cependant, des premiers résultats en race Noire du Velay suggèrent que le déterminisme génétique n’est pas similaire et il reste donc à le déterminer.

Vous serez plus particulièrement en charge de :

VOTRE MISSION ET VOS ACTIVITÉS

Vous serez accueilli·e au sein de l’unité GenPhySE (Génétique, Physiologie, et Système d’élevages), une Unité Mixte de Recherche (UMR) située au sud de Toulouse. GenPhySE regroupe plus de 150 personnels travaillant sur des espèces animales d’élevages (porc, mouton, chèvre, lapin, caille, abeille). Vous serez plus particulièrement intégré à l’équipe GenEpi (Génétique et Epigénétique d’espèces animales utilisées en croisement), qui travaille à la dissection moléculaire de la génétique et de l’épigénétique de caractères d’intérêts.
Le réchauffement climatique impose une adaptation des systèmes d’élevages. Un des leviers d’action possible est la sélection génétique d’animaux supportant mieux les périodes de fortes chaleurs. Pour comprendre le déterminisme génétique de l’adaptation à la chaleur chez le porc, nous avons réalisé un croisement ‘back-cross’ entre une race cosmopolite productive (Large White), et une race locale Créole adaptée au climat tropical. Les porcs croisés ont été élevés en climat tempéré ou tropical, dans deux unités expérimentales INRAE. Les porcs élevés en climat tempéré ont de plus subi un stress thermique expérimental. Les porcs ont été intensément phénotypés pour des caractères de production et de thermorégulation, et plusieurs phénotypes intermédiaires ont été obtenus (métabolome sanguin, microbiote fécal, transcriptome sanguin), ainsi que les génotypes mesuré par puce SNP. Le transcriptome sanguin est disponible pour plus de 350 porcs, tous phénotypés et génotypés.

Vous serez plus particulièrement en charge de :

Les probiotiques sont des microorganismes vivants apportant un bénéfice à la santé de l’hôte. Des modèles de lignées cellulaires cultivées in vitro ont classiquement été utilisées pour tester de nouveaux probiotiques et étudier leur mode d’action. Cependant, les lignées cellulaires intestinales présentent des anomalies génomiques et ne sont pas représentatives de la diversité des cellules épithéliales intestinales. Le développement de la culture d’organoïdes intestinaux ouvre de nouvelles possibilités pour étudier les probiotiques avec un modèle plus physiologique. En effet, les organoïdes intestinaux sont produits à partir de cellules souches issues de l’espèce d’intérêt, sont composés de divers types cellulaires et reproduisent certaines des fonctions de l’épithélium intestinal.

Dans ce contexte, nous étudions au laboratoire les effets de nouveaux produits nutritionnels dérivés de probiotiques sur l’épithélium intestinal digestif. Il s’agit de bactéries probiotiques inactivées par des procédés thermiques ou de préparations de parois et d’extraits de cytoplasme de levures probiotiques ou de métabolites. Les effets de ces dérivés de probiotiques sont testés sur des cellules d’organoïdes d’intestin de porcelets cultivés en monocouches. Cette technique de culture permet d’exposer le pôle apical des cellules épithéliales intestinales, mimant ainsi l’exposition in vivo.

Le but du stage sera de caractériser les effets des dérivés de probiotiques à l’échelle cellulaire et moléculaire pour comprendre leur mode d’action sur la fonction de barrière de l’épithélium intestinal (formation de jonctions serrées, sécrétion de peptides antimicrobiens, production de mucus, etc.). Les techniques utilisées seront la culture cellulaire, l’imagerie cellulaire par immunomarquage et microscopie confocale ainsi que la biologie moléculaire pour étudier l’expression de gènes par RT-qPCR.

Contexte

Actuellement, la sélection des animaux de rente est réalisée selon leur potentiel génétique. Des facteurs non génétiques sont aussi transmis de génération en génération (microbiote, épigénétique) et influencent les performances des animaux. Ces facteurs pourraient donc également être utilisés pour sélectionner les futurs reproducteurs. Pour permettre la mise en œuvre de cette stratégie de sélection, un modèle d’analyse des caractères qui prend en compte l’ensemble des facteurs transmissibles (qu’ils soient génétiques ou non) dans l’estimation du potentiel d’un animal à transmettre ses caractéristiques à sa descendance a été développé [1] et appliqué aux données d’efficacité alimentaire de plusieurs espèces [2]. Ce premier modèle ne permet pas de dissocier les différentes sources de transmissibilité et ne tient pas compte de l’influence que l’environnement peut avoir sur la transmission des facteurs non-génétiques. De nouveaux modèles ont donc été développés par notre équipe afin de répondre à ces besoins. Ces derniers doivent maintenant être validés.

Descriptif du stage

Pour valider les nouveaux modèles de transmissibilité, il est nécessaire de s’assurer dans un premier temps que les paramètres de ces derniers sont identifibiables structurellement et pratiquement. Dans un deuxième temps, il faut démontrer l’intérêt de ces modèles par rapport à des modèles plus simples (transmissibilité sans environnement, modèle génétique animal, modèle sans information sur les facteurs non-génétiques). L’étudiant aura en charge de a) démontrer et illustrer l’identifiabilité pratique des paramètres en adaptant les calculs de vraisemblance utilisés pour l’identifiabilité du modèle de transmissibilité sans environnement [1]. b) de réaliser une série de simulations permettant d’appréhender le comportement des modèles dans différentes situations.

Context & Team

Precision farming tools now allow individual and automated tracking of dairy cows and sows. This follow-up, combined with the breeder's observations, can lead to an earlier detection of a large number of events in which a breeder's response is required (calving, health problems, malfunction). The UMR PEGASE validated connected water troughs able to record individual water consumption. From these water consumption data, an analysis method made it possible to detect disturbances related to health, reproduction or technical dysfunction events. This method is more than 95% specific for cows and sows, however its sensitivity is at best around 70% for cows and remains lower for sows (<50%). The objective of this internship is to improve this method of identifying disturbances. The main hypothesis of this internship is that certain variables are dependent on each other (eg amount of water consumption and amount of feed ingested for cows) and that the structure of dependence between these variables will change during a disturbance event. The combined study of the dependent variables should make it possible to improve the sensitivity of our method of identifying disturbances. This internship will be carried out at INRAE UMR PEGASE, Saint-Gilles, in collaboration with UMR GenPhySE from INRAE and will be co-supervised by a nutritionist researcher in cattle breeding (Anne Boudon, PEGASE), a nutritionist-modeler researcher in pig breeding (Charlotte Gaillard, PEGASE) and a statistician researcher (Tom Rohmer, GenPhySE). A follow-up committee of the internship will bring together researchers competent in the physiological regulations of water consumption and in the processing of dynamic data in livestock.

Missions

Contexte :
La production du foie gras en France s’appuie à 95 % sur le canard mulard, qui est un hybride intergénérique entre une cane commune (Anas platyrhynchos) de race Pékin et un mâle de Barbarie (Cairina moschata). La sélection est donc un processus lourd nécessitant la mesure (élevage, gavage et abattage) de mulards afin d’indexer les candidats à la sélection Pékin ou Barbarie (les demi-frères et sœurs des mulards). Des critères de sélection mesurables directement sur les candidats sont donc particulièrement recherchés. Par ailleurs, dans la filière du canard gras, comme pour la plupart des espèces domestiques, l’alimentation représente 2/3 des coûts de production. Par conséquent, l’amélioration de l’efficacité alimentaire en lien avec la production de foie gras est un enjeu pour la filière. Un programme expérimental a donc été conduit afin de caractériser les comportements et l’efficacité alimentaire des animaux en utilisant des mangeoires automatiques qui enregistrent la consommation et pèsent l’animal à chaque visite. Ce programme a permis d’estimer des premiers paramètres génétiques, à l’échelle de l’expérimentation (5 semaines consécutives). Un degré supplémentaire de finesse est attendu avec une analyse longitudinale pour constater l’évolution des paramètres au cours du temps. Parallèlement il s’agira également d’étudier l’impact de perturbations clairement identifiées (épointage du bec réalisé pour prévenir le picage) sur la prise alimentaire afin de caractériser la résilience des animaux et sa variabilité au sein de la population.

Context
Studies in Human and animals have shown that aligning feed intake with the day/night cycles is necessary for optimum energetic metabolism, sleep and well-being. This results from the molecular components of the circadian clock, which are endogenous and autonomous oscillators of physiological activities that developed with evolution. Then, organisms can anticipate and adapt to variations of day/night cycles (temperatures, access of feed, etc.). Ad libitum access to feed shows individual variability in feeding rhythms, that generates variability in individual metabolism. Recording all feeding events in pigs raised in groups with free access to feed is possible: animals are equipped with electronic transponders on one ear, to record their ID when they visit the feeding station that weights and records every feed intake. Therefore, the complete feeding pattern can be described daily, quantitatively and temporarily, for groups and individuals. Such individual data have been recorded since 1999 in two lines of pigs divergently selected for feed efficiency, representing about 4000 pigs (Gilbert et al., 2017). This selection generated a difference of daily feed intake between the lines of 400g/d (1.9kg/d versus 2.3kg/d, difference equal to 1.7 standard deviation). These lines thus have different motivations for spontaneous feed intake as a result of selection. In a previous study, we showed that selection affected some of the feeding patterns, with pigs eating less having larger and faster meals (Meunier-Salaün et al., 2014). The objective of this internship will be to evaluate the changes of the temporal distribution of feeding patterns during the selection process and test 1. If there is a relationship between feed efficiency and feeding rhythm, 2. If this relationship has been affected by selection.

Co-encadrant:
Christelle Knudsen
Sylvie Combes

Contexte de travail Les interactions entre le microbiote digestif et le système immunitaire durant le jeune âge jouent un rôle fondamental dans la mise en place de la santé digestive et son maintien au cours du temps. Au début de la vie, l’ingestion des oligosaccharides du lait par le nouveau-né contribuent à la maturation du microbiote par la sélection des bactéries bénéfiques et la production de métabolites bactériens favorables à l’hôte (Bode and Jantscher-Krenn, 2012). Chez l’homme, les oligosaccharides du lait jouent également un rôle direct sur le développement du système immunitaire inné et acquis. En élevage, piloter l’immunité digestive, et les interactions hôte-microbiote, vers un système fonctionnel et mature constitue un enjeu clé pour construire la santé et réduire les troubles digestifs péri-sevrage. S’appuyant sur les avancées en santé humaine, le stage proposé vise à évaluer l’impact fonctionnel des oligosaccharides du lait sur la co-maturation du microbiote et du système immunitaire chez le lapin par une approche in-vitro.

Encadrant :
Martin Beaumont Tél. : 05 61 28 51 85

RENSEIGNEMENTS SUR L’EQUIPE D'ACCUEIL
Intitulé: Nutrition et Ecosystèmes Digestifs
Responsable(s) : Annabelle Meynadier
Laboratoire ou entreprise : UMR GenPhySE, Toulouse
Site web : Equipe NED