Etude des interactions phénotypiques et génétiques entre la vache Holstein et ses microbiotes

Study on the phenotypic and genetic interactions between the Holstein cow and its microbiotas.

• Auteur / Autrice : Louise Brulin
• Direction : Pascal Croiseau, Jordi Estellé, Marie-Pierre Sanchez, Christophe Audebert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génétique animale
• Date : Soutenance le 27/01/2025
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Agriculture, alimentation, biologie, environnement, santé (Paris ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Génétique animale et biologie intégrative (Jouy-en-Josas,Yvelines ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : AgroParisTech (France ; 2007-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Biosphera (2020-….)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Genetics for Bovine Sustainability (GBOS)
• Jury : Président / Présidente : Xavier Rognon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascal Croiseau, Tom Druet, Annabelle Meynadier, Milka Popova, Renaud Rincent, Sebastien Ducrocq
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Tom Druet, Annabelle Meynadier
• DOI : 10.70675/17cd7aabz748cz472ez8a42z15e11069b8b5

Mots clés

Mots clés contrôlés

Métabarcoding

Fèces

Interactions hôte-microbes

Mots clés libres

Microbiote

Prédiction

Génétique quantitative

Bovin

Interactions

Microbiota

Prediction

Quantitative genetics

Cattle

Interactions

Résumé

Le microbiote désigne l'ensemble des microorganismes vivant dans un environnement donné. Des communautés ont ainsi colonisé certains organes d'êtres vivants. Le développement des méthodes de séquençage à haut débit permet aujourd'hui de revisiter nos connaissances sur ces écosystèmes microbiens. De nombreux travaux ont mis en évidence les multiples effets du microbiote, en particulier digestif, sur les phénotypes de l'hôte. Chez les animaux d'élevage, de premiers indices ont fait du microbiote un axe de recherche incontournable pour répondre aux défis économiques et sociétaux auxquels sont confrontés les systèmes agricoles (santé et bien-être animal, préservation de l'environnement, efficience productive).Cette thèse, réalisée en partenariat CIFRE entre Gènes Diffusion et l'UMR1313 GABI (Université Paris-Saclay, INRAE, AgroParisTech), vise à améliorer les connaissances actuelles sur les microbiotes vaginaux et fécaux de la vache laitière, à partir d'échantillons prélevés sur des animaux de race Holstein élevés en fermes commerciales. Les bactéries et archées de 1 171 frottis vaginaux et 1 875 échantillons fécaux ont été caractérisées par le séquençage du gène ARNr 16S.Cette thèse est structurée en trois parties. Dans un premier temps, l'influence de facteurs non-génétiques (gestion du troupeau, parité, saison) sur ces deux écosystèmes de bactéries et d'archées a été estimée grâce aux concepts d'α- et de β-diversités. Des associations entre ces indices de diversité et les performances de l'animal ont révélé des associations phénotypiques d'intérêt, renforcées par les résultats des analyses d'abondance différentielle. Certains taxons ont en effet montré des liens particuliers avec les caractères de production, de fertilité et de santé de la vache laitière . Dans un second temps, des analyses génétiques menées sur la diversité et la composition de ces deux microbiotes ont révélé une composante génétique significative. En outre, les fortes corrélations génétiques entre les abondances de certains taxons, mais également avec les performances de la vache, ont renforcé l'idée d'un réseau complexe liant les membres de ces communautés microbiennes entre eux, et avec l'hôte. Des analyses d'associations au niveau du génome entier (GWAS pour Genome Wide Association Study) ont permis d'identifier des régions du génome de l'hôte influençant la composition des microbiotes. Une collaboration avec l'équipe QGG de l'Université d'Aarhus (Danemark) a révélé certains gènes candidats dont l'expression pourrait moduler ces communautés. Enfin, la dernière partie de cette thèse propose des approches nouvelles afin d'intégrer les informations du microbiote fécal dans les équations de prédiction en sélection. Des analyses ont montré l'intérêt d'inclure une composante microbiote dans les modèles de prédiction des caractères de la vache laitière, en plus de la génétique et de l'environnement.Les résultats de cette thèse ont non seulement permis d'approfondir les connaissances sur les microbiotes vaginal et fécal de la vache Holstein, mais offrent de nouvelles perspectives d'utilisation et d'appréhension de ces nouvelles données dans la filière laitière.

The microbiota refers to the microorganisms living in a given environment. Certain communities have colonized specific organs of living organisms. The development of high-throughput sequencing methods now allows us to revisit our knowledge of these microbial ecosystems. Numerous studies have highlighted the multiple effects of the microbiota, particularly the intestinal microbiota, on host phenotypes. In livestock, initial evidence has made the microbiota a crucial research focus to address the economic and societal challenges facing agricultural systems (animal welfare, environmental preservation).This thesis, conducted in partnership with Gènes Diffusion and the UMR1313 GABI (Université Paris-Saclay, INRAE, AgroParisTech), aims to improve current knowledge of the vaginal and digestive microbiota of dairy cows, based on samples taken from Holstein cows reared on commercial farms. Bacteria and archaea from 1,171 vaginal swabs and 1,875 fecal samples were characterized by 16S rRNA gene sequencing. This thesis is divided into three main parts.Firstly, the influence of non-genetic factors (herd management, parity, season) on these two bacterial and archaeal ecosystems was estimated using the concepts of α- and β-diversities. Associations between these diversity indices and animal performance revealed phenotypic associations of interest, confirmed by the results of differential abundance analyses. Certain taxa were particularly associated with production, fertility, and health traits of dairy cows. Secondly, the genetic determinism of fecal and vaginal microbiota was investigated, revealing a significant genetic component in the diversity and composition of these two microbiotas. Moreover, strong genetic correlations between the abundance of certain taxa, and with the cow's phenotypes, reinforced the idea of a complex network linking the members of these microbial communities together and with the host. Genome-wide association studies (GWAS) identified regions of the host genome influencing the composition of the microbiota. Collaboration with the QGG team at the University of Aarhus (Denmark) revealed certain candidate genes whose expression could modulate these communities. Finally, the last part of this thesis proposes approaches to integrate fecal microbiota information into prediction equations. Analyses demonstrated the interest of including the microbiota data in prediction models, in addition to genetic and environmental components.The results of this thesis have not only deepened our knowledge of the vaginal and fecal microbiota of Holstein cows, but also offer new perspectives for the use and understanding of these new data in the dairy industry.