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Acute hyperthermia and hypoxia resistances of 6 isogenic lines of rainbow trout at early and late ages
No full textThe datasets are 1) the resistance phenotypes of 6 isogenic lines of rainbow trout challenged to acute hypoxia stress at an early stage (182-187 days post-hatching), 2) the resistance phenotypes of 6 isogenic lines of rainbow trout challenged to acute hyperthermia stress at an early stage (182-187 days post-hatching), 3) the resistance phenotypes of 6 isogenic lines of rainbow trout challenged to acute hypoxia stress at a late stage (455-460 days post-hatching), and 4) the resistance phenotypes of 6 isogenic lines of rainbow trout challenged to acute hyperthermia stress at a late stage (455-460 days post-hatching). The environmental conditions during resistance phenotyping are also given in each of the 4 datasets. Resistance phenotypes were measured as the time before loss of equilibrium.
All the information about the rearing and the phenotyping of isogenic lines are provided in the open-access article:
"Lagarde, H., Phocas, F., Pouil, S., Goardon, L., Bideau, M., Guyvarc’h, F., Labbé, L., Dechamp, N., Prchal, M., Dupont-Nivet, M., Lallias, D., 2023. Are resistances to acute hyperthermia or hypoxia stress similar and consistent between early and late ages in rainbow trout using isogenic lines? Aquaculture 562, 738800. https://doi.org/10.1016/j.aquaculture.2022.738800
Towards the identification of the functions involved in the ability of different rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) genotypes to survive and grow with a total plant-based diet.
No full textDans le contexte du développement spectaculaire de l’aquaculture, les farines et huiles de poissons, qui étaient les composantes principales des aliments aquacoles, ont progressivement été remplacées par des mélanges de produits végétaux. Cependant, le remplacement total n’est pas encore possible sans dégrader les performances des poissons (croissance et survie). Pour continuer son développement durable, l’aquaculture doit davantage s'affranchir de ces matières premières. Une voie de progrès possible est l'utilisation de la variabilité génétique existante dans les populations de truites pour la capacité à survivre et grandir avec des aliments à base de végétaux (Aliments V). Cependant très peu d'études se sont intéressées aux mécanismes mis en place par certains génotypes pour utiliser plus efficacement ces aliments. L'objectif de la thèse était d'étudier les caractéristiques à l'origine d'une meilleure utilisation des aliments V chez différents génotypes de truite arc-en-ciel (trois lignées isogéniques et lignée sélectionnée). L'originalité de ce travail repose sur l'étude de la réponse de différentes lignées à un aliment 100 % V, en combinant des approches de physiologie nutritionnelle et de biologie moléculaire sans a priori ou ciblées. Ainsi les transcriptomes de trois lignées isogéniques, ayant des performances contrastées lorsqu'elles sont nourries avec des aliments V, ont été comparés à court et long terme. Puis des caractères liés à la nutrition, ainsi que l'expression de certains gènes, identifiés grâce à l'étude transcriptomique, ont été étudiés chez une lignée sélectionnée pour sa capacité à survivre et grandir avec un aliment V. Les résultats obtenus ont permis de conclure que l'acceptation de l'aliment V joue un rôle clef, notamment lors des stades précoces. Les résultats obtenus mettent également en avant le rôle prépondérant de la composante immunitaire qui est impactée différemment en fonction des génotypes. Finalement, après 6 mois d'alimentation, alors que le métabolisme des lipides participe à expliquer les différences d’utilisation de l’aliment V chez les lignées isogéniques, il ne parait pas déterminant chez la lignée sélectionnée. Globalement, nos résultats suggèrent l'existence d'une grande diversité de mécanismes dans les populations de truites leur permettant de survivre et grandir avec un aliment à base de végétaux dépourvu de farine et huiles de poisson.In the context of the exponential development of aquaculture, fish meal and oils, previously the main components of aquaculture feed, have been increasingly replaced by a blend of plant products. However, total replacement is not yet possible without impairing fish performance (survival and growth). To continue its sustainable development, aquaculture must further decrease its reliance on both fish oil and fish meal. In addition to the changes in diet composition, a possible way forward is the use of the genetic variability for the ability to survive and grow with plant-based diets (V diets) existing in trout populations. However, very few studies have investigated the mechanisms implemented by some genotypes to use these diets more efficiently. The objective of this thesis was to study the characteristics that led to a better utilisation of V diet in different rainbow trout genotypes. The originality of this PhD work relies on the genetic rainbow trout lines whose responses to a 100% V diet were studied by combining nutritional physiology and molecular biology with or without a priori approaches. Thus, the transcriptomes of three isogenic lines, which have contrasting performances when fed V diets, were compared at short and long term. Then nutrition-related traits, as well as the expression of some genes identified through the transcriptomics analysis, were studied in a line selected for its ability to survive and grow with a V diet. The results obtained led to the conclusion that the acceptance of V diets plays a key role, particularly in the early stages. The results also highlight the essential role of the immune system, which is impacted differently according to genotypes. Finally, after 6 months of feeding, while lipid metabolism seems to play a role in the differences between genotypes for their ability to efficiently utilize the V diet, this pathway does not appear to play a determinant role in the selected line. Overall, our results suggest that there are a wide variety of mechanisms allowing trout to survive and grow with a total plant-based diet, devoid of both fish meal and oils
Researching components of resistance to acute hyperthermia and hypoxia in rainbow trout, for selection purposes
No full textLe changement climatique a pour conséquence une augmentation en fréquence et en intensité des pics hyperthermiques et hypoxiques dans les fermes aquacoles. Cela induit retard de croissance, susceptibilité accrue aux maladies et hausse de la mortalité. La truite arc-en-ciel, principale espèce piscicole élevée en France, est un poisson d'eau froide et oxygénée, particulièrement sensible à la qualité d'eau. La sélection génétique des résistances à l'hyperthermie et à l'hypoxie aiguës est une solution prometteuse pour réduire la vulnérabilité des fermes trutticoles au changement climatique. Cependant les connaissances sur le déterminisme génétique de ces résistances sont encore trop parcellaires pour envisager une sélection optimisée de celles-ci. De plus, les protocoles de phénotypage des résistances sont encore très globaux et sont des procédures classées sévères par les comités d'éthique français. Une compréhension plus fine des phénotypes de résistances à l'hyperthermie et l'hypoxie aiguës permettrait de mieux comprendre les mécanismes sous-jacents et le développement de critères de sélection indirects dont les procédures de mesure seraient moins sévères. Les architectures génétiques des résistances à l'hyperthermie et à l'hypoxie aiguës ont été étudiées séparément sur des populations commerciales de truite arc-en-ciel françaises. Les estimations des paramètres génétiques des résistances et des corrélations génétiques avec les principaux caractères de production démontrent la faisabilité de l'amélioration génétique des résistances. Le déterminisme génétique des résistances est clairement polygénique mais plusieurs gènes candidats fonctionnels ont été identifiés. Des études supplémentaires, à l'aide de six lignées isogéniques caractérisées pour leurs résistances à l'hyperthermie et à l'hypoxie aiguës, ont permis de montrer que les résistances semblent être des phénotypes globalement stables avec l'âge des poissons et que les liens génétiques entre résistance à l'hyperthermie aiguë et résistance à l'hypoxie aiguë sont ténus. Les six mêmes lignées isogéniques ont été phénotypées pour des paramètres comportementaux et physiologiques avant ou après un stress hyperthermique modéré. Leur niveau d'activité est lié positivement avec la résistance à l'hyperthermie aiguë et négativement avec la résistance à l'hypoxie aiguë. Les lignées résistantes à l'hyperthermie aiguë semblent avoir une stratégie d'allocation de l'énergie différente de celle des lignées sensibles lors d'une montée en température. Ces résultats permettent d'envisager de nouvelles pistes de compréhension des mécanismes sous-jacents aux résistances et le développement de critères indirects de sélection.Climate change is leading to an increase in the frequency and intensity of hyperthermic and hypoxic events in aquaculture farms. This leads to stunted growth, increased susceptibility to diseases and higher mortality. Rainbow trout, the main fish species farmed in France, is a coldwater fish that is particularly sensitive to water quality, including temperature and oxygen availability. Genetic selection for resistance to acute hyperthermia and hypoxia is a promising solution for reducing the vulnerability of trout farms to climate change. However, knowledge of the genetic determinism of these resistances is still too fragmented to envisage optimized selection. Moreover, resistance phenotyping protocols are still very global, and procedures are classified as severe by French ethics committees. A more detailed understanding of the phenotypes of resistance to acute hyperthermia and hypoxia would enable a better understanding of the underlying mechanisms, and the development of indirect criteria whose measurement procedures would be less stressful. Genetic architectures of resistance to acute hyperthermia and hypoxia were studied separately in French commercial populations of rainbow trout. Estimates of genetic parameters of resistance traits and genetic correlations with key production traits demonstrate the feasibility of genetic improvement of resistance traits. Genetic determinism of resistance traits is clearly polygenic, but several functional candidate genes were identified. Further studies, using six isogenic lines characterized for their resistance to acute hyperthermia or hypoxia, showed that these resistances seem to be globally stable traits with fish age, and that genetic links between resistance to acute hyperthermia and resistance to acute hypoxia are tenuous. The same six isogenic lines were phenotyped for behavioral and physiological parameters before or after moderate hyperthermic stress. Their activity levels were positively correlated with resistance to acute hyperthermia, and negatively correlated with resistance to acute hypoxia. Lines resistant to acute hyperthermia seem to have a different energy allocation strategy compared to sensitive lines during temperature increase. These results open up new possibilities for understanding the mechanisms underlying resistance traits
Interest and optimization of genomic selection for rainbow trout
No full textLes programmes de sélection trutticoles français utilisent depuis 2004 une sélection généalogique avec des pedigrees établis par marquage moléculaire et des performances mesurées sur un à deux milliers de collatéraux des candidats à la sélection. La sélection génomique (SG) s’impose comme une évolution évidente si elle peut être mise en œuvre de manière techniquement et économiquement efficace. Un premier outil de génotypage à moyenne densité (MD) incluant 57000 marqueurs étant disponible depuis 2015, l’objet de la thèse était d’évaluer l’intérêt de la SG pour trois lignées françaises de truite arc-en-ciel. Un préalable était d’évaluer si la densité de la puce MD était suffisante pour que le déséquilibre de liaison entre marqueurs successifs permette une SG efficace au regard de la diversité génétique des lignées françaises. Les tailles efficaces des lignées ont été estimées à des valeurs de 50 à 70 et le déséquilibre de liaison entre marqueurs successifs à des valeurs (r²~0,30) compatibles avec une bonne efficacité de la SG. Ces résultats ont été confirmés par des études de validation croisée de la précision de la SG pour divers caractères de reproduction, résistance à la nécrose pancréatique infectieuse (NPI), croissance, rendement de découpe et qualité de la chair. Avec des héritabilités estimées limitées (NPI) à fortes (poids éviscéré et étêté), tous ces caractères sont très polygéniques : peu de régions génomiques expliquent plus de 1% de la variance génétique et aucune région à effet majeur (> 10% de la variance) n’a été identifiée. Les résultats obtenus permettent de conclure à une précision de la SG supérieure de 10 à 37% (selon les caractères étudiés) par rapport à la sélection basée sur le pedigree. Ils ouvrent des pistes pour l’optimisation économique de l’investissement en SG par utilisation de puces à plus basse densité permettant d’obtenir une précision de la SG proche de celle obtenue en MD (perte d’efficacité 10% of the variance) has not been identified. The results obtained make it possible to conclude on an accuracy of GS superior of 10 to 30% (ac-cording to the studied traits) compared to the selec-tion based on the pedigree. They open up avenues for reflection on an economic optimization of GS by using low density chips to obtain a GS accuracy close to that obtained in MD (loss of efficiency <5% above 6000 markers) and reduction in the number of phenotyped sibs. Indeed, 700 sibs of the candi-dates for selection seem sufficient to obtain accura-cy of GS superior to the pedigree-based one. French breeding companies can therefore imple-ment a technically efficient and quickly profitable GS in rainbow trout
Point de vue de généticiens: Exemple de l'adaptation aux aliments végétaux chez les poissons
No full textInternational audienc
Conclusion du séminaire races rustiques : quelques réflexion à chaud
No full textInternational audienc
Detection of new pathways involved in the acceptance and the utilisation of a plant-based diet in isogenic lines of rainbow trout fry.
No full textTo meet the growing demand of fish feed for aquaculture, an increasing proportion of marine ingredients are being replaced by blends of plant products. However, the total replacement of marine ingredients in salmonid diets impairs fish performance. This is particularly true during the early fry stage and this stage is therefore considered of particular importance. In rainbow trout (RBT), the existence of a genetic variability to survive and grow with plant-based diets devoid of marine ingredients has now been proved, but the mechanisms behind are little studied especially at early stage. To investigate these, we analysed the whole transcriptome of three isogenic lines of RBT fry, which have similar growth when fed a marine resources-based diet (M diet) but which highly differ in their responses to a plant-based diet (V diet). Analysis of transcriptomes profiles revealed 1740, 1834 and 246 probes differentially expressed among the three genotypes when fed the V diet. The use of these lines led to the discovery of potential molecular markers linked to plant-based diet utilisation, some of them belonging to new pathways, never described before. An important number of genes
was related to immunity, but further investigations are needed to better understand the difference
between the genotypes in their immune status response to V diet exposure. Finally, differences in expression of genes related to feed intake and sensory perception among genotypes suggested that the mechanisms underlying the differences in growth on plantbased diet are closely linked to diet acceptance. Research on plants components affecting feed intake should be thus further explored
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