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Evaluation of protein metabolism as a determinant of individual variations in feed efficiency in fattening cattle
No full textLe turnover protéique correspond au taux de synthèse et de dégradation protéique ne donnant pas lieu à un changement de masse protéique mais servant à renouveler les protéines corporelles, ce qui est vital pour l’entretien et la survie des animaux. Néanmoins, ce mécanisme impacte fortement les dépenses énergétiques de l’animal ainsi que l’utilisation métabolique de l’azote. Le turnover protéique a été suggéré comme étant un déterminant majeur des variations inter-individuelles de l’efficience alimentaire (EA) chez le ruminant. Les animaux de rente les plus efficients seront ceux qui adoptent une stratégie conduisant à un faible turnover protéique mais probablement en détriment de leur robustesse. Le travail de thèse vise à i) évaluer à l’échelle individuelle le lien existant entre le taux de transfert de l’azote alimentaire dans le gain [efficience d’utilisation de l’azote (EUA): N retenu/N ingéré] et le classement des animaux selon différents indices d’EA, ii) étudier l’effet du classement de l’ingéré résiduel (IR) des animaux sur le métabolisme et le turnover protéique, la composition corporelle et les dépenses énergétiques et iii) analyser les mécanismes moléculaires mis en jeu dans les différences de turnover protéique observées. Cette étude a été réalisée chez des taurillons Charolais alimentés avec deux régimes d’engraissement contrastés (riche en amidon vs riche en fibre) au cours de deux études différentes. Dans la première, l’EUA a été évaluée à travers un biomarqueur plasmatique (δ15N) sur 600 jeunes bovins. Dans la deuxième étude l’IR a été évalué sur 100 jeunes bovins phénotypés avec les deux mêmes régimes contrastés après un premier test d’EA. Les 32 animaux les plus extrêmes (8 efficients vs 8 inefficients par régime) ont été sélectionnés pour réaliser des mesures de turnover protéique avec des méthodes de référence (excrétion urinaire de 3-méthyl-histine) ou indirectes (turnover isotopique). La rétention d’azote a été mesurée chez les animaux extrêmes à partir des résultats de bilan d’azote réalisé en stalle de digestibilité (10 j) et à partir de la composition corporelle déterminée au début du test d’EA et à l’abattage. La dépense énergétique a été estimée d’après la consommation d’oxygène mesurée par Greenfeed® sur les animaux extrêmes. Enfin les tissus musculaires et hépatiques prélevés à l’abattoir ont été analysés par western-blot et analyses enzymatiques afin d’évaluer les voies moléculaires impliquées dans la synthèse et la dégradation protéique. Avec l’utilisation du δ15N plasmatique, une corrélation négative a été démontrée entre l’EUA et les valeurs d’IR quel que soit le régime utilisé. Les animaux les moins efficients selon l’IR semblent plus gaspiller l’azote alimentaire que les animaux les plus efficients quel que soit le régime alimentaire utilisé. Ce lien a été ensuite confirmé avec un sous-dispositif d’animaux extrêmes sur l’IR lorsque la rétention azotée a été estimée à partir des données de composition corporelle, mais pas en revanche à partir du bilan d’azote. La plus grande EUA des animaux efficients a été accompagnée d’une dépense énergétique plus faible, d’une taille du rumen plus petite et d’un rendement carcasse plus élevé avec une forte proportion de muscle dans la carcasse. Cependant, des tendances numériques observées avec les deux dispositifs expérimentaux suggèrent une plus forte relation entre l’EUA et l’IR chez des animaux nourris avec un régime riche en amidon comparé à un régime riche en fibre. Le turnover protéique pourrait être à l’origine de cette relation régime-dépendant entre l’IR et l’EUA. Ainsi, les animaux efficients selon l’IR ont présenté un turnover protéique plus faible, en termes de dégradation protéique du muscle squelettique, que les animaux inefficients mais seulement avec le régime riche en amidon. (...)Protein turnover is the rate of protein synthesis and degradation that does not result in a change in protein mass but serves to renew body proteins, which is vital for the maintenance and survival of animals. Nevertheless, this mechanism strongly impacts the energy expenditure of the animal as well as the metabolic use of nitrogen. Protein turnover has been suggested as a major determinant of inter-individual variation in feed efficiency (FE) in ruminants. The most efficient livestock will be those that adopt a strategy leading to low protein turnover but probably at the expense of their robustness. The aim of this study is to i) evaluate at the individual level the link between the rate of transfer of dietary N into gain [N use efficiency (NUE): retained N/intake N] and the ranking of animals according to different indices of FE, ii) study the effect of the ranking of residual feed intake (RFI) of animals on metabolism and protein turnover, body composition and energy expenditure and iii) analyze the molecular mechanisms involved in the observed differences in protein turnover. This study was carried out in Charolais bulls fed two contrasting fattening diets (high starch vs. high fiber) in two different studies. In the first study, protein efficiency was assessed through a plasma biomarker (δ15N) in 600 young cattle. In the second study FE was evaluated on 100 young cattle phenotyped with the same two contrasting diets after an initial FE test. The 32 most extreme animals (8 efficient vs 8 inefficient per diet) were selected to measure protein turnover using reference (urinary 3-methyl-histine excretion) or indirect (isotope turnover) methods. Nitrogen retention was determined in extreme animals from nitrogen balance data performed in digestibility stall (10 d) and from body composition determined at the beginning of the EA test and at slaughter. The energy expenditure was estimated from the oxygen consumption measured by Greenfeed® on the extreme animals. Finally, muscle and liver tissues collected at slaughter were analyzed by western-blot and enzymatic analyses to evaluate the molecular pathways involved in protein synthesis and degradation. With the use of plasma δ15N, a negative correlation was demonstrated between NUE and RFI values regardless of the diet used. The least efficient animals by RFI appeared to waste more dietary N than the most efficient animals regardless of diet used. This link was then confirmed with a sub-set of extreme animals on RFI when nitrogen retention was estimated from body composition data, but not from nitrogen balance. The improved NUE of efficient animals was accompanied by lower energy expenditure, smaller rumen size and higher carcass yield with a higher proportion of muscle in the carcass. However, numerical trends observed with both experimental set-ups suggest a stronger relationship between NUE and RFI in animals fed a high starch diet compared to a high fiber diet. Protein turnover could be at the origin of this diet-dependent relationship between RFI and NUE. Thus, the RFI-efficient animals showed a lower protein turnover, in terms of skeletal muscle protein breakdown, than the inefficient animals but only on the high starch diet. A contrasted, but probably also faster, absorption of glucogenic nutrients between the two diets seems to be responsible for a very different insulin response, a key signal of the activation state of the molecular pathways of protein synthesis and degradation. The results of this thesis support the hypothesis that protein metabolism is slowed down but more efficient in animals that are efficient in their residual feed intake when fed starch-rich diets
Dynamic prediction of the carcass composition based on the metabolism of absorbed nutrients : towards an evolution of the dietary recommendations of young bulls
No full textLe système INRA d’alimentation des Ruminants prédit les réponses de l’animal à des variations d’apports d’aliments ingérés. Toutefois, il évalue mal l’influence de l’alimentation sur la qualité des productions, et en particulier la qualité de la carcasse de bovins dont dépend le paiement des animaux aux producteurs. Pour un type d’animal donné, les poids et composition de la carcasse en lipides et protéines sont prédits par le modèle MECSIC (Hoch et Agabriel, 2004) à partir de l’énergie métabolisable ingérée calculée selon le système INRA de valeur énergétique des aliments et des rations. Or une étude bibliographique suggère que la composition des dépôts dépend aussi pour partie de la composition des rations qui détermine la nature des produits terminaux issus de la digestion des rations et le devenir métabolique des nutriments. Pour tester cette hypothèse, l’objectif fut d’étudier l’effet de la nature de la ration à même quantité énergie métabolisable (EM) ingérée sur la composition des dépôts et de la carcasse. Cet objectif est ciblé sur les bovins mâles en croissance. Les étapes principales de la thèse ont consisté à i) construire une base des données à partir des publications internationales traitant des effets de la variation des rations ingérées sur la composition de la carcasse chez les jeunes bovins, ii) explorer les relations entre la composition de la carcasse et la composition de la ration et sa métabolisabilité. La constitution de la base de données a montré que la composition de la carcasse n’est mesurée que dans 20% des publications, les 80% restantes l’ayant évalué par des mesures indirectes (index USA de rendement de viande, épaisseur de gras sous cutané, persillé, surface de muscle…) qui ne sont pas reliées entre elles. Une étape de recherche préliminaire a été mise en place pour quantifier par méta-analyse les relations entre mesures directes et indirectes de la composition de la carcasse dans le but d’utiliser le maximum de publications pour la suite de la thèse. Nous avons montré que seuls deux indicateurs (index USA de rendement de viande et épaisseur de gras sous-cutané) reflètent correctement la composition de la carcasse et peuvent être utilisés pour établir les lois de variation de sa qualité selon les conditions d’alimentation. Une autre méta-analyse a permis d’explorer à niveaux d’ingestion d’EM similaires, les réponses marginales des dépôts de lipides et protéines dans la carcasse, à des variations strictes de teneurs de la ration en EE, PDI, NDF ou du rapport Amidon/NDF, tout en considérant sa métabolisabilité (q=EM/EB). L’accroissement du rapport Amidon/NDF augmente la teneur en lipides des carcasses mais en deçà d’un seuil de métabolisabilité de la ration de 0,65, i.e. si les rations ont plus de 36% de fourrages. Au-delà de ce seuil, qui correspond à un rapport Amidon/ NDF minimal voisin de 2, il n’y a plus d’effet. Ainsi à même EMI, la composition du gain (et donc l’énergie nette déposée) ne varierait pas linéairement avec la métabolisabilité q de la ration. De plus la teneur en PDI augmente significativement la proportion de lipides de la carcasse (et réduit celle des protéines), surtout si le niveau global d’apports de PDI est limité et ne dépasse pas 2,5 fois les besoins d’entretien en PDI. La teneur en EE a peu d’effets. Ces caractéristiques de ration conduisent à des profils de nutriments (rapport entre nutriments glucogéniques et cétogéniques, azote-alpha-aminé) qui sont aussi discriminants pour la composition de la carcasse. Nos résultats suggèrent qu’il faut considérer les effets de la nature de la ration dans la modélisation de la composition de la carcasse des bovins selon l’EM ingérée. Cela pourra faire l’objet d’une modification significative du modèle de croissance (MECSIC) pour améliorer son pouvoir prédictif.The INRA feeding system for Ruminants predicts the animal's responses to changes in feed intake. However, it poorly evaluates the influence of feed intake on the quality of productions, and in particular the quality of bovine carcass, on which the payment of animals to the producers depends. For a given type of animal, the carcass weight and its composition in lipids and proteins are predicted by the MECSIC model (Hoch and Agabriel, 2004) from the intake of metabolizable energy calculated from the INRA energy system. However, a literature review suggests that the composition of the depots also partly depends on the composition of the rations, which determines the nature of the digestion end products, and the metabolic fate of the nutrients. To test this hypothesis, the objective was to study the effects of the nature of the ration at similar metabolizable energy intake (MEI) on the composition of the carcass. This study is targeted to growing male cattle. The main steps of the thesis consisted of (i) building a database based on international publications on the effects of dietary intake on carcass composition in young cattle, (ii) exploring the relationships between carcass composition and the composition and metabolisability of the ration. The database showed that the composition of the carcass was measured in only 20% of the publications; the remaining 80% evaluated it by indirect measurements (USA yield grade, fat thickness, marbling, ribeye area ...). A preliminary research step was developed to quantify by meta-analysis the relationships between direct and indirect measurements of carcass composition in order to use the maximum number of publications for the rest of the thesis. We have shown that only two indicators (USA yield grade and fat thickness) correctly reflect the composition of the carcass and can be used to establish the response equations of carcass quality to dietary conditions. Another meta-analysis explored the marginal responses of lipid and protein depots in the carcass to strict variations in the dietary concentrations of EE, PDI, NDF or of the starch / NDF ratio, while considering its metabolisability (q = EM / EB). An increase in the starch / NDF ratio increases the lipid content of the carcasses but below a metabolizability threshold of 0.65, i.e. when rations contain more than 36% fodder. Beyond this threshold, which corresponds to a minimum starch / NDF ratio close to 2, there is no longer any effect. Thus, at similar MEI, the composition of the gain (and therefore the net energy deposited) does not vary linearly with the metabolisability q of the diet. Furthermore, the PDI content significantly increases the proportion of carcass lipids (and reduces that of proteins), especially if the overall level of PDI intake is limited and does not exceed 2.5 fold the maintenance requirements in PDI. The dietary EE content has little effect. These diet characteristics result in nutrient profiles (glucogenic / ketogenic ration, alpha-amino-N) which also discriminate carcass composition. Our results suggest that the effects of the nature of the ration should be considered when modeling the carcass composition of bovine animals from MEI. This should lead to significant changes in the MECSIC growth model to improve its predictive power
Contribution of nutrient fluxes to the evolution of the net energy systems, example of the INRA feeding system for beef cattle
No full textContribution of nutrient fluxes to the evolution of the net energy systems, example of the INRA feeding system for beef cattl
Mesure des débits splanchniques par dilution de marqueur : comparaison de quatre méthodes de dosage de l'acide para-amino-hippurique
No full textInternational audienc
Dépenses, efficacité métabolique et besoins en énergie
No full textPartie 2 : Les besoins des animaux et leurs réponses aux rationsNational audienc
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Get PDFThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Ryegrass-based diet and barley supplementation : Partition of energy-yielding nutrients among splanchnic tissues and hind limbs in finishing lambs
No full textSplanchnic metabolism of energy-yielding nutrients and their uptake by the hind limb were studied in finishing lambs receiving ryegrass harvested at grazing stage (ear at 10 cm) with or without barley supplementation. Six ruminally cannulated and multi-catherized lambs (40.2 +/- 1.5 kg) were fed with frozen ryegrass (RG) at 690 kJ of metabolizable energy intake (MEI).d(-1).BW-0.75 successively with and without barley supplementation (RG + B), according to a triplicated Latin square design. Barley supplementation represented 21% of DM intake and increased the MEI by 32% (P < 0.002). In ruminal fluid, barley supplementation increased the acetate and butyrate concentrations by 21.2 and 49.6%, respectively (P < 0.04), without modifying those of propionate. Thus, molar proportions of acetate and butyrate were not modified, and those of propionate tended (P < 0.06) to decrease from 26 to 23%. As a result, the net portal appearance of propionate was not modified. Net portal appearance of butyrate and beta-hydroxybutyrate increased (P < 0.03), and that of acetate was not modified. Consequently, hepatic up-take of butyrate increased and probably spared acetate from hepatic metabolism. The hepatic fractional extraction of propionate decreased (P < 0.03), whereas the net flux of lactate switched from a net release to a net uptake, suggesting an alteration in the contribution of gluconeogenic substrates to glucose synthesis without modification in net hepatic glucose release. As a consequence, barley supplementation increased net splanchnic release of acetate (P < 0.02), propionate (P < 0.001), and beta-hydroxybutyrate (P < 0.01) by 60, 157, and 78%, respectively. In addition, the net splanchnic release of insulin increased (P < 0.03) because of a decrease (P < 0.02) in its hepatic extraction. Despite those changes, the net uptake of nutrients by the hind limb was not modified and even decreased in the case of glucose (P < 0.02), suggesting a stimulation of lipogenesis in adipose tissues. Results from the present study suggested that supplementation of a ryegrass-based diet would likely have little effect on the orientation of muscle energy metabolism and on meat quality because the net uptake of nutrients by the hind limb was unchanged
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