Complementary forages – integration at a whole-farm level

A high proportion of the Australian and New Zealand dairy industry is based on a relatively simple, low input and low cost pasture feedbase. These factors enable this type of production system to remain internationally competitive. However, a key limitation of pasture-based dairy systems is periodic imbalances between herd intake requirements and pasture DM production, caused by strong seasonality and high inter-annual variation in feed supply. This disparity can be moderated to a certain degree through the strategic management of the herd through altering calving dates and stocking rates, and the feedbase by conserving excess forage and irrigating to flatten seasonal forage availability. Australasian dairy systems are experiencing emerging market and environmental challenges, which includes increased competition for land and water resources, decreasing terms of trade, a changing and variable climate, an increasing environmental focus that requires improved nutrient and water-use efficiency and lower greenhouse gas emissions. The integration of complementary forages has long been viewed as a means to manipulate the home-grown feed supply, to improve the nutritive value and DM intake of the diet, and to increase the efficiency of inputs utilised. Only recently has integrating complementary forages at the whole-farm system level received the significant attention and investment required to examine their potential benefit. Recent whole-of-farm research undertaken in both Australia and New Zealand has highlighted the importance of understanding the challenges of the current feedbase and the level of complementarity between forage types required to improve profit, manage risk and/or alleviate/mitigate against adverse outcomes. This paper reviews the most recent systems-level research into complementary forages, discusses approaches to modelling their integration at the whole-farm level and highlights the potential of complementary forages to address the major challenges currently facing pasture-based dairy systems.

Whole-genome sequencing identifies EN1 as a determinant of bone density and fracture

The extent to which low-frequency (minor allele frequency (MAF) between 1-5%) and rare (MAF whole-genome sequencing (n = 2,882 from UK10K (ref. 10); a population-based genome sequencing consortium), whole-exome sequencing (n = 3,549), deep imputation of genotyped samples using a combined UK10K/1000 Genomes reference panel (n = 26,534), and de novo replication genotyping (n = 20,271). We identified a low-frequency non-coding variant near a novel locus, EN1, with an effect size fourfold larger than the mean of previously reported common variants for lumbar spine BMD (rs11692564(T), MAF = 1.6%, replication effect size = +0.20 s.d., Pmeta = 2 x 10(-14)), which was also associated with a decreased risk of fracture (odds ratio = 0.85; P = 2 x 10(-11); ncases = 98,742 and ncontrols = 409,511). Using an En1(cre/flox) mouse model, we observed that conditional loss of En1 results in low bone mass, probably as a consequence of high bone turnover. We also identified a novel low-frequency non-coding variant with large effects on BMD near WNT16 (rs148771817(T), MAF = 1.2%, replication effect size = +0.41 s.d., Pmeta = 1 x 10(-11)). In general, there was an excess of association signals arising from deleterious coding and conserved non-coding variants. These findings provide evidence that low-frequency non-coding variants have large effects on BMD and fracture, thereby providing rationale for whole-genome sequencing and improved imputation reference panels to study the genetic architecture of complex traits and disease in the general population.

Using Bayesian networks to model surveillance in complex plant and animal health systems

In this chapter we consider biosecurity surveillance as part of a complex system comprising many different biological, environmental and human factors and their interactions. Modelling and analysis of surveillance strategies should take into account these complexities, and also facilitate the use and integration of the many types of different information that can provide insight into the system as a whole. After a brief discussion of a range of options, we focus on Bayesian networks for representing such complex systems. We summarize the features of Bayesian networks and describe these in the context of surveillance.

Vitellogenin in rare minnow (Gobiocypris rarus): identification and induction by waterborne diethylstilbestrol

Rare minnow (Gobiocypris rarus) is a tiny Chinese carp that has a short life cycle and is easily cultured in the laboratory. In this study, juvenile rare minnows were exposed to waterborne diethylstilbestrol (DES) at 0.05, 0.5 and 5 mug/l in laboratory aquaria. After exposure for 4, 8, 13 and 21 days, juvenile fish were collected and vitellogenin (Vtg) was measured in whole body homogenates. Native and SDS electrophoresis followed by Western blotting were performed for Vtg identification, and a non-competitive ELISA was developed. In the DES exposure groups (0.5 and 5 mug/l DES), Vtg appeared after 4 days, increased significantly after 8 days and reached a maximum on day 13. Further, a significant increase in the hepatosomatic index (HSI) was found in the 5 mug/l DES exposure group after 21 days. These results indicate that rare minnow provides a good model for assessing endocrine disruption by environmental estrogens. (C) 2004 Elsevier Inc. All rights reserved.

Role of calcium influx through voltage-operated calcium channels and of calcium mobilization in the physiology of Schistosoma mansoni muscle contractions

We tested the hypothesis that voltage-operated Ca2+ channels mediate an extracellular Ca2+ influx in muscle fibres from the human parasite Schistosoma mansoni and, along with Ca2+ mobilization from the sarcoplasmic reticulum, contribute to Muscle contraction. Indeed, whole-cell voltage clamp revealed voltage-gated inward currents carried by divalent ions with a peak current elicited by steps to + 20 mV (from a holding potential of -70 mV). Depolarization of the fibres by elevated extracellular K+ elicited contractions that were completely dependent on extracellular Ca2+ and inhibited by nicardipine (half inhibition at 4(.)1 mu M). However these contractions were not very sensitive to other classical blockers of voltage-gated Ca2+ channels, indicating that the schistosome Muscle channels have an atypical pharmacology when compared to their mammalian counterparts. Furthermore, the contraction induced by 5 mM caffeine was inhibited after depletion of the sarcoplasmic reticulum either with thapsigargin (10 mu M) or ryanodine (10 mu M). These data suggest that voltage-operated Ca2+ channels docontribute to S. mansoni contraction as does the mobilization of stored Ca2+, despite the small volume of sarcoplasmic reticulum in schistosome smooth muscles.

FMRFamide-like peptides in root knot nematodes and their potential role in nematode physiology

FMRFamide-like peptides (FLPs) are a diverse group of neuropeptides that are expressed abundantly in nematodes. They exert potent physiological effects on locomotory, feeding and reproductive musculature and also act as neuromodulators. However, little is known about the specific expression patterns and functions of individual peptides. The current study employed rapid amplification of cDNA ends-polymerase chain reaction (RACE-PCR) to characterize flp genes from infective juveniles of the root knot nematodes, Meloidogyne incognita and Meloidogyne minor. The peptides identified from these transcripts are sequelogs of FLPs from the free-living nematode, Caenorhabditis elegans; the genes have therefore been designated as Mi-flp-1, Mi-flp-7, Mi-flp-12, Mm-flp-12 and Mi-flp-14. Mi-flp-1 encodes five FLPs with the common C-terminal moiety, NFLRFamide. Mi-flp-7 encodes two copies of APLDRSALVRFamide and APLDRAAMVRFamide and one copy of APFDRSSMVRFamide. Mi-flp-12 and Mm-flp-12 encode the novel peptide KNNKFEFIRFamide (a longer version of RNKFEFIRFamide found in C. elegans). Mi-flp-14 encodes a single copy of KHEYLRFamide (commonly known as AF2 and regarded as the most abundant nematode FLP), and a single copy of the novel peptide KHEFVRFamide. These FLPs share a high degree of conservation between Meloidogyne species and nematodes from other clades, including those of humans and animals, perhaps suggesting a common neurophysiological role which may be exploited by novel drugs. FLP immunoreactivity was observed for the first time in Meloidogyne, in the circumpharyngeal nerve ring, pharyngeal nerves and ventral nerve cord. Additionally, in situ hybridization revealed Mi-flp-12 expression in an RIR-like neuron and Mi-flp-14 expression in SMB-like neurons, respectively. These localizations imply physiological roles for FLP-12 and FLP-14 peptides, including locomotion and sensory perception.

Defining and assessing animal pain

The detection and assessment of pain in animals is crucial to improving their welfare in a variety of contexts in which humans are ethically or legally bound to do so. Thus clear standards to judge whether pain is likely to occur in any animal species is vital to inform whether to alleviate pain or to drive the refinement of procedures to reduce invasiveness, thereby minimizing pain. We define two key concepts that can be used to evaluate the potential for pain in both invertebrate and vertebrate taxa. First, responses to noxious, potentially painful events should affect neurobiology, physiology and behaviour in a different manner to innocuous stimuli and subsequent behaviour should be modified including avoidance learning and protective responses. Second, animals should show a change in motivational state after experiencing a painful event such that future behavioural decision making is altered and can be measured as a change in conditioned place preference, self-administration of analgesia, paying a cost to access analgesia or avoidance of painful stimuli and reduced performance in concurrent events. The extent to which vertebrate and selected invertebrate groups fulfil these criteria is discussed in light of the empirical evidence and where there are gaps in our knowledge we propose future studies are vital to improve our assessment of pain. This review highlights arguments regarding animal pain and defines criteria that demonstrate, beyond a reasonable doubt, whether animals of a given species experience pain.

Translation of biomechanical concepts in bone tissue engineering: from animal study to revision knee arthroplasty.

Bone defects in revision knee arthroplasty are often located in load-bearing regions. The goal of this study was to determine whether a physiologic load could be used as an in situ osteogenic signal to the scaffolds filling the bone defects. In order to answer this question, we proposed a novel translation procedure having four steps: (1) determining the mechanical stimulus using finite element method, (2) designing an animal study to measure bone formation spatially and temporally using micro-CT imaging in the scaffold subjected to the estimated mechanical stimulus, (3) identifying bone formation parameters for the loaded and non-loaded cases appearing in a recently developed mathematical model for bone formation in the scaffold and (4) estimating the stiffness and the bone formation in the bone-scaffold construct. With this procedure, we estimated that after 3 years mechanical stimulation increases the bone volume fraction and the stiffness of scaffold by 1.5- and 2.7-fold, respectively, compared to a non-loaded situation.

Multifaceted roles of peroxisome proliferator-activated receptors (PPARs) at the cellular and whole organism levels.

Chronic disorders, such as obesity, diabetes, inflammation, non-alcoholic fatty liver disease and atherosclerosis, are related to alterations in lipid and glucose metabolism, in which peroxisome proliferator-activated receptors (PPAR)α, PPARβ/δ and PPARγ are involved. These receptors form a subgroup of ligand-activated transcription factors that belong to the nuclear hormone receptor family. This review discusses a selection of novel PPAR functions identified during the last few years. The PPARs regulate processes that are essential for the maintenance of pregnancy and embryonic development. Newly found hepatic functions of PPARα are the mediation of female-specific gene repression and the protection of the liver from oestrogen induced toxicity. PPARα also controls lipid catabolism and is the target of hypolipidaemic drugs, whereas PPARγ controls adipocyte differentiation and regulates lipid storage; it is the target for the insulin sensitising thiazolidinediones used to treat type 2 diabetes. Activation of PPARβ/δ increases lipid catabolism in skeletal muscle, the heart and adipose tissue. In addition, PPARβ/δ ligands prevent weight gain and suppress macrophage derived inflammation. In fact, therapeutic benefits of PPAR ligands have been confirmed in inflammatory and autoimmune diseases, such as encephalomyelitis and inflammatory bowel disease. Furthermore, PPARs promote skin wound repair. PPARα favours skin healing during the inflammatory phase that follows injury, whilst PPARβ/δ enhances keratinocyte survival and migration. Due to their collective functions in skin, PPARs represent a major research target for our understanding of many skin diseases. Taken altogether, these functions suggest that PPARs serve as physiological sensors in different stress situations and remain valuable targets for innovative therapies.

Myocardial angiogenesis induction with bone protein derived growth factors (animal experiment).

Myocardial angiogenesis induction with vascular growth factors constitutes a potential strategy for patients whose coronary artery disease is refractory to conventional treatment. The importance of angiogenesis in bone formation has led to the development of growth factors derived from bovine bone protein. Twelve pigs (mean weight, 73 +/- 3 kg) were chosen for the study. In the first group (n = 6, growth factor group) five 100 micrograms boluses of growth factors derived from bovine bone protein, diluted in Povidone 5%, were injected in the lateral wall of the left ventricle. In the second group (n = 6, control group), the same operation was performed but only the diluting agent was injected. All the animals were sacrificed after 28 days and the vascular density of the left lateral wall (expressed as the number of vascular structures per mm2) as well as the area of blood vessel profiles per myocardial area analysed were determined histologically with a computerised system. The growth factor group had a capillary density which was significantly higher than that of the control group: 12.6 +/- 0.9/mm2 vs 4.8 +/- 0.5/mm2 (p < 0.01). The same holds true for the arteriolar density: 1 +/- 0.2/mm2 vs 0.3 +/- 0.1/mm2 (p < 0.01). The surface ratios of blood vessel profiles per myocardial area were 4900 +/- 800 micron 2/mm2 and 1550 +/- 400 micron 2/mm2 (p < 0.01) respectively. In this experimental model, bovine bone protein derived growth factors induce a significant neovascularisation in healthy myocardium, and appear therefore as promising candidates for therapeutic angiogenesis.

Modalities of exercise training on liver fat accretion and inflammatory markers in ovariectomized rats

Les facteurs de risque des maladies cardiovasculaires, telle, que la détérioration du profil lipidique, deviennent plus prononcés après la ménopause, ce qui fait de la maladie coronarienne, l’une des principales causes de décès chez les femmes ménopausées. Une proportion importante de femmes prennent du poids après la ménopause en particulier dans la région abdominale entraînant par conséquent des perturbations métaboliques. Des données récentes suggèrent également que l’absence des œstrogènes observée à la ménopause favorise le développement de la stéatose hépatique. Cette dernière a été incriminée pour incriminée dans le développement de la résistance à l'insuline, et est de ce fait considérée comme une composante hépatique du syndrome métabolique. Il est impératif d'établir des stratégies visant à contrecarrer l'accumulation de graisse dans le foie et l’accroissement du tissu adipeux chez les femmes ménopausées, en tenant compte que l'utilisation de l'hormonothérapie substitutive est de nos jours moins soutenue. Les quatre études de la présente thèse ont été conduites pour tenter de fournir des informations sur le traitement et la prévention de l’augmentation de la masse graisseuse et de la stéatose hépatique qu’entraîne la suppression des œstrogènes, à travers les modifications du mode de vie (diète et exercice physique) chez la rate ovariectomizée (Ovx); un modèle animal de la ménopause. Dans les deux premières études nous nous sommes concentrés sur l’augmentation de la masse graisseuse et sa reprise suite à une perte de poids. Dans la première étude, nous avons montré que les rates Ovx qui ont suivi un programme de restriction alimentaire (FR) ont diminué significativement (P < 0.01) leur poids corporel, leur contenu en graisses intra-abdominales ainsi que leurs triacylglycérols (TAG) hépatiques, comparativement aux rates Ovx nourries à la diète normale. De plus, l’entraînement en résistance (RT) a prévenu la reprise de poids corporel ainsi que l’accroissement du tissu adipeux et l’accumulation de lipides dans le foie des rates Ovx, après l’arrêt du régime amaigrissant. Les résultats de la deuxième étude ont confirmé l'efficacité de la restriction alimentaire associée à l’entraînement en résistance (FR + RT) dans la réduction du poids corporel, des lipides dans le foie et le tissu adipeux chez les rates Ovx. Tenant compte des résultats de notre première étude, l’entraînement en résistance seulement a constitué un atout pour atténuer le poids corporel et la masse grasse reprise par les rates Ovx suite à un programme de perte de poids (FR + RT); bien que l'impact ait été moindre comparé au maintien seul de la restriction alimentaire. De la même manière que la supplémentation en œstrogènes, les résultats de la troisième étude indiquent que l'entraînement en endurance mené concurremment avec l’ovariectomie a significativement atténué l'accumulation de lipides dans le foie ainsi que dans le tissu adipeux. Toutefois, l’entraînement en endurance effectué avant l'ovariectomie n'a pas protégé contre l'accumulation des graisses qu’entraîne l'ovariectomie, si celui-ci est interrompu après l'ovariectomie. Enfin, pour compléter les résultats antérieurs, nous avons montré dans la quatrième étude que l’expression des gènes impliqués dans la synthèse de lipide; SREBP-1c, SCD-1, ChREBP, et ACC dans le foie a augmenté après le retrait des œstrogènes, tandis qu’une diminution (P < 0.01) des niveaux d'ARNm de PPAR-α a été observée. De plus, l'expression hépatique des gènes des cytokines pro-inflammatoires incluant IKKβ, IL-6 ainsi que le contenu protéinique de NF-кB étaient augmentés (P < 0.01) chez les rates Ovx par rapport aux rates ayant subi une Ovx simulée (Sham). Toutes ces perturbations ont été améliorées avec la supplémentation en œstrogènes seulement, ainsi qu'avec l'entraînement en endurance seulement. Dans l'ensemble, nos résultats indiquent que l'exercice physique (en résistance ou en endurance) a un impact significatif sur la réduction de l'accumulation des lipides dans le foie et dans le tissu adipeux des rates Ovx. De plus, chez les rates Ovx, l’entraînement en endurance mimerait les effets des œstrogènes sur l'expression des gènes impliqués dans l'accumulation de lipides et l’inflammation préclinique dans le foie.

The Effects of Pro-inflammatory Cytokines on the L-type Calcium Current in Mouse Ventricular Myocytes

L’inflammation: Une réponse adaptative du système immunitaire face à une insulte est aujourd’hui reconnue comme une composante essentielle à presque toutes les maladies infectieuses ou autres stimuli néfastes, tels les dommages tissulaires incluant l’infarctus du myocarde et l’insuffisance cardiaque. Dans le contexte des maladies cardiovasculaires, l’inflammation se caractérise principalement par une activation à long terme du système immunitaire, menant à une faible, mais chronique sécrétion de peptides modulateurs, appelés cytokines pro-inflammatoires. En effet, la littérature a montré à plusieurs reprises que les patients souffrant d’arythmies et de défaillance cardiaque présentent des taux élevés de cytokines pro-inflammatoires tels le facteur de nécrose tissulaire alpha (TNFα), l’interleukine 1β (IL-1β) et l’interleukine 6. De plus, ces patients souffrent souvent d’une baisse de la capacité contractile du myocarde. Le but de notre étude était donc de déterminer si un lien de cause à effet existe entre ces phénomènes et plus spécifiquement si le TNFα, l’IL-1β et l’IL-6 peuvent affecter les propriétés électriques et contractiles du cœur en modulant le courant Ca2+ de type L (ICaL) un courant ionique qui joue un rôle primordial au niveau de la phase plateau du potentiel d’action ainsi qu’au niveau du couplage excitation-contraction. Les possibles méchansimes par lesquels ces cytokines exercent leurs effets seront aussi explorés. Pour ce faire, des cardiomyocytes ventriculaires de souris nouveau-nées ont été mis en culture et traités 24 heures avec des concentrations pathophysiologiques (30 pg/mL) de TNFα, IL-1β ou IL-6. Des enregistrements de ICaL réalisés par la technique du patch-clamp en configuration cellule entière ont été obtenus par la suite et les résultats montrent que le TNFα n’affecte pas ICaL, même à des concentrations plus élevées (1 ng/mL). En revanche, l’IL-1β réduisait de près de 40% la densité d’ICaL. Afin d’examiner si le TNFα et l’IL-1β pouvaient avoir un effet synergique, les cardiomyocytes ont été traité avec un combinaison des deux cytokines. Toutefois aucun effet synergique sur ICaL n’a été constaté. En outre, l’IL-6 réduisait ICaL significativement, cependant la réduction de 20% était moindre que celle induite par IL-1β. Afin d’élucider les mécanismes sous-jacents à la réduction de ICaL après un traitement avec IL-1β, l’expression d’ARNm de CaV1.2, sous-unité α codante pour ICaL, a été mesurée par qPCR et les résultats obtenus montrent aucun changement du niveau d’expression. Plusieurs études ont montré que l’inflammation et le stress oxydatif vont de pair. En effet, l’imagerie confocale nous a permis de constater une augmentation accrue du stress oxydatif induit par IL-1β et malgré un traitement aux antioxydants, la diminution de ICaL n’a pas été prévenue. Cette étude montre qu’IL-1β et IL-6 réduisent ICaL de façon importante et ce indépendamment d’une régulation transcriptionelle ou du stress oxydatif. De nouvelles données préliminaires suggèrent que ICaL serait réduit suite à l’activation des protéines kinase C mais des études additionelles seront nécessaires afin d’étudier cette avenue. Nos résultats pourraient contribuer à expliquer les troubles du rythme et de contractilité observés chez les patients souffrant de défaillance cardiaque.

A la rencontre de l'animal sauvage : dynamiques, usages et enjeux du récréotourisme faunique

Historiquement, les animaux sauvages ont toujours représenté une ressource pour les hommes, assurant la sécurité alimentaire des sociétés locales et traditionnelles. L’exploitation touristique de la faune implique dès lors une évolution dans les modes de vie, la culture et les identités locales. L’objectif de cette recherche doctorale est d’analyser le récréotourisme faunique. Les activités récréotouristiques autour de la faune sauvage traduisent une requalification de la ressource faune, ce qui a des impacts à la fois sur les espaces humains et non humains, les jeux de construction territoriale et sur les rapports développés à la faune sauvage. Ce travail analyse les rapports que les sociétés entretiennent avec la faune sauvage à travers les activités récréotouristiques de chasse et de vision. Ces deux formes de tourisme sont généralement opposées car le tourisme de vision est présenté comme un usage non-consomptif de la ressource alors que le tourisme de chasse est reconnu comme un usage consomptif de la ressource. Dépassant certaines idées reçues sur les pratiques de la chasse et une approche manichéenne entre ces différentes activités, il convient d’interroger les distinctions et / ou le rapport dialogique entre ces pratiques. Afin de conduire cette recherche, le choix d’une analyse comparative a été retenu, laquelle se propose de mettre en perspective différentes études de cas en France et au Canada. Ce travail comparatif permet de mieux comprendre les enjeux touristiques et territoriaux associés à la gestion de la faune sauvage et de penser la transférabilité des processus observés entre différents terrains d’études. D’un point de vue méthodologique, ce travail doctoral nous a conduite à définir un cadre analytique organisé autour de quatre entrées croisant des (i) aspects conceptuels, (ii) l’analyse d’archives, (iii) des méthodes d’observation ainsi que (iv) des outils d’analyse des rapports homme / faune via l’analyse de discours des populations touristiques. La première partie de ce travail présente le contexte théorique de l’étude et la démarche systémique de cette recherche (chapitre 1, 2 et 3). En termes de résultat, ces présupposés méthodologiques et théoriques nous ont permis d’analyser comment les dynamiques du récréotourisme faunique agissent, réagissent et rétroagissent sur l’ensemble du système territorial. Ainsi, la deuxième partie interroge l’organisation socio-spatiale des activités récréotouristiques de chasse et de vision (chapitre 4 et 5). Ces différentes formes de tourisme sont analysées en prenant en compte l’implantation de ces activités au sein des territoires, les attentes touristiques de la part des visiteurs, et les effets des différentes pratiques sur les populations fauniques. La troisième et dernière partie s’intéresse à l’évolution des rapports hommes / faune sauvage dans le temps et l’espace au regard des activités récréotouristiques développées. Le chapitre 6 s’intéresse aux rapports dialectiques entre processus de patrimonialisation et les usages acceptés ou non de la ressource faunique, alors que le chapitre 7 propose une réflexion sur les rapports hommes / animaux à l’échelle de l’individu en interrogeant l’éthique de chacun dans ses usages, ses comportements et ses pratiques développés autour de la faune sauvage.