Une approche moléculaire pour mieux comprendre l'infertilité chez la vache laitière

Au cours des dernières années, une sélection génétique importante a été faite pour améliorer la production de lait des bovins, ceci au détriment des performances reproductives. Cette diminution de performance n’a cependant pas été rapportée chez la génisse présentant un même potentiel génétique. Cette immense production de lait et les changements métaboliques qui l’accompagnent ont donc un impact négatif sur l’efficacité reproductive des vaches laitières qui subissent un stress métabolique supérieur à celui des génisses. Le but de l’étude était d’acquérir une meilleure connaissance des différences moléculaires et métaboliques entre ces deux groupes d’animaux pour amener à une meilleure compréhension de la pathogenèse de l’infertilité chez la vache laitière. Pour ce faire, les vagues folliculaires de vaches en lactation (30-50 jours en lait; N = 12) et de génisses (N = 10) ont été synchronisées par ablation écho guidée des follicules et par traitement hormonal avec injection de prostaglandine et insertion d’un implant de progestérone. L’aspiration du liquide folliculaire et des cellules de la granulosa du follicule dominant a été faite au jour 6. Les paramètres métaboliques mesurés chez les animaux à partir de prises de sang, faites au jour 6, confirment un plus grand stress métabolique chez la vache, les niveaux de BHBA, acides biliaires et cholestérol étant plus élevés et le niveau de glucose plus bas chez celles-ci. Un total de six échantillons a été utilisé pour le séquençage d’ARN et des analyses bio-informatiques ont été effectuées. Plusieurs gènes et voies de signalisation ont présenté des différences entre les deux groupes d’animaux incluant le cycle cellulaire et la production d’hormones. Une confirmation des résultats par PCR en temps réel a été faite, mais la grande variation intragroupe a nui à l’obtention de résultats significatifs. Conjointement, une culture primaire de cellules de la granulosa a été réalisée pour évaluer l’effet des acides biliaires sur la stéroïdogenèse suite à la détection d’une plus grande quantité de ceux-ci chez la vache laitière. La présence d’acide biliaire dans la culture cellulaire cause une diminution de l’accumulation d’estradiol ainsi que de l’expression des gènes CYP19A1 et CYP11A1. Les résultats présentés dans ce mémoire indiquent une différence potentielle au niveau métabolique et moléculaire des follicules dominants entre la vache laitière et la génisse pouvant avoir une responsabilité dans la diminution de l’efficacité reproductive observée chez la vache laitière.

The plant ovule omics : an integrative approach for pollen−pistil interactions and pollen tube guidance studies in solanaceous species

Chez les plantes à fleurs, l’ovaire est l’organe reproducteur femelle et il interagit de façon importante avec les gamètes mâles durant la croissance, le guidage, la réception et la rupture du tube pollinique ainsi que la fusion des gamètes. Le processus débute lorsque de nombreux gènes de l’ovule sont activés à longue distance lors de la réception du pollen sur le stigmate. Afin d’explorer les signaux provenant de l’ovule ayant un impact important sur les interactions pollen–pistil, particulièrement les molécules sécrétées impliquées dans la signalisation espècespécifique, l’expression génique des ovules sous forme d’ARNm ainsi et la sécrétion protéique ont été étudiées chez Solanum chacoense, une espèce diploïde de pomme de terre sauvage. S. chacoense a subi beaucoup d’hybridation interspécifique avec d’autres espèces sympathiques de solanacées, facilitant ainsi grandement l’étude des interactions pollen–ovule de façon espècespécifique ainsi que leur évolution. Dans ce projet, des ovules provenant de trois conditions différentes ont été comparés: des ovules matures de type sauvage, des ovules légèrement immatures, récoltés deux jours avant l’anthèse et des ovules provenant du mutant frk1 pour lesquels le sac embryonnaire est absent. Un séquençage d’ARN à haut débit a d’abord été effectué sur les ovules de type sauvage de S. chacoense afin de générer un assemblage de référence comprenant 33852 séquences codantes. D’autres séquençages ont été effectués sur les trois conditions d’ovules et sur les feuilles afin de faire une analyse d’expression différentielle des gènes. En comparaison avec les ovules de type sauvage, 818 gènes sont réprimés dans les ovules du mutant frk1. Un sous-groupe de 284 gènes, étaient également sous-exprimés dans les ovules légèrement immatures, suggérant un rôle spécifique dans les stades tardifs de la maturation du sac embryonnaire (stade de développent FG6 à FG7) ainsi que du guidage du tube pollinique, puisque ni les ovules du mutant frk1 ni ceux légèrement immatures ne sont capables d’attirer les tubes polliniques lors d’essais de croissance semi in vivo. De plus, 21% de ces gènes sont des peptides riches en cystéines (CRPs). En utilisant un transcriptome assemblé de novo provenant de deux proches parents de S. chacoense, S. gandarillasii et S. tarijense, une analyse d’orthologie a été effectuée sur ces CRPs, révélant une grande variabilité et une évolution rapide chez les solanacées. De nouveaux motifs de cystéine uniques à cette famille ont également été découverts. En comparant avec des études similaires chez Arabidopsis, le sac embryonnaire de S. chacoense montre un transcriptome fortement divergent, particulièrement en en ce qui a trait à la catégorisation fonctionnelle des gènes et de la similarité entre les gènes orthologues. De plus,même si la glycosylation n’est pas requise lors du guidage mycropylaire du tube pollinique chez Arabidopsis, Torenia ou le maïs, des extraits d’ovules glycosylés de S. chacoense sont capables d’augmenter la capacité de guidage de 18%. Cette étude est donc la première à montrer une corrélation entre glycosylation et le guidage du tube pollinique par l’ovule. En complément à l’approche transcriptomique, une approche protéomique portant sur les protéine sécrétées par l’ovule (le secrétome) a été utilisée afin d’identifier des protéines impliquées dans l’interaction entre ovule et tube pollinique. Des exsudats d’ovules matures (capables d’attirer le tube pollinique) et d’ovules immatures (incapables d’attirer le tube pollinique) ont été récoltés en utilisant une nouvelle méthode d’extraction par gravité permettant de réduire efficacement les contaminants cytosoliques à moins de 1% de l’échantillon. Un total de 305 protéines sécrétées par les ovules (OSPs) ont été identifiées par spectrométrie de masse, parmi lesquelles 58% étaient spécifiques aux ovules lorsque comparées avec des données de protéines sécrétées par des tissus végétatifs. De plus, la sécrétion de 128 OSPs est augmentée dans les ovules matures par rapport aux ovules immatures. Ces 128 protéines sont donc considérées en tant que candidates potentiellement impliquées dans la maturation tardive de l’ovule et dans le guidage du tube pollinique. Cette étude a également montré que la maturation du sac embryonnaire du stade FG6 au stade FG7 influence le niveau de sécrétion de 44% du sécrétome total de l’ovule. De façon surprenante, la grande majorité (83%) de ces protéines n’est pas régulée au niveau de l’ARN, soulignant ainsi l’importance de cette approche dans l’étude du guidage du tube pollinique comme complément essentiel aux études transcriptomiques. Parmi tous les signaux sécrétés par l’ovule et reliés au guidage, obtenus à partir des approches transcriptomiques et protéomiques décrites ci-haut, nous avons spécifiquement évalué l’implication des CRPs dans le guidage du tube pollinique par l’ovule chez S. chacoense, vu l’implication de ce type de protéine dans les interactions pollen-pistil et le guidage du tube pollinique chez d’autres espèces. Au total, 28 CRPs étaient présentes dans les ovules capables d’attirer le tube pollinique tout en étant absentes dans les ovules incapables de l’attirer, et ce, soit au niveau de l’ARNm et/ou au niveau du sécrétome. De celles-ci, 17 CRPs ont été exprimées dans un système bactérien et purifiées en quantité suffisante pour tester le guidage. Alors que des exsudats d’ovules ont été utilisés avec succès pour attirer par chimiotactisme le tube pollinique, les candidats exprimés dans les bactéries n’ont quant à eux pas été capables d’attirer les tubes polliniques. Comme l’utilisation de systèmes d’expression hétérologue eucaryote peut permettre un meilleur repliement et une plus grande activité des protéines, les candidats restants seront de nouveau exprimés, cette fois dans un système de levure ainsi que dans un système végétal pour produire les peptides sécrétés. Ceux-ci seront ensuite utilisés lors d’essais fonctionnels pour évaluer leur capacité à guider les tubes polliniques et ainsi isoler les attractants chimiques responsable du guidage du tube pollinique chez les solanacées comme S. chacoense.

Analyse du métabolisme du soufre de la bactérie autotrophique acidophile Acidithiobacillus thiooxidans ATCC 19377

Les impacts environnementaux dues à l'extraction minière sont considérables. C'est l'action des microorganismes, en utilisant leur métabolisme du soufre sur les déchets miniers, qui engendre les plus grands défis. Jusqu'à présent, peu de recherches ont été effectués sur les microorganismes environnementaux pour la compréhension globale de l'action du métabolisme du soufre dans une optique de prévention et de rémédiation des impacts environnementaux de l'extraction minière. Dans cette étude, nous avons étudié une bactérie environnementale, Acidithiobacillus thiooxidans, dans le but de comprendre le métabolisme du soufre selon le milieu de culture et le niveau d'acidité du milieu. Nous avons utilisé la transcriptomique à haut débit, RNA-seq, en association avec des techniques de biogéochimie et de microscopie à électrons pour déterminer l'expression des gènes codants les enzymes du métabolisme du soufre. Nous avons trouvé que l'expression des gènes des enzymes du métabolisme du soufre chez ce microorganisme sont dépendantes du milieu, de la phase de croissance et du niveau d'acidité présent dans le milieu. De plus, les analyses biogéochimiques montrent la présence de composés de soufre réduits et d'acide sulfurique dans le milieu. Finalement, une analyse par microscopie électronique révèle que la bactérie emmagasine des réserves de soufre dans son cytoplasme. Ces résultats permettent une meilleure compréhension de son métabolisme et nous rapprochent de la possibilité de développer une technique de prédiction des réactions ayant le potentiel de causer des impacts environnementaux dus à l'extraction minière.

An optimized method for the extraction of bacterial mRNA from plant roots infected with Escherichia coli O157:H7

Analysis of microbial gene expression during host colonization provides valuable information on the nature of interaction, beneficial or pathogenic, and the adaptive processes involved. Isolation of bacterial mRNA for in planta analysis can be challenging where host nucleic acid may dominate the preparation, or inhibitory compounds affect downstream analysis, e.g., quantitative reverse transcriptase PCR (qPCR), microarray, or RNA-seq. The goal of this work was to optimize the isolation of bacterial mRNA of food-borne pathogens from living plants. Reported methods for recovery of phytopathogen-infected plant material, using hot phenol extraction and high concentration of bacterial inoculation or large amounts of infected tissues, were found to be inappropriate for plant roots inoculated with Escherichia coli O157:H7. The bacterial RNA yields were too low and increased plant material resulted in a dominance of plant RNA in the sample. To improve the yield of bacterial RNA and reduce the number of plants required, an optimized method was developed which combines bead beating with directed bacterial lysis using SDS and lysozyme. Inhibitory plant compounds, such as phenolics and polysaccharides, were counteracted with the addition of high-molecular-weight polyethylene glycol and hexadecyltrimethyl ammonium bromide. The new method increased the total yield of bacterial mRNA substantially and allowed assessment of gene expression by qPCR. This method can be applied to other bacterial species associated with plant roots, and also in the wider context of food safety.

Global transcriptome analysis and identification of differentially expressed genes after infection of Fragaria vesca with powdery mildew (Podosphaera aphanis)

Background: Podosphaera aphanis, the causal agent of strawberry powdery mildew causes significant economic loss worldwide. Methods: We used the diploid strawberry species Fragaria vesca as a model to study plant pathogen interactions. RNA-seq was employed to generate a transcriptome dataset from two accessions, F. vesca ssp. vesca Hawaii 4 (HW) and F. vesca f. semperflorens Yellow Wonder 5AF7 (YW) at 1 d (1 DAI) and 8 d (8 DAI) after infection. Results: Of the total reads identified about 999 million (92%) mapped to the F. vesca genome. These transcripts were derived from a total of 23,470 and 23,464 genes in HW and YW, respectively from the three time points (control, 1 and 8 DAI). Analysis identified 1,567, 1,846 and 1,145 up-regulated genes between control and 1 DAI, control and 8 DAI, and 1 and 8 DAI, respectively in HW. Similarly, 1,336, 1,619 and 968 genes were up-regulated in YW. Also 646, 1,098 and 624 down-regulated genes were identified in HW, while 571, 754 and 627 genes were down-regulated in YW between all three time points, respectively. Conclusion: Investigation of differentially expressed genes (log2 fold changes �5) between control and 1 DAI in both HW and YW identified a large number of genes related to secondary metabolism, signal transduction; transcriptional regulation and disease resistance were highly expressed. These included flavonoid 3´-monooxygenase, peroxidase 15, glucan endo-1,3-β-glucosidase 2, receptor-like kinases, transcription factors, germin-like proteins, F-box proteins, NB-ARC and NBS-LRR proteins. This is the first application of RNA-seq to any pathogen interaction in strawberry

From insect to man: Photorhabdus sheds light on the emergence of human pathogenicity

Photorhabdus are highly effective insect pathogenic bacteria that exist in a mutualistic relationship with Heterorhabditid nematodes. Unlike other members of the genus, Photorhabdus asymbiotica can also infect humans. Most Photorhabdus cannot replicate above 34°C, limiting their host-range to poikilothermic invertebrates. In contrast, P. asymbiotica must necessarily be able to replicate at 37°C or above. Many well-studied mammalian pathogens use the elevated temperature of their host as a signal to regulate the necessary changes in gene expression required for infection. Here we use RNA-seq, proteomics and phenotype microarrays to examine temperature dependent differences in transcription, translation and phenotype of P. asymbiotica at 28°C versus 37°C, relevant to the insect or human hosts respectively. Our findings reveal relatively few temperature dependant differences in gene expression. There is however a striking difference in metabolism at 37°C, with a significant reduction in the range of carbon and nitrogen sources that otherwise support respiration at 28°C. We propose that the key adaptation that enables P. asymbiotica to infect humans is to aggressively acquire amino acids, peptides and other nutrients from the human host, employing a so called “nutritional virulence” strategy. This would simultaneously cripple the host immune response while providing nutrients sufficient for reproduction. This might explain the severity of ulcerated lesions observed in clinical cases of Photorhabdosis. Furthermore, while P. asymbiotica can invade mammalian cells they must also resist immediate killing by humoral immunity components in serum. We observed an increase in the production of the insect Phenol-oxidase inhibitor Rhabduscin normally deployed to inhibit the melanisation immune cascade. Crucially we demonstrated this molecule also facilitates protection against killing by the alternative human complement pathway.

Expressão diferencial de genes em laranja doce (Citrus sinensis L. Osb) em tangerina (Citrus reticulata blanco) em resposta à infecção por Xylella fastidiosa

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Transcriptoma do músculo longissimus dorsi de bovinos machos adultos da raça Nelore

Pós-graduação em Genética e Melhoramento Animal - FCAV

Building the sugarcane genome for biotechnology and identifying evolutionary trends

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Transcriptoma da interação de tangerina satsuma (Citrus unshiu) e laranja doce Hamlin (Citrus sinensis) infectadas com Xanthomonas citri subsp. citri, agente causal do cancro cítrico

Pós-graduação em Agronomia (Genética e Melhoramento de Plantas) - FCAV

Investigação de elementos de transposição em populações de Drosophila mojavensis e D. arizonae e seus híbridos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Análise do perfil da expressão de genes candidatos com a eficiência alimentar de animais da raça Nelore

Pós-graduação em Genética e Melhoramento Animal - FCAV

Expressão diferencial de mRNA em células de cultivo infectadas ple herpesvírus bovino 5

Pós-graduação em Medicina Veterinária - FMVZ

Efeitos da nutrição no desenvolvimento ovariano fetal durante o início da gestação em vacas Nelore

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Global liver gene expression differences in Nelore steers with divergent residual feed intake phenotypes

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)