Genetic selection to increase bone strength affects prevalence of keel bone damage and egg parameters in commercially housed laying hens.

The prevalence of keel bone damage as well as external egg parameters of 2 pure lines divergently selected for high (H) and low (L) bone strength were investigated in 2 aviary systems under commercial conditions. A standard LSL hybrid was used as a reference group. Birds were kept mixed per genetic line (77 hens of the H and L line and 201 or 206 hens of the LSL line, respectively, per pen) in 8 pens of 2 aviary systems differing in design. Keel bone status and body mass of 20 focal hens per line and pen were assessed at 17, 18, 23, 30, 36, 43, 52, and 63 wk of age. External egg parameters (i.e., egg mass, eggshell breaking strength, thickness, and mass) were measured using 10 eggs per line at both 38 and 57 wk of age. Body parameters (i.e. tarsus and third primary wing feather length to calculate index of wing loading) were recorded at 38 wk of age and mortality per genetic line throughout the laying cycle. Bone mineral density (BMD) of 15 keel bones per genetic line was measured after slaughter to confirm assignment of the experimental lines. We found a greater BMD in the H compared with the L and LSL lines. Fewer keel bone fractures and deviations, a poorer external egg quality, as well as a lower index of wing loading were found in the H compared with the L line. Mortality was lower and production parameters (e.g., laying performance) were higher in the LSL line compared with the 2 experimental lines. Aviary design affected prevalence of keel bone damage, body mass, and mortality. We conclude that selection of specific bone traits associated with bone strength as well as the related differences in body morphology (i.e., lower index of wing loading) have potential to reduce keel bone damage in commercial settings. Also, the housing environment (i.e., aviary design) may have additive effects.

Plasticité du cortex visuel: «homéodynamie» des connexions neuronales et modèle d’effets d’antidépresseurs

Les informations sensorielles sont traitées dans le cortex par des réseaux de neurones co-activés qui forment des assemblées neuronales fonctionnelles. Le traitement visuel dans le cortex est régit par différents aspects des caractéristiques neuronales tels que l’aspect anatomique, électrophysiologique et moléculaire. Au sein du cortex visuel primaire, les neurones sont sélectifs à divers attributs des stimuli tels que l’orientation, la direction, le mouvement et la fréquence spatiale. Chacun de ces attributs conduit à une activité de décharge maximale pour une population neuronale spécifique. Les neurones du cortex visuel ont cependant la capacité de changer leur sélectivité en réponse à une exposition prolongée d’un stimulus approprié appelée apprentissage visuel ou adaptation visuelle à un stimulus non préférentiel. De ce fait, l’objectif principal de cette thèse est d’investiguer les mécanismes neuronaux qui régissent le traitement visuel durant une plasticité induite par adaptation chez des animaux adultes. Ces mécanismes sont traités sous différents aspects : la connectivité neuronale, la sélectivité neuronale, les propriétés électrophysiologiques des neurones et les effets des drogues (sérotonine et fluoxétine). Le modèle testé se base sur les colonnes d’orientation du cortex visuel primaire. La présente thèse est subdivisée en quatre principaux chapitres. Le premier chapitre (A) traite de la réorganisation du cortex visuel primaire suite à une plasticité induite par adaptation visuelle. Le second chapitre (B) examine la connectivité neuronale fonctionnelle en se basant sur des corrélations croisées entre paires neuronales ainsi que sur des corrélations d’activités de populations neuronales. Le troisième chapitre (C) met en liaison les aspects cités précédemment (les effets de l’adaptation visuelle et la connectivité fonctionnelle) aux propriétés électrophysiologiques des neurones (deux classes de neurones sont traitées : les neurones à décharge régulière et les neurones à décharge rapide ou burst). Enfin, le dernier chapitre (D) a pour objectif l’étude de l’effet du couplage de l’adaptation visuelle à l’administration de certaines drogues, notamment la sérotonine et la fluoxétine (inhibiteur sélectif de recapture de la sérotonine). Méthodes En utilisant des enregistrements extracellulaires d’activités neuronales dans le cortex visuel primaire (V1) combinés à un processus d’imagerie cérébrale optique intrinsèque, nous enregistrons l’activité de décharge de populations neuronales et nous examinons l’activité de neurones individuels extraite des signaux multi-unitaires. L’analyse de l’activité cérébrale se base sur différents algorithmes : la distinction des propriétés électrophysiologiques des neurones se fait par calcul de l’intervalle de temps entre la vallée et le pic maximal du potentiel d’action (largeur du potentiel d’action), la sélectivité des neurones est basée sur leur taux de décharge à différents stimuli, et la connectivité fonctionnelle utilise des calculs de corrélations croisées. L’utilisation des drogues se fait par administration locale sur la surface du cortex (après une craniotomie et une durotomie). Résultats et conclusions Dans le premier chapitre, nous démontrons la capacité des neurones à modifier leur sélectivité après une période d’adaptation visuelle à un stimulus particulier, ces changements aboutissent à une réorganisation des cartes corticales suivant un patron spécifique. Nous attribuons ce résultat à la flexibilité de groupes fonctionnels de neurones qui étaient longtemps considérés comme des unités anatomiques rigides. En effet, nous observons une restructuration extensive des domaines d’orientation dans le but de remodeler les colonnes d’orientation où chaque stimulus est représenté de façon égale. Ceci est d’autant plus confirmé dans le second chapitre où dans ce cas, les cartes de connectivité fonctionnelle sont investiguées. En accord avec les résultats énumérés précédemment, les cartes de connectivité montrent également une restructuration massive mais de façon intéressante, les neurones utilisent une stratégie de sommation afin de stabiliser leurs poids de connectivité totaux. Ces dynamiques de connectivité sont examinées dans le troisième chapitre en relation avec les propriétés électrophysiologiques des neurones. En effet, deux modes de décharge neuronale permettent la distinction entre deux classes neuronales. Leurs dynamiques de corrélations distinctes suggèrent que ces deux classes jouent des rôles clés différents dans l’encodage et l’intégration des stimuli visuels au sein d’une population neuronale. Enfin, dans le dernier chapitre, l’adaptation visuelle est combinée avec l’administration de certaines substances, notamment la sérotonine (neurotransmetteur) et la fluoxétine (inhibiteur sélectif de recapture de la sérotonine). Ces deux substances produisent un effet similaire en facilitant l’acquisition des stimuli imposés par adaptation. Lorsqu’un stimulus non optimal est présenté en présence de l’une des deux substances, nous observons une augmentation du taux de décharge des neurones en présentant ce stimulus. Nous présentons un modèle neuronal basé sur cette recherche afin d’expliquer les fluctuations du taux de décharge neuronale en présence ou en absence des drogues. Cette thèse présente de nouvelles perspectives quant à la compréhension de l’adaptation des neurones du cortex visuel primaire adulte dans le but de changer leur sélectivité dans un environnement d’apprentissage. Nous montrons qu’il y a un parfait équilibre entre leurs habiletés plastiques et leur dynamique d’homéostasie.

Stickleback F2 generation transgenerational plasticity experiment: egg and body size data

Nongenetic inheritance mechanisms such as transgenerational plasticity (TGP) can buffer populations against rapid environmental change such as ocean warming. Yet, little is known about how long these effects persist and whether they are cumulative over generations. Here, we tested for adaptive TGP in response to simulated ocean warming across parental and grandparental generations of marine sticklebacks. Grandparents were acclimated for two months during reproductive conditioning, whereas parents experienced developmental acclimation, allowing us to compare the fitness consequences of short-term vs. prolonged exposure to elevated temperature across multiple generations. We found that reproductive output of F1 adults was primarily determined by maternal developmental temperature, but carry-over effects from grandparental acclimation environments resulted in cumulative negative effects of elevated temperature on hatching success. In very early stages of growth, F2 offspring reached larger sizes in their respective paternal and grandparental environment down the paternal line, suggesting that other factors than just the paternal genome may be transferred between generations. In later growth stages, maternal and maternal granddam environments strongly influenced offspring body size, but in opposing directions, indicating that the mechanism(s) underlying the transfer of environmental information may have differed between acute and developmental acclimation experienced by the two generations. Taken together, our results suggest that the fitness consequences of parental and grandparental TGP are highly context dependent, but will play an important role in mediating some of the impacts of rapid climate change in this system.

Gasterosteus aculeatus egg traits and fish lengths vs. experiment setup

1) Our study addresses the role of non-genetic and genetic inheritance in shaping the adaptive potential of populations under a warming ocean scenario. We used a combined experimental approach (transgenerational plasticity and quantitative genetics) to partition the relative contribution of maternal vs. paternal (additive genetic) effects to offspring body size (a key component of fitness), and investigated a potential physiological mechanism (mitochondrial respiration capacities) underlying whole organism growth/size responses. 2) In very early stages of growth (up to 30 days), offspring body size of marine sticklebacks benefited from maternal transgenerational plasticity (TGP): offspring of mothers acclimated to17°C were larger when reared at 17°C, and offspring of mothers acclimated to 21°C were larger when reared at 21°C. The benefits of maternal TGP on body size were stronger and persisted longer (up to 60 days) for offspring reared in the warmer (21°C) environment, suggesting that maternal effects will be highly relevant for climate change scenarios in this system. 3) Mitochondrial respiration capacities measured on mature offspring (F1 adults) matched the pattern of TGP for juvenile body size, providing an intuitive mechanistic basis for the maternal acclimation persisting into adulthood. Size differences between temperatures seen at early growth stages remained in the F1 adults, linking offspring body size to maternal inheritance of mitochondria. 4) Lower maternal variance components in the warmer environment were mostly driven by mothers acclimated to ambient (colder) conditions, further supporting our tenet that maternal effects were stronger at elevated temperature. Importantly, all parent-offspring temperature combination groups showed genotype x environment (GxE) interactions, suggesting that reaction norms have the potential to evolve. 5) To summarise, transgenerational plasticity and genotype x environment interactions work in concert to mediate impacts of ocean warming on metabolic capacity and early growth of marine sticklebacks. TGP can buffer short-term detrimental effects of climate warming and may buy time for genetic adaptation to catch up, therefore markedly contributing to the evolutionary potential and persistence of populations under climate change.

Equipment and methods for measuring egg quality /

Cover title.

Suggested demonstrations using dried whole egg in family meals.

Mode of access: Internet.