Demande de Post-doc N°4 - Ecole Doctorale des Sciences de la Vie

ECOLE DOCTORALE DES SCIENCES DE LA VIE, SANTE, AGRONOMIE, ENVIRONNEMENT
Dossier de demande d'allocation de recherche pour la rentrée 2012
Laboratoire d’accueil : UMR1213 Herbivores, Unité Mixte de Recherche sur les Herbivores - Equipe Animal
Muscle Viande (Amuvi), INRA de Clermont Ferrand Theix, 63122 St Genès Champanelle.
Directeur du laboratoire : Dr I. Veissier
Directeur de thèse : Brigitte Picard, (DR2, HDR) à 50%
Tél: 04 73 62 40 56 ; mél : [email protected]
Co-Directeur : Muriel Bonnet (CR1, autorisée en novembre 2011, HDR prévue en 2012) (50%), avec l’appui de
Matthieu Reichstadt (Ingénieur en bioinformatique)
Date d'obtention de l'HDR du Directeur de thèse :
Octobre 1999
Date d'obtention de l'HDR du co-directeur éventuel : HDR programmée pour fin 2012
Titre de la thèse : Optimisation de la qualité des carcasses et des viandes bovines : modélisation
conceptuelle des interactions moléculaires entre les tissus adipeux et musculaires chez le bovin.
Exposé du sujet proposé :
La valeur économique des carcasses bovines dépend notamment de la masse des tissus musculaires relativement
à la masse des tissus adipeux. Ce rapport masse maigre/masse grasse est un critère de la classification des
carcasses dans les filières de viande bovine européennes (système EUROPA). Ainsi la masse et la répartition
anatomique des tissus adipeux conditionnent en partie l’efficacité productive des ruminants et la qualité de leurs
produits. En particulier, les tissus adipeux inter- et intra-musculaires participent, avec les myofibres, le tissu
conjonctif et plus largement la matrice extra-cellulaire, à la qualité sensorielle et nutritionnelle de la viande. Or, les
développements musculaires et adipeux sont étroitement liés. En effet, la croissance du tissu adipeux se fait au
détriment de la croissance du tissu musculaire, comme cela est observé chez les races bovines extrêmes pour leur
rapport masse grasse/masse maigre (Bonnet et al., 2010). Face à l’augmentation de la population mondiale
consommatrice de viande, une stratégie pourrait être d’augmenter l’efficacité productive des bovins en favorisant le
développement musculaire au détriment du tissu adipeux. Aussi, un préalable à la maîtrise du développement des
muscles relativement aux tissus adipeux est une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires qui soustendent la croissance de ces deux tissus et les interactions entre ces tissus.
Des résultats récents obtenus à l’UMRH ont permis de décrire les cinétiques d’expression d’un grand nombre de
protéines (protéome) qui participent à la croissance des tissus musculaires (Sudre et al., 2003 ; Chaze et al.,
2008 ; 2009) et adipeux (Taga et al., 2009a, b ; Bonnet et al., 2010, Taga et al., 2011a,b) chez le bovin. Ce jeu de
données est unique de par la quantité de mesures effectuées à la fois sur les tissus adipeux et musculaires des
mêmes bovins, et constitue une base solide et originale pour ce projet. De plus, il présente l’originalité de
concerner deux types de bovins : Charolais en tant que référence de la première race à viande française, et
Blonde d’Aquitaine présentant une hypertrophie musculaire et donc un rapport masse maigre/masse grasse élevé.
En outre, ce jeu de données complète la masse de données issues de la publication des gènes et des protéines
qui accompagnent la différenciation et la croissance des cellules musculaires (myogenèse) et adipeuses
(adipogenèse) in vitro. D’autre part, nos travaux sur la recherche de marqueurs des qualités sensorielles de la
viande bovine, en particulier la tendreté, permettent de disposer également de données sur les gènes et protéines
les plus explicatifs de ces qualités. Une analyse bio-informatique de ces données a permis de constituer un
interactome fonctionnel (thèse N. Guillemin, Guillemin et al., 2011).
A partir de cet ensemble de connaissances et de données, la question de recherche à traiter au cours de ce
travail de thèse est « quels sont les mécanismes moléculaires qui lient la croissance du tissu adipeux à
celle du tissu musculaire, et quelles sont les conséquences de ces interactions pour la composition
corporelle des bovins et la qualité des carcasses ?». Sa réalisation permettra à terme d’identifier des cibles
biologiques qui pourraient être utilisées en production bovine afin de moduler par les facteurs d’élevage le
développement des muscles comparativement à celui des tissus adipeux en fonction des objectifs de production
(masse musculaire maigre ou masse musculaire+persillage).
Les objectifs du travail de thèse sont :
- De construire une base de données regroupant les protéines exprimées au cours de l’adipogenèse et de la
myogenèse bovine à partir des données produites à l’UMRH et issues de la bibliographie. Cette base de données
sera utilisée pour déterminer 1) si les précurseurs adipeux et musculaires partagent ou non des caractéristiques
cellulaires et moléculaires, et donc ont une origine cellulaire commune, 2) les spécificités et similitudes entre les
tissus adipeux et musculaires pour la régulation du partage des nutriments, 3) les interactions endocrines et
paracrines entre les tissus adipeux et musculaires. Ces différentes d’interactions entre les tissus adipeux et
musculaires ont été peu décrites expérimentalement mais sont fortement suggérées par la variabilité des dépôts
adipeux et du nombre de fibres musculaires induite par des facteurs intrinsèques (génotype, sexe) ou extrinsèques
(nutrition, environnement) à l’animal lors de sa croissance. En effet, les allométries de croissance respectives des
tissus (nerf, os, muscle et tissu adipeux) montrent que la vitesse relative de croissance du tissu adipeux augmente
quand celle du muscle diminue, et suggèrent une orientation préférentielle des nutriments vers le muscle puis vers
le TA. La fixation du nombre de fibres musculaires avant la naissance chez le bovin, est concomitante avec
l’apparition et la croissance par hyperplasie et hypertrophie des adipocytes. Ainsi, le tissu musculaire plus précoce
participerait à la régulation de la détermination et de la différenciation des précurseurs adipocytaires, ainsi qu’à la
régulation de l’hypertrophie des adipocytes durant les phases précoces de la croissance des tissus. Face à la
multiplicité des différents types d’interactions et à la multitude de données, une analyse bioinformatique permettra
de préciser les mécanismes clés d’interactions entre les tissus adipeux et musculaires, mécanismes à prouver
expérimentalement par la suite.
- D’analyser cette base de données par une démarche bioinformatique visant à identifier les fonctions biologiques
des protéines/gènes selon la « Gene Ontology », de regrouper et lier les protéines (interactomique) selon leurs
fonctions ou selon leurs voies de régulation connues ou mises en évidence par l’analyse des motifs protéiques,
d’identifier les protéines sécrétées par le tissu adipeux et/ou le muscle par la recherche de motifs caractéristiques
de la sécrétion des protéines…Les algorithmes de tels outils ont déjà été publiés et seront à adapter aux objectifs
de recherche d’interaction entre muscle et tissu adipeux, d’autres algorithmes seront à développer.
- D’utiliser l’expérience acquise dans ces analyses de données pour proposer un outil de type « workflow »
utilisable par les biologistes produisant et intégrant des données issues de leurs expérimentations utilisant la
transcriptomique et la protéomique ou souhaitant exploiter les résultats stockés dans les bases de données.
Environnement scientifique du doctorant :
L’ensemble du travail sera réalisé au sein de l’UMRH dans l’équipe AMUVI qui a généré les données à intégrer.
L’équipe AMUVI (12 scientifiques) est spécialisée dans l’étude de la croissance des muscles squelettiques et des
tissus adipeux en relation avec la qualité sensorielle et nutritionnelle de la viande bovine, la qualité des carcasses
et l’efficacité productive des bovins. Des chercheurs de cette équipe ont acquis des compétences en bioinformatique pour l’analyse simple et « manuelle » de leur données (Guillemin et al., 2011). Les compétences de
bio-informatique ou d’informatique nécessaires à l’automatisation des analyses de données, au développement de
« workflow », et à la mise en place du système en vue d’appréhender la grande quantité de données à analyser
requièrent une implication forte de Matthieu Reichstadt dans l’encadrement de cette thèse (bioinformaticien de
formation, IE en charge des «bases de données » à l’UMRH) et des collaborations fortes et à developper, avec des
laboratoires de bionformatique (Université Blaise Pascal et Unités CNRS à Clermont-Ferrand ; SIGENAE) avec
lesquels de premiers contacts ont été pris.
Le thésard devra de préférence avoir une formation en biologie et en bioinformatique.
Liste des 8 meilleures publications du Directeur de thèse de 2007 à 2011.
Schreurs N.M., Garcia F., Jurie C., Agabriel J., Micol D., Bauchart D., Listrat A., Picard B., 2008. Meta-analysis of
the effect of animal maturity on muscle characteristics in different muscles, breeds and sexes of cattle. Journal of
Animal Science, 86, 2872-2887. (IF 2,486)
Chelh I., Meunier B., Picard B., Reecy M.J., Chevalier C., Hocquette J.F., Cassar-Malek I., 2009. Molecular
profiles of Quadriceps muscle in myostatin-null mice reveal P13K and apoptotic pathways as myostatin targets.
BMC Genomics, 10, 196. (IF 3,93)
Oury M.P., Picard B., Briand M., Blanquet J.P., Dumont R., 2009. Interrelationships between meat quality traits,
texture measurements and physicochemical characteristics of M. restus abdominis from Charolais heifers. Meat
Science, 83 (2), 293-301. (IF 2,742)
Picard B., Cassar-Malek I., 2009. Evidence for expression of IIb myosin heavy chain isoform in some skeletal
muscles of Blonde d'Aquitaine bulls. Meat Science, 82, 30-36. (IF 2,742)
Cassar-Malek I., Picard B., Jurie C., Listrat A., Guillomot M., Chavatte-Palmer P., Heyman Y., 2010. Myogenesis is
delayed in bovine foetal clones. Cellular Reprogramming, 12, 191-201. (IF 2,692)
Picard B. Berri C., Lefaucheur L., Molette C., Sayd T. Terlouw, C., 2010. Skeletal muscle proteomics in livestock
production. Briefings in Functional Genomics and Proteomics. 9:259-278 (IF 4.102)
Bauchart D., Picard B., 2010 (Editeurs). Muscle et Viande des Ruminant Ouvrage des Editions QUAE, Versailles
(FRA), (Bauchart D. et Picard B. éd.), 246pp
Hocquette J.F., Meurice P., Brun J.P., Jurie C., Denoyelle C., Bauchart D., Renand G., Nute G.R., Picard B. 2011.
BIF-BEEF: A data warehouse for muscle biology to predict beef quality. Application to the relationship between
intramuscular fat content and flavour intensity. Anim. Prod. Sci. (in press).
Picard B., Barboiron, B., Chadeyron D., Jurie C., 2011. Protocol for high-resolution electrophoresis separation of
myosin heavy chain isoforms in bovine skeletal muscle. Electrophoresis, 32, 1804-1806 (IF : 3,077).
Liste des 8 meilleures publications du Co-Directeur de 2007 à 2011.
Bonnet M., Faulconnier Y., Leroux C. Jurie C., Cassar-Malek I., Bauchart D., Boulesteix P., Pethick D., Hocquette
J.F., Chilliard Y., 2007. Glucose-6-phosphate dehydrogenase and leptin are related to marbling differences among
Limousin and Angus or Japanese Black x Angus steers. Journal of Animal Science, 85, 2882-2894. (IF 2,486)
Jurie C., Cassar-Malek I., Bonnet M., Leroux C., Bauchart D., Boulesteix P., Pethick D. W., Hocquette J. F. 2007.
Adipocyte fatty acid-binding protein and mitochondrial enzyme activities in muscles as relevant indicators of
marbling in cattle. Journal of Animal Science, 85(10):2660-2609. (IF 2,486)
Kadanga A.K., Leroux C., Bonnet M., Chauvet S., Meunier B., Cassar-Malek I., Hocquette J.F., 2008. Image
analysis and data normalization procedures are crucial for microarray analyses. Genes Regulation and Systems
Biology, 2, 107-112. (IF 2,53)
Bonnet M., Delavaud C., Bernard L., Rouel J., Chilliard Y., 2009. Sunflower-seed oil, rapidly degradable starch
and adiposity up-regulate leptin gene expression in lactating goats. Domestic Animal Endocrinology. 37. 93-103.
(IF 1,65)
Bernard L., Bonnet M., Leroux C., Shingfield K. J., Chilliard Y., 2009. Effect of Sunflower-seed Oil and Linseed Oil
on Tissue Lipid Metabolism, Gene Expression and Milk Fatty Acid Secretion in Alpine Goats fed Maize Silage
Based Diets. Journal of Dairy Science, 92: 6083–6094. (IF 2,463)
Bonnet M, Cassar-Malek I, Chilliard Y, Picard B, 2010. Ontogenesis of muscle and adipose tissues and their
interactions in ruminants and other species. Animal 4: 1093-1109. (IF 1,882)
Cherfaoui M., Durand D., Bonnet M., Cassar-Malek I., Bauchart D., Thomas A., Gruffat D., 2011. Expression of
Limiting Enzymes Involved in the Biosynthesis of n-3 Long Chain Polyunsaturated Fatty Acids in Bovine Tissues.
Lipids, sous presse DOI: 10.1007/s11745-011-3644-z (IF 2,38)
Bernard L., Leroux C., Rouel J., Bonnet M., Chilliard Y., 2012. Effect of level and type of starchy concentrate on
tissue lipid metabolism, gene expression, and milk fatty acid secretion in Alpine goats receiving a diet rich in
sunflower oil. British Journal of Nutrition, sous presse DOI: 10.1017/S0007114511004181. (IF 3,446).
Liste des thèses dirigées ou co-dirigées par le Directeur de thèse de 2007 à 2011
Thibault Chaze, 20 Décembre 2007, bourse MRT, Université Blaise Pascal Clermont-Ferrand
Nicolas Guillemin, 16 Décembre 2010, Région Auvergne/INRA, Université Blaise Pascal Clermont-Ferrand
Liste des thèses dirigées ou co-dirigées par le co-directeur éventuel de 2007 à 2011
Hajer Taga, 25 Mars 2011, Bourse Ministère Recherche Tunisien/INRA, Université de Rennes
Liste des publications issues de la thèse des étudiants mentionnés ci-dessus (encadrés par Directeur et
co-directeur éventuel)
Chaze T., Bouley J., Chambon C., Barboiron C., Picard B., 2006. Mapping of alkaline proteins in bovine skeletal
muscle. Proteomics 6, 2571-2575. (IF :4,426)
Chaze T., Meunier B., Chambon C., Jurie C., Picard B., 2008. In vivo proteome dynamics during early bovine
myogenesis. Proteomics 8, 4236-4248. (IF :4,426)
Chaze T., Meunier B., Picard B., 2008. Description of in vivo bovine myogenesis using proteomic approach gives
new insights for muscle development. Archives of Animal Breeding, 51, 51-57.
Chaze T., Meunier B., Chambon C., Jurie C., Picard B., 2009. Proteome dynamics during contractile and metabolic
differentiation of bovine foetal muscle. Animal, 3 (7), 980-1000. (IF : 1,46)
Guillemin N., Cassar-Malek I., Hocquette J.F., Jurie C., Micol D., Listrat A., Levéziel H., Renand G. et Picard B.,
2009. La maîtrise de la tendreté de la viande bovine, un futur proche : identification de marqueurs phénotypiques.
INRA Production Animale, 22 : 331-344.
Picard B., Cassar-Malek I., Guillemin N., Bonnet M., 2010. Quest for novel muscle pathway biomarkers by
Proteomics in beef production. In: Murray Moo-Young (ed.), Comprehensive Biotechnology, Second Edition,
volume 4, pp. 395–405. Elsevier.
Guillemin N., Meunier B., Jurie C., Cassar-Malek I., Hocquette J F., Levéziel H., Picard B., 2009. Validation of a
Dot-Blot quantitative technique for large scale analysis of beef tenderness biomarkers. Journal of Physiology and
Pharmacology, 60 (Suppl 3): 91-97. (IF : 1,489)
Cassar-Malek I., Guillemin N., Hocquette J.F., Micol D., Bauchart D., Picard B., Jurie C., 2011. Expression of
DNAJA1 in bovine muscles according to developmental age and management factors. Animal 5 (6), 867-874. (IF
1,461). (IF : 1,46)
Guillemin N., Jurie C., Cassar-Malek I., Hocquette J.-F., Renand G., Picard B., 2011. Variations in the abundance
of 24 protein biomarkers of beef tenderness according to muscle and animal type. Animal 5, 885-894. (IF 1,46)
Guillemin N., Bonnet M., Jurie C., Picard B., 2011. Functional analysis of beef tenderness. Journal of proteomics,
75(2):352-365. (IF 5.074)
Taga H., Bonnet M., Picard B., Zingaretti M. C., Cassar-Malek I., S. Cinti, and Y. Chilliard., 2011. Adipocyte
metabolism and cellularity are related to differences in adipose tissue maturity between Holstein and Charolais or
Blond d’Aquitaine fetuses. Journal of Animal Science, 89: 711-721. (IF 2,466)
Taga H., Chilliard Y., Meunier B., Chambon C., Picard B., Zingaretti C., Cinti S., Bonnet M., 2012. Cellular and
molecular-large scale features of fetal adipose tissue: is bovine perirenal adipose tissue brown? Journal of Cellular
Physiology, 227 : 1688-1700 (IF 4,586)
Taga H., Chilliard Y., Picard B., Zingaretti M. C., Bonnet M., 2012. Foetal bovine intermuscular adipose tissue
exhibits histological and metabolic features of brown and white adipocytes during the last third of pregnancy.
Animal, sous presse DOI: 10.1017/S1751731111001716. (IF 1,461)
Devenir des anciens étudiants mentionnés ci-dessus
Nicolas Guillemin en post-doc à l’Université de Québec pour 2 ans (2011-2012).
Thibault Chaze a réalisé un post-doc de 18 mois au CEA Saclay (2009-2010) et est actuellement en CDD sur
Plateforme Protéomique de l’INRA de Jouy-en-Josas pour un an (2011-2012).
Hajer Taga est actuellement en post-doc (mai 2011-mai 2013) à l’université Laval de Quebec.
Contrats obtenus pendant la période 2007-2011
- MYOTEND, appel d’offre ANR Emergence 2006 (2007-2008) B Picard coordinatrice du programme : étude d’une
isoforme de chaîne lourde de myosine nouvellement identifiée dans le muscle bovin et en relation avec la tendreté
de la viande.
- MYOTROPHY, appel d’offre ANR Blanc 2008 (2009-2012) B Picard coordinatrice du programme, rôle du facteur
de croissance myostatine dans la balance atrophie/hypertrophie musculaire
- Phenotend, B Picard coordinatrice du programme, Mise au point d’un outil de phénotypage de la tendreté de la
viande bovine : puce à anticorps, financement APIS-GENE (2011-2013).
UMR1213 Herbivores, Equipe Animal Muscle Viande (Amuvi), Theix, 63122 saint-Genès-Champanelle
Directeur de thèse : Brigitte Picard (Dr-HRD), co-directeur Muriel Bonnet (CR1)
[email protected]
Optimisation de la qualité des carcasses et des viandes bovines : modélisation conceptuelle des
interactions moléculaires entre les tissus adipeux et musculaires chez le bovin.
La valeur économique des carcasses bovines dépend de la masse des tissus musculaires relativement à la masse
des tissus adipeux. Ce rapport masse maigre/masse grasse est un critère de la classification des carcasses dans
les filières de viande européenne. Ainsi la masse et la répartition anatomique des tissus adipeux conditionnent en
partie l’efficacité productive des ruminants. Des résultats obtenus à l’UMRH ont permis de décrire les cinétiques
d’expression d’un grand nombre de protéines qui participent à la croissance des tissus musculaires et adipeux
chez le bovin. Ce jeu de données est unique de par la quantité de mesures effectuées à la fois sur les tissus
adipeux et musculaires des mêmes bovins, et constitue une base solide et originale pour ce projet. A partir de ces
données et de celles issues de la bibliographie, la question de recherche à traiter par une démarche
bioinformatique est « quels sont les mécanismes moléculaires qui lient la croissance des tissus adipeux et
musculaire, et comment ces liaisons impactent les qualités des carcasses et des viandes bovines ? ». Ce travail
permettra d’identifier des cibles biologiques qui pourraient être utilisées en production de viande bovine afin de
moduler par les facteurs d’élevage le développement des muscles comparativement à celui des tissus adipeux.
Bonnet, et al. (2010) Ontogenesis of muscle and adipose tissues and their interactions in ruminants and other
species. Animal 4:1093-1109.
Picard, et al. (2010) Skeletal muscle proteomics in livestock production. Briefings in Functional Genomics and
proteomics 9:259-278.