Caractérisation moléculaire des procaryotes et facteurs de variation des écosystèmes digestifs chez deux mammifères herbivores: approche comparée vache/lapin

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Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8
THÈSE En vue de l'obtention du DOCTORAT DE L'UNIVERSITÉ DE TOULOUSE Délivré par Institut National Polytechnique de Toulouse Discipline ou spécialité : Pathologie, Toxicologie, Génétique et Nutrition JURY L. Fortun-Lamothe Directrice de thèse V. Monteils Co-encadrante G. Fonty Rapporteur P. Dabert Rapporteur F. Garabetian Examinateur J.J. Godon Examinateur Ecole doctorale : Sciences Ecologiques, Vétérinaires, Agronomiques et Bioingénieries Unité de recherche : UMR 1289 TANDEM Tissus, Animaux, Nutrition,Digestion, Ecosystème, Métabolisme Directeur(s) de Thèse : L. Fortun Lamothe Rapporteurs : G. Fonty, P. Dabert Présentée et soutenue par Rory MICHELLAND Le 01-10-2009 Titre : Caractérisation moléculaire des procaryotes et facteurs de variation des écosystèmes digestifs chez deux mammifères herbivores: approche comparée vache/lapin

  • doctorat

  • membres du comité de pilotage pour le temps consacré

  • effuents d'élevage et des déchets municipaux


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THÈSE


En vue de l'obtention du

DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ DE TOULOUSE DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ DE TOULOUSE

Délivré par Institut National Polytechnique de Toulouse
Discipline ou spécialité : Pathologie, Toxicologie, Génétique et Nutrition


Présentée et soutenue par Rory MICHELLAND
Le 01-10-2009

Titre : Caractérisation moléculaire des procaryotes et facteurs de variation des
écosystèmes digestifs chez deux mammifères herbivores: approche comparée vache/lapin

JURY
L. Fortun-Lamothe Directrice de thèse
V. Monteils Co-encadrante
G. Fonty Rapporteur
P. Dabert Rapporteur
F. Garabetian Examinateur
J.J. Godon Examinateur

Ecole doctorale : Sciences Ecologiques, Vétérinaires, Agronomiques et Bioingénieries
Unité de recherche : UMR 1289 TANDEM
Tissus, Animaux, Nutrition,Digestion, Ecosystème, Métabolisme
Directeur(s) de Thèse : L. Fortun Lamothe
Rapporteurs : G. Fonty, P. Dabert


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2
REMERCIEMENTS

Le travail présenté dans cette thèse de doctorat a été réalisé à l’UMR 1289 TANDEM
(Tissus Animaux, Nutrition, Digestion, Ecosystème, Métabolisme).
Je tiens à remercier les personnes qui ont accepté de participer au jury de ce travail :
G. Fonty (Microorganismes: génome et environnement, CNRS), P. Dabert (Gestion des
effuents d’élevage et des déchets municipaux, CEMAGREF) qui me font l’honneur d’être
rapporteurs et F. Garabetian (Environnements et Paléoenvironnements Océaniques, Université
de Bordeaux) et J.J. Goddon (Laboratoire de Biotechnologie de l'Environnement, INRA)
d’avoir accepté de participer à ce jury.
J’adresse mes remerciements à L. Fortun-Lamothe (Directeur de thèse), V. Monteils
(Co-directeur de thèse), T. Gidenne (animateur de l’axe nutrition et écosystèmes digestifs)
pour m’avoir fait confiance, encadré, soutenu et s’être investi au cours de ce projet. Je tiens à
remercier S. Combes et L. Cauquil pour leur investissement dans ce travail. Je remercie
également le directeur du laboratoire X. Fernandez. Je remercie S. Lek et la commission
scientifique de l’école doctorale SEVAB pour leur confiance témoignée lors de l’attribution
de la bourse MRT.
J’adresse mes remerciements à l’ensemble des personnes qui ont contribué à la
réalisation de ces travaux :
• les membres du comité de pilotage pour le temps consacré et les discussions : E.
Forano (Unité de Microbiologie, INRA) et J. Hamelin (Laboratoire de Biotechnologie
de l'Environnement, INRA).
• S. Dejean (Institut de Mathématiques de Toulouse, Université Paul Sabatier) pour son
aide sur la partie bioinformatique et biostatistique de ce travail.
• le personnel de l’UMR qui m’a soutenu, s’est investi dans ce travail et pour la bonne
ambiance : P. Aymard, C. Bannelier, V. Bataille, Jacques De Dapper, Jean De Dapper,
C. Dufresne, R. Dufresne, B. Gabinaud, A. Lapanouse, H. Manse, C. Molette, B.
Santacruz, M. Segura, S. Seidlinger et V. Tartie.
• le personnel de l’UMR que j’ai moins côtoyé pendant ces 3 ans. A. Auvergne, C.
Bayourthe, R. Babile, M. Bouillet Oudot, M.L. Chemit, Y. Farizon, F. Enjalbert, N.
3
Marty-Gasset, M.C. Nicot, C. Pautot, H. Remignon, A. Troegeler, Z. Vitezica et Z.
Whadi-moussa.
Enfin un grand remerciement aux personnes ayant séjournées au bureau E212 pour
l’ambiance et les discussions : M. Kimse, M. Martignon, S. Murr, A. Zened, E. Oliveira, J.
Garvanèse, I. Wane, U.N. Tran, F. Nice, C. Assemat, V. Soulie, A. Akoutey. Merci
également aux (anciens) doctorants pour leur aide précieuse C. Julien, J.P. Marden, Y.
Magloire et L. Theron.
Merci également à tous les amis, à la famille, pour leur aide permanente. Enfin, un
merci tout particulier à E. Pillet, ma vieille branche, pour son soutien et ces discussions
teintées de métaphysique sur le doctorat, la recherche et la vie en générale.

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PUBLICATIONS ET COMMUNICATIONS ISSUES DE LA THESE

PUBLICATIONS SCIENTIFIQUES DANS DES REVUES A COMITE DE LECTURE DE RANG A

1. R.J. Michelland, V. Monteils, A. Zened, S. Combes, L. Cauquil, T. Gidenne, J. Hamelin,
L. Fortun-Lamothe 2009 Spatial and temporal dynamics of bacterial community in
the bovine digestive tract. Journal of applied microbiology. 107(45): 1642-1650

2. R.J. Michelland, S. Combes, V. Monteils, L. Cauquil, T. Gidenne, L. Fortun-Lamothe
2009 Molecular analysis of the bacterial community in the digestive tract of rabbit.
Anaerobe (in press)

3. R.J. Michelland, S. Dejean, S. Combes, L. Fortun-Lamothe, L. Cauquil 2009
StatFingerprints: a friendly graphical interface program for processing and analysis
of microbial fingerprint profiles. Molecular ecology resources. 9(5): 1359-1363

4. R.J. Michelland, S. Combes, V. Monteils, L. Cauquil, T. Gidenne, L. Fortun-Lamothe
Comparison of the archaeal community in the fermentative compartments and feces
of the cow and the rabbit(in prep.)

5. R.J. Michelland, V. Monteils, S. Combes, L. Cauquil, T. Gidenne, L. Fortun-Lamothe 2-
months dynamic of the rumen predominant bacterial divisions in response to a
nutritional disturbance (in prep.)

6. R.J. Michelland, S. Combes, V. Monteils, L. Cauquil, T. Gidenne, L. Fortun-Lamothe
Rapid adaptation of the bacterial community in the rabbit cæcum to a reduction of
dietary fiber supply (in prep.)

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COMMUNICATIONS EN CONGRES ET JOURNEES D’ANIMATIONS

1. R.J. Michelland, V. Monteils, A. Zened, S. Combes, L. Cauquil, T. Gidenne, L. Fortun-
Lamothe (2007) Caractérisation des communautés bactériennes dans le rumen et les
fecesde bovins adultes par PCR-SSCP. Colloque d'écologie microbienne, La Grande
Motte, France, pp.71.

2. R.J. Michelland, S. Combes, L. Cauquil, T. Gidenne, V. Monteils, L. Fortun-Lamothe
(2007) Caractérisation comparée des communautés bactériennes du contenu cæcal,
des cæcotrophes et des feces dures chez le lapin adulte par CE-SSCP des gènes
codant pour l'ARN 16S. 12ème journée de la recherche cunicole, Le Mans, France,
pp.77-80.

3. R.J. Michelland, S. Combes, L. Cauquil, T. Gidenne, V. Monteils, L. Fortun-Lamothe
(2008) Characterization of bacterial communities in cæcum, hard and soft feces of
rabbit using 16S rRNA genes capillary electrophoresis single-strand conformation
polymorphism (CE-SSCP) 9th world rabbit congress, Verona, Italy, pp.294.

4. R.J. Michelland, S. Combes, L. Cauquil, T. Gidenne, V. Monteils, L. Fortun-Lamothe
(2008) Comparative study of archaeal community in the digestive ecosystem of the
rabbit and cow reveals strong host species and compartment effects Gut microbiome
6th INRA-RRI symposium, Clermont Ferrand, France, pp.50.

5. R.J. Michelland, S. Combes, L. Cauquil, V. Monteils, T. Gidenne, L. Fortun-Lamothe
(2007) Caractérisation comparée des communautés bactériennes du contenu cæcal,
èmedes cæcotrophes et des faeces dures chez le lapin par PCR-SSCP. 2 journée
d'animation scientifique du département de physiologie animale et système d'élevage de
l'INRA, Tours, France, pp.107.

6. R.J. Michelland, S. Combes, L. Cauquil, T. Gidenne, V. Monteils, L. Fortun-Lamothe
(2009) Comparative study of the archaeal community in the digestive tract of the
6
rabbit and the cow reveals strong host species and compartment effects. Journée
scientifique de la SEVAB, Castanet Tolosan, France.

7. R. J. Michelland, V. Monteils, S. Combes, L. Cauquil, T. Gidenne, L. Fortun-Lamothe
(2009) Les archaea dans le tube digestif des herbivores domestiques : comparaison
èmevache / lapin. 2 journée de la recherche de l’ENSAT, Castanet Tolosan, France.

8. R.J. Michelland, S. Combes, V. Monteils, L. Cauquil, T. Gidenne, L. Fortun-Lamothe
(2009, submitted) Adaptation rapide de la communauté bactérienne cæcale du lapin
èmeà une réduction du taux de fibres alimentaires. 3 journée d'animation scientifique
du département de physiologie animale et système d'élevage de l'INRA, Tours, France.

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TABLE DES MATIÈRES
Remerciements................................................................................................................................... 3

Publications et communications issues de la thèse.......................................................................... 5
Publications scientifiques dans des revues à comité de lecture de rang A ...................................................... 5
Communications en congrès et journées d’animations ................................................................................... 6

Table des matières ............................................................................................................................. 9
Liste des tableaux............................................................................................................................. 15 figures................................................................................................................................ 17
Liste des abbréviations.................................................................................................................... 21

INTRODUCTION GENERALE .......................................................................................... 23

ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE ............................................................................................ 27

Chapitre 1 - Les fermenteurs digestifs chez les mammifères herbivores.................................... 29
I. Définition d’un fermenteur digestif ........................................................................................................... 29
II. Rôle physiologique et Evolution des fermenteurs digestifs...................................................................... 29
III. Tractus gastro-intestinal et fermenteurs digestifs des mammifères......................................................... 30
III.A. Particularités chez les carnivores et omnivores ................................................................................................. 31
III.B. Particularités chez les herbivores....................................................................................................................... 33
III.B.1. Petits herbivores: stratégie du fermenteur cæcal ........................................................................................ 33
III.B.2. Grands herbivores : stratégie du fermenteur colique.................................................................................. 33
III.B.3.e: straté fermenteur stomacal.............. 35
IV. Approche comparative : le choix des modèles « vache » et « lapin »..................................................... 35
V. Le modèle vache ...................................................................................................................................... 35
V.A. Le fermenteur majeur : le réticulo-rumen........................................................................................................... 35
V.A.1. Anatomie..................................................................................................................................................... 35
V.A.2. Stratification du contenu réticulo-ruminal................................................................................................... 37
V.A.3. Transit du bol alimentaire dans le réticulo-rumen et rumination................................................................. 37
V.A.4. Absorption dans l’omasum ......................................................................................................................... 38
V.A.5. Dégradation des micro-organismes dans l’abomasum ................................................................................ 38
V.B. Les fermentateurs mineurs : le côlon et le cæcum .............................................................................................. 38
VI. Le modele lapin ...................................................................................................................................... 39
VI.A. Dégradation du bol alimentaire avant le cæcum............................................................................ 39
VI.B. Anatomie du cæcum.......................................................................................................................................... 40
VI.C. Anatomie du côlon.................................... 41
VI.D. Cæcotrophie ...................................................................................................................................................... 42
VI.E. Cæcotrophes et crottes dures ............................................................................................................................. 43
VII. Comparaison des fermenteurs digestifs de la vache et du lapin............................................................. 45

Chapitre 2 - écologie comparée des fermenteurs digestifs ........................................................... 47
I. Le microbiote............................................................................................................................................. 47
I.A. Généralité............................................................................................................................................................. 47
I.B. Les bactéries......................................................................................................................................................... 49
I.B.1. Une forte proportion de bactéries.................................................................................................................. 50
I.B.2. Une faible diversité au sein des grandes divisons taxonomiques.................................................................. 50
I.B.3. Une forte diversité au niveau spécifique et intra-spécifique ......................................................................... 51
I.C. Les archaea.......................................................................................................................................................... 52
I.D. Les eucaryotes...................................................................................................................................................... 55
I.D.1. Les protozoaires............................................................................................................................................ 55
I.D.1.1. Les ciliés............................... 56
I.D.1.2. Les flagellés...................................................................................................................................... 57
I.D.2. Les champignons................................. 57
I.D.2.1. Les Chytridiomycetes ....................................................................................................................... 57
I.D.2.2. Les Eurotiomycètes........................................................................................................................... 58
I.D.2.3. Les Saccharomycetes................................................................................................... 58
I.E. Les entités biologiques...................................... 58
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