Mécanismes épigénétiques du conditionnement précoce à la chaleur chez la caille – QuailHeatE

La première tâche du projet consiste à établir le protocole de TEC chez la caille et d'en étudier l’impact phénotypique en réalisant des mesures de températures, de poids et de ponte ainsi qu'en mesurant différents marqueurs métaboliques et de gaz du sang.

La seconde tâche du projet consiste à étudier les bases moléculaires de l'acclimatation à la chaleur induite par le TEC en se focalisant sur deux modifications épigénétiques dont la méthylation de l'ADN dans deux tissus (muscle, hypothalamus) à l’échelle de l’épigénome et par des approches ciblées à haut-débit.

La troisième tâche du projet consiste à étudier la transmission multigénérationnelle et transgénérationnelle des changements épigénétiques induits par la chaleur en déterminant l'effet cumulatif au niveau de l’épigénome de quatre générations consécutives de TEC et la transmission transgénérationnelle des changements épigénétiques sans réexposition au TEC.

La première tâche du projet consistant à caractériser l’impact du TEC sur le phénotype des cailles mâles et femelles dès l’éclosion jusqu’à 17 semaines d’âge a été réalisée. Deux traitements embryonnaires ont été appliqués (TEC et témoin) ainsi que deux traitements à 35 jours d’âge (stress thermique à 36°C pendant 7h et témoin à 21°C) permettant de tester l’impact du TEC sur la résistance à la chaleur des cailles exposées à la chaleur pendant l’embryogenèse. L’expérimentation s’est déroulée d’octobre 2016 à février 2017. L’analyse des résultats montre un effet du traitement sur le poids des animaux, la température externe acquise par thermographie, ainsi que d’autres paramètres métaboliques.

L’augmentation cyclique de la température d’incubation des œufs de caille japonaise des jours E0 à E13 de l’embryogenèse induit des changements physiologiques et métaboliques persistant pendant le développement post-éclosion des animaux.
Ces changements sont accompagnés de modifications du transcriptome et du méthylome de ces individus TEC dans l’hyptohalamus à l’éclosion.
Ainsi, la caille japonaise est un modèle prometteur pour étudier l’impact à long terme d’une fluctuation de l’environnement embryonnaire sur l’épigénome aviaire et le phénotype des oiseaux en croissance.

A simple PCR method for sexing Japanese quail Coturnix japonica at hatching. Coustham V., Godet E., Beauclair L. Br Poult Sci. 2017 Feb;58(1):59-62.

Le génome des eucaryotes répond de manière dynamique à l'environnement grâce à des changements épigénétiques qui peuvent être transmis durant le développement au cours des divisions cellulaires. En particulier, des variations précoces de l’environnement lors de l'embryogenèse peuvent induire des changements durables de l'activité des gènes par le biais d’altérations épigénétiques avec un impact significatif sur phénotype des individus et leur santé. L'épigénétique est donc un contributeur essentiel de la plasticité phénotypique, et comprendre comment des expositions environnementales façonnent l’épigénome pourrait permettre d’améliorer la robustesse et la résilience des animaux en développement. Un exemple prometteur est la stratégie de conditionnement à la chaleur (CC) pendant l'embryogenèse qui consiste à augmenter de manière cyclique la température d’incubation des œufs afin d’améliorer la résistance des oiseaux à la chaleur après l’éclosion sans nuire à leur croissance.
Dans QuailHeatE, nous allons tirer profit de ce modèle original pour étudier l'impact moléculaire de d’une exposition environnementale précoce. Nous utiliserons une stratégie globale combinant des approches de physiologie, de génomique, de biologie moléculaire et de bio-informatique pour comprendre comment l’environnement embryonnaire affecte l’épigénome des oiseaux tout au long de leur développement. Nous évaluerons les aspects multi- et transgénérationnels des changements épigénétiques associés au CC. Cette étude sera réalisée sur une lignée consanguine de caille japonaise, un modèle aviaire particulièrement adapté pour les études épigénétiques multigénérationnelles notamment grâce à son cycle de reproduction court et sa variabilité génétique limitée. Les trois objectifs du projet sont les suivants:
(1) Transposer le protocole de CC chez la caille. La tolérance thermique des animaux témoins et CC sera analysée en mesurant la réponse à un stress de chaleur au début de la maturité sexuelle (35 jours post-éclosion) et plusieurs paramètres physiologiques associés à l’acclimatation embryonnaire à la chaleur;
(2) Elucider les bases moléculaires de l'acclimatation à la chaleur induite par le CC. En se focalisant sur deux modifications épigénétiques (méthylation et hydroxyméthylation de l'ADN), nous explorerons l'impact du CC à l’échelle de l’épigénome 35 jours post-éclosion. Nous développerons ensuite une approche ciblée à haut débit afin de révéler de nouveaux aspects tels que la relation entre la durée de l'exposition environnementale et le niveau de modifications épigénétiques ou la stabilité de ces changements épigénétiques au cours du développement post-éclosion;
(3) Répondre à l'une des questions les plus ambitieuses dans le domaine de l'épigénétique en relation avec l’environnement, en étudiant à la fois les effets multigénérationnels et la transmission transgénérationnelle des changements épigénétiques induits par la chaleur chez les oiseaux. Pour cela nous déterminerons d’une part l'effet cumulatif au niveau de l’épigénome de quatre générations consécutives de CC, et d’autre part nous étudierons grâce à notre approche ciblée à haut débit la transmission transgénérationnelle des changements épigénétiques induits par le CC. Notre stratégie expérimentale contribuera à élucider les mécanismes potentiels de la transmission épigénétique transgénérationnelle chez les oiseaux potentiellement applicables à d'autres espèces animales.
En conclusion, cette étude devrait apporter des savoirs nouveaux sur l'impact du stress environnemental embryonnaire sur l'épigénome persistant, tout en révélant les bases moléculaires de l'acclimatation à la chaleur. Ce projet repoussera les frontières de nos connaissances fondamentales sur l'épigénétique à l'interface entre l'environnement et le développement des vertébrés tout en permettant le développement d’outils innovants pour la filière avicole.