Study of the functional role of the gut microbiota in adaptation to a sub-optimal diet and in feed efficiency in laying hens using a multi-omics approach. | Étude du rôle fonctionnel du microbiote intestinal dans l'adaptation à un régime sous optimal et dans l'efficience alimentaire de la poule pondeuse en utilisant une approche multi-omique.

Inglés. Chickens are the most widely exploited farmed animal species in the world, and eggs, in addition to their undeniable nutritional qualities, represent the least expensive animal-based resource for human consumption. The poultry industry strives to optimize production, in particular by improving feed efficiency, an important factor in ensuring farm profitability while reducing environmental impact. This complex trait is influenced by genetics and the environment, but more and more studies are also confirming the role of the intestinal microbiota. It is involved in the breakdown of food and produces numerous metabolites that protect the host and influence its metabolism. Several associations have been established between the microbiota and growth, health, performance and feed efficiency traits.This thesis presents an analysis of the caecal microbiota of laying hens from two lines divergently selected for feed efficiency. As diet influences both feed efficiency and microbiota composition, these two lines were fed two diets, one optimal and the other reduced in energy and enriched in fiber. To characterize the microbial ecosystems, three omics approaches were used: metabarcoding sequencing targeting the 16S rRNA gene, metagenomics (full DNA sequencing) and metatranscriptomics (full RNA sequencing). While metabarcoding enables less resolutive characterization of microbial communities and functions than the other two, the latter are more costly and present significant experimental and methodological challenges.This thesis therefore aims to answer biological and methodological questions: i) to identify the role of the caecal microbiota in the feed efficiency of laying hens, ii) to assess the impact of diet on the microbiota and its role in feed efficiency, iii) to compare different omics approaches to answer these questions.Analysis of these data revealed differences in taxonomic and functional compositions, both by line and by diet. Furthermore, hypotheses concerning the role of the microbiota in animal feed efficiency are conditioned by the diet used to feed the animals. In particular, they involve the capacity to degrade various carbohydrates (starch or indigestible fibers) and result in the differentiated production of short-chain fatty acids known to influence host metabolism. From a methodology analysis perspective, tools and strategies have been compared to establish a processing chain for these sequences, while highlighting obstacles and difficulties requiring future development.This thesis provides new insights into the role of the microbiota in the feed efficiency of laying hens, with particular emphasis on its metabolic functions. It also highlights the advantages and limitations of the three omics techniques used. Further analysis is needed, however, to integrate the results from these different omics approaches more completely, and to refine the identification of the microbial activities involved.

Francés. La poule est l'espèce animale d'élevage la plus exploitée dans le monde, et les oeufs, en plus d'avoir des qualités nutritives indéniables, représentent, pour l'homme, la ressource d'origine animale la moins coûteuse. Les industries avicoles s'efforcent d'optimiser leur production, notamment en améliorant l'efficience alimentaire, un caractère important pour assurer la rentabilité des élevages tout en réduisant leur impact environnemental. Ce caractère complexe est sous l'influence de la génétique et de l'environnement, mais de plus en plus d'études confirment également le rôle du microbiote intestinal. Celui-ci participe à la dégradation des aliments et produit de nombreux métabolites qui protègent l'hôte et influencent son métabolisme. Ainsi, plusieurs associations ont été établies entre le microbiote et des caractères de croissance, de santé, de performance et d'efficience alimentaire.Cette thèse propose une analyse du microbiote cæcal de poules pondeuses issues de deux lignées sélectionnées de façon divergente sur leur efficience alimentaire. Le régime alimentaire influençant à la fois l'efficience alimentaire et la composition du microbiote, ces deux lignées ont été nourries avec deux régimes alimentaires, l'un optimal et l'autre réduit en énergie et enrichi en fibres. Pour caractériser les écosystèmes microbiens, trois approches omiques ont été utilisées : le séquençage métabarcoding ciblant le gène de l'ARNr 16S, la métagénomique (séquençage complet des ADN) et la métatranscriptomique (séquençage complet des ARN). Alors que le métabarcoding permet une caractérisation des communautés microbiennes et des fonctions moins résolutive que les deux autres, ces dernières sont plus coûteuses et présentent des défis expérimentaux et méthodologiques importants.Cette thèse a donc eu comme objectifs de répondre à des questions biologiques et méthodologiques : i) identifier le rôle du microbiote cæcal dans l'efficience alimentaire des poules pondeuses, ii) évaluer l'impact du régime alimentaire sur le microbiote et sur son rôle dans l'efficience alimentaire, iii) comparer les différentes approches omiques pour répondre à ces questions.L'analyse de ces données a permis de mettre en évidence des différences de compositions taxonomiques mais également fonctionnelles, à la fois selon la lignée et selon le régime. En outre, les hypothèses du rôle du microbiote dans l'efficience alimentaire des animaux sont conditionnées au régime utilisé pour nourrir les animaux. Elles impliquent notamment des capacités de dégradation de carbohydrates variés (amidon ou fibres indigestes) et aboutissent à une production différenciée d'acides gras à chaîne courte connus pour influencer le métabolisme de l'hôte. Du point de vue de la méthodologie d'analyse, des outils et des stratégies ont été comparés pour mettre en place une chaîne de traitement de ces séquences, tout en mettant en évidence des verrous et des difficultés méthodologiques, nécessitant de futurs développements.Cette thèse apporte de nouveaux éléments sur le rôle du microbiote dans l'efficience alimentaire des poules pondeuses, avec un accent particulier sur ses fonctions métaboliques. Elle souligne également les avantages et les limites des trois techniques omiques utilisées. Des analyses complémentaires sont toutefois nécessaires pour intégrer de façon plus complète les résultats issus de ces différentes approches omiques et pour affiner l'identification des activités microbiennes impliquées.