Chapeau

Croissance, développement et robustesse : doit-on attendre l’éclosion pour réagir ? L’enrichissement de l’œuf en certains nutriments d’intérêt constitue une nouvelle stratégie de production qui vise à améliorer la qualité du poussin au démarrage, augmenter l’efficience de son métabolisme et obtenir des animaux adultes plus robustes pouvant s’adapter à des conditions d’élevage données tout en maîtrisant l’élaboration de produits de qualité.

Introduction

La population mondiale ne cesse de croître. Les besoins tant en céréales qu’en viande augmentent considérablement. La volaille constitue une source de protéines animales plébiscitée par l’homme, rapide à produire, peu chère et non concernée par les interdits religieux. La production de volailles est en constante progression (+ 2 % par an avec 107 MT en 2013) et occupe le second rang mondial derrière la viande de porc (114 MT) et loin devant la viande bovine (68 MT) (encadré 1).

Encadré 1. Évolution de la production mondiale des viandes (en Millions de Tonnes) (Source : Rapport annuel « Perspectives agricoles de l’OCDE et de la FAO », 2014).

En 2014, la production mondiale de viande de volailles était estimée à 110,5 MT, soit une augmentation de plus de 3 % par rapport à 2013 (107 MT). Les perspectives agricoles de la FAO montrent que l’on peut s’attendre à une progression de la production de viande de volailles de 1,8 % par an de 2015 à 2024. La filière volaille deviendrait alors d’ici 2020, la première production de viande dans le monde.

Pour répondre à cette demande croissante, les poulets de chair ont été principalement sélectionnés pour une vitesse de croissance rapide. L’augmentation de poids corporel de poulets de chair par an est de l’ordre de 3,3 % par an (Zuidhof et al., 2014) (figure 1). Le poulet étant abattu à un poids objectif allant de 1,7 à 3,5 kg vif, l’augmentation des vitesses de croissance a permis une diminution de l’ordre de 1 jour par an de l’âge d’abattage. En Europe, la durée d’élevage est de moins de 6 semaines pour des poulets de chair « standard » (Arnould et al., 2011). Le squelette et les systèmes immunitaire et cardio-vasculaire n’ont pas suivi l’augmentation massive de la masse musculaire (Havenstein et al., 2003 ; Tona et al., 2003 ; Hocking, 2010).

Cette stratégie de sélection s’est inévitablement accompagnée d’effets indésirables tels qu’une fréquence plus importante de cas d’ascites, l’apparition de défauts de squelette et de viande, une certaine immunosuppression chez les animaux, une augmentation de leur sensibilité à des maladies infectieuses et de l'incidence de maladies métaboliques (Emmerson et al., 1997 ; Decuypere et al., 2003 ; Havenstein et al., 2003). Il est à noter que les besoins alimentaires ont été établis essentiellement sur la base des performances de croissance des animaux jeunes sans prendre en compte d’autres fonctions telles que la fonction immunitaire ou plus largement la valence « santé ». Pour ce qui est des reproducteurs, une alimentation ad libitum conduit à une obésité excessive avec une capacité de reproduction très faible, une morbidité et un taux de mortalité élevés. Cette pratique a par ailleurs un impact sérieux sur le bien-être des oiseaux (Decuypere et al., 2006 et 2010, De Jong et Guémené, 2011) et sur l'intégrité des animaux, qui va au-delà des préoccupations de santé et de bien-être (Decuypere et al., 2010). L'intégration des deux aspects croissance et reproduction est relativement incompatible et est reconnue comme le paradoxe « croissance rapide versus reproduction – santé ».

Figure 1. Évolution des poids vifs des poulets de chair non sélectionnés de 1957 et 1977, et du poulet Ross 308 (2005) (Adapté de Zuidhof et al., 2014).

Dans la filière « poulet de chair », une restriction alimentaire des reproducteurs est donc réalisée pour maximiser la production d'œufs et de poussins. De nos jours, les reproductrices reçoivent en moyenne 25 % de ce qu'elles consommeraient normalement en mode ad libitum. Cette restriction alimentaire sévère permet de maintenir la trajectoire du poids corporel dans des limites bien définies afin d'assurer une performance de reproduction correcte à l'âge adulte. Elle impacte cependant négativement la progéniture. En effet, la restriction des reproducteurs, les niveaux de production d’œufs soutenus ou autres stress peuvent faire varier la composition de l’œuf, qui peut alors être déficitaire en nutriments critiques nécessaires au bon démarrage du poussin. Dans ces conditions, et avec un délai entre l’éclosion et la mise en place en élevage pouvant aller jusqu’à 48 à 72 heures, ainsi que des conditions de transport souvent sub-optimales, la période de démarrage (1ère semaine post-éclosion) est alors délicate, et les performances significativement impactées.

Chez les animaux en croissance, tout changement quantitatif (niveaux d'énergie et de protéines...) ou qualitatif (type de régime alimentaire, apport en nutriments ou schéma de distribution...) dans l'alimentation affecte le métabolisme. Cela a des conséquences sur la consommation d'énergie, l'efficacité alimentaire, la répartition des éléments nutritifs entre les tissus ou les organes et donc sur la composition corporelle et la qualité de la viande (Tesseraud et al., 2014). Cette remarque est aussi valable pour un embryon en cours de développement. Une supplémentation en nutriments de l’œuf via l’alimentation maternelle ou via des injections in ovo (« in ovo feeding ») sont alors des stratégies innovantes pour optimiser l’apport de nutriments à l’embryon et améliorer les conditions de démarrage des poussins et leur robustesse. La période d'incubation et la première semaine d'âge sont essentielles pour leur santé, leur bien-être et leurs performances de croissance (Bigot et al., 2003 ; Yassin et al., 2009). La finalité de telles approches est d’optimiser les apports nutritionnels des reproductrices, des embryons en développement et/ou des poussins au démarrage dans le but d’obtenir des poussins de meilleure qualité en termes de robustesse, croissance et/ou composition corporelle en tirant parti de la plasticité embryonnaire d’utilisation des nutriments.

1. Sources et nature des nutriments et molécules actives disponibles pour l’embryon en développement

La durée du développement embryonnaire de l’oiseau varie en fonction de celle de la vie de l’oiseau car toutes deux correspondent à sa vitesse de croissance. Elle varie de 10 jours chez le Vacher (Molothrus sp.) à 80 jours chez l'Albatros royal. Les canards ont besoin de 28 à 36 jours (respectivement pour le Pekin et le Barbarie) ; les oies, de 30 à 35 jours et les poulets domestiques de 21 jours. Quand non précisé, l’espèce dont il sera question dans la suite du texte sera le poulet. Comme le poids d’abattage des animaux est atteint de plus en plus tôt (entre 35-42 jours), le développement embryonnaire représente 33 à 38 % de la vie d’un poulet de chair moderne. Quand on englobe la période d’incubation et la période périnatale (jusqu’à 4 jours après éclosion), l’ensemble représente plus de 50 % de la vie de l’animal (Druyan 2010). Chez les vertébrés ovipares (comme les oiseaux), le développement embryonnaire s'effectue totalement dans l’œuf, indépendamment de la mère. L’œuf constitue alors une enceinte close naturelle qui renferme tous les éléments nécessaires à la survie, au développement et à la protection d’un embryon lorsqu’il est incubé dans de bonnes conditions (température, humidité et retournement) (encadré 2). L’embryon utilise les nutriments de l’œuf sans possibilité d’élimination de déchets, puisque seuls les échanges gazeux se font avec le milieu extérieur.

La défense physique de l’embryon est assurée en premier lieu par la coquille, qui constitue une enveloppe protectrice. Formée de cristaux de carbonate de calcium, la coquille est poreuse. Elle permet ainsi les échanges gazeux mais induit des pertes en eau. Trois annexes permettent à l’embryon de se développer indépendamment de la mère. L'amnios délimite la cavité dans laquelle baigne l'embryon. Il isole l'embryon et le protège. Le sac vitellin, dont la paroi est très vascularisée, renferme les réserves vitellines (vitellus ou jaune). Le sac allantoïque sert de réservoir des déchets notamment azotés (acide urique) éliminés par l'embryon. Sa paroi vascularisée (membrane chorioallantoïque) constitue le site d'échanges respiratoires (via les pores de la coquille). En outre, des minéraux de la coquille peuvent être absorbés au niveau de ce sac allantoïque et transférés à l'embryon pour la calcification de son squelette. C’est également un organe de stockage pour de nombreux acides aminés libres et composés apparentés. Ces composés sont importants pour la nutrition de l'embryon pendant la phase d'incubation tardive (Schéma adapté de Da Silva, 2017).

Encadré 2. L’œuf à couver et les annexes embryonnaires.

La principale source de nutriments de l’embryon pendant les deux premières semaines de son développement est le vitellus ou jaune, majoritairement composé de lipides et de protéines. La teneur en glucides de l’œuf est très limitée : sa concentration est inférieure à 1 % des nutriments totaux et le pourcentage de glucose libre n’est que de l’ordre de 0,3 % (Campos et al., 2011). Dans le sac vitellin, à l’exception des immunoglobulines, l’essentiel des protéines, les triglycérides, les phospholipides et le cholestérol sont synthétisés par le foie de la poule reproductrice. Les lipides et les protéines représentent respectivement 62,5 et 33 % de la matière sèche du jaune (Powrie et al., 1986). Les lipides sont la principale source d'énergie pour l’embryon en développement (Moran, 2007 ; Cherian, 2015). L’ensemble des protéines du jaune d’œuf constitue aussi une réserve de nutriments. Outre leur valeur nutritive, de nombreuses protéines présentent aussi des activités biologiques propres, de transport et de stockage de vitamines (« riboflavin-binding protein », « vitamin-D-binding protein », avidine) ou d’ions métalliques (ovotransferrine, phosvitine), d’activités inhibitrices de lipases (apovitellenine), etc. (Bourin, 2011). Enfin, le jaune contient aussi des molécules liposolubles telles que les vitamines A, D, E et les caroténoïdes. Ces derniers proviennent exclusivement de l’alimentation maternelle. Des molécules possédant un potentiel antimicrobien sont également présentes dans le jaune d’œuf (Bourin et al., 2011).

À partir de 14 jours de développement, l’embryon sera entouré d’une double enveloppe, l’amnios et l’allantoïde. Dans ce dernier tiers de développement pour la poule, l’embryon aura donc accès à d’autres nutriments présents dans ces deux annexes (riches en eau et en protéines). Après vingt jours, le poussin est dans sa position d'éclosion, le bec a percé la chambre à air, et la respiration pulmonaire a commencé. Après 21 jours d'incubation, le poussin sort finalement de sa coquille. L'allantoïde, qui lui a servi de poumons, sèche car le poussin utilise ses propres poumons. Lors de l'éclosion, l'amnios et l'allantoïde sont éliminés avec la coquille, l'albumen a été utilisé et le vitellus restant se rétracte dans l'abdomen de l'animal. Le poussin passe alors d’une alimentation principalement lipidique et protéique à une alimentation glucidique dès lors qu’il est transporté et mis en place chez l’éleveur avec accès à une alimentation riche en céréales.

2. Modifications de l’environnement de l’embryon via l’alimentation maternelle et conséquences sur l’élaboration des phénotypes de la descendance

Le développement de l’embryon dépend de l’environnement dans lequel il baigne et des nutriments disponibles. Une voie de modulation de la composition de l’œuf est la modification du régime alimentaire de la mère (Kidd et al., 2005 ; Rao et al., 2009) (figure 2). Cet environnement peut être modulé et influencer le développement physiologique et morphologique des embryons, avec pour conséquence des effets sur l’élaboration du phénotype des poussins (Ho et al., 2011). Des liens entre la nutrition parentale, la composition de l’œuf et le comportement ultérieur des animaux (Aigueperse et al., 2013), leurs performances (Bergoug et al., 2013), et leur sensibilité aux maladies ont été établis. Les mécanismes sous-jacents à ces effets maternels ne sont pas toujours complètement décryptés ni compris.

Figure 2. Évènements nutritionnels précoces susceptibles de moduler la programmation métabolique et le phénotype des animaux (Adapté de Da Silva, 2017 et de Métayer-Coustard et al., 2017).

2.1. Modifications du phénotype de poussins suite à des pratiques d’élevage vécues par leur mère

En plus de la sévérité de la restriction alimentaire appliquée aux reproductrices, le moment et la durée de la restriction alimentaire pendant la période d'élevage sont des facteurs déterminants pour les performances de ponte ultérieures et l’élaboration du phénotype des descendants. Une restriction alimentaire avant le début de la maturité sexuelle, par exemple, peut affecter toute une gamme d'hormones circulantes comme les hormones thyroïdiennes ou les hormones somatotropes (Bruggeman et al., 1999). Or, ces hormones influencent les performances ultérieures de la descendance.

Un déficit en protéines ou le jeûne modifient également le statut endocrinien des animaux (Scanes et Griminger, 1990). Des modifications hormonales dans l’œuf ont été mises en évidence dans le cadre de programmes de distribution de régimes à faible teneur en protéines (Rao et al., 2009). Ce régime modifiait à la fois le taux de ponte et le poids des œufs mais aussi la quantité de leptine dans le jaune ainsi que l’expression d’un certain nombre de gènes exprimés au niveau du sac vitellin, de l’hypothalamus ou du muscle des descendants. Les poussins présentaient un poids plus faible à l’éclosion mais une croissance post-éclosion plus rapide. Plus récemment, il a été montré que des régimes jouant sur les teneurs en protéines, administrés à des femelles, impactaient négativement les performances de reproduction mais amélioraient les performances des descendants (Lesuisse et al., 2017). Les auteurs ont également pu mettre en évidence des effets multigénérationnels de ce type de régime sur les performances des descendants (Lesuisse et al., 2018a et 2018b ; Li et al., 2018).

Des effets maternels ont aussi été décrits sur le développement et la composition corporelle de poussins issus de mères restreintes. Ces descendants, nourris ad libitum, présentaient une croissance moindre et une plus forte adiposité comparés à des animaux dont les mères étaient moins restreintes (van der Waaij et al., 2011). Ce management a engendré des pertes économiques non négligeables du fait d’une réduction de la masse corporelle des animaux et d’une diminution de leur efficacité alimentaire. Spratt et Leeson (1987) ont aussi montré des différences de dépôt protéique et d’adiposité des carcasses sur des animaux issus de poules reproductrices nourries avec des régimes différant de par leur teneur en énergie et en protéines.

Outre leur valeur nutritionnelle, les régimes alimentaires des reproductrices peuvent avoir une signature olfactive que les embryons sont capables de capter. Les odeurs présentes lors de l’incubation, dès les premiers stades du développement du système olfactif lorsque les embryons n’ont pas encore adopté une respiration aérienne, peuvent alors influencer les futures préférences alimentaires des jeunes (Bertin et al., 2012 ; Aigueperse et al., 2013).

2.2. Modifications de la composition de l’œuf et de l’environnement de l’embryon via l’alimentation maternelle

La composition de l’œuf est assez stable et l’alimentation de la poule n’affecte pas la composition des constituants majeurs de l’œuf (lipides ou protéines). Cependant les teneurs en nutriments essentiels comme les acides gras, les vitamines, les oligo-éléments, les caroténoïdes ou certains acides aminés peuvent être modulées dans l’œuf via l’alimentation maternelle et induire des modifications des performances des descendants (pour revues, Kidd, 2003 ; Calini et Sirri, 2007 ; Rühl, 2007). Quelques exemples, non exhaustifs, sont détaillés ci-dessous.

a. Lipides et acides gras poly-insaturés

Les lipides sont les éléments nutritifs majeurs du jaune, disponibles pour l’embryon en développement. L’oxydation des acides gras couvre pratiquement toute la demande énergétique de l’embryon. Les acides gras sont donc essentiels pour le développement embryonnaire, la croissance de l’oiseau, le développement de son système nerveux central et de son système immunitaire (Noble et al., 1984 ; Ding et Lilburn, 1996 ; Cherian, 2015). Chez la poule, Menge et al. (1974) a montré que des déplétions en acides gras essentiels provoquaient des éclosions plus tardives et que les descendants présentaient une croissance plus lente par rapport à un groupe contrôle.

La structure des lipoprotéines est stable mais l’équilibre des acides gras peut être modulé via l’alimentation maternelle. Les acides gras poly-insaturés (AGPI) vont varier en fonction de la source lipidique ajoutée dans l’aliment. Les acides gras n-6 (AG ω6) [linoléique (C18:2) ou arachidonique (C20 :4)] sont principalement retrouvés dans des huiles de soja, tournesol ou carthame. La teneur en acide linoléique peut ainsi être multipliée par un facteur 2 à 2,5. Les acides gras n-3 (AG oméga 3 ou ω3) (linolénique : C18:3 ; eicosapentaénoïque (EPA) : C20:5 ; docosahexaénoïque (DHA) : C22 :6) sont retrouvés dans les huiles de poisson, de lin, de millet, de colza ou encore dans les microalgues. Les teneurs en ω3 totaux peuvent être multipliées par 6 à 7 fois dans l’œuf. L’acide linolénique peut être augmenté d’un facteur 25 surtout avec l’huile de lin et le DHA par 10 avec de l’huile de poisson. Des variations de la composition et de l’équilibre en acides gras dans le jaune peuvent non seulement avoir des répercussions sur l’éclosabilité, la croissance et les performances des descendants (Koppenol et al., 2015) mais aussi sur leur immunité passive (Wang et al., 2004). Plusieurs études ont montré qu’une l’alimentation maternelle riche en oméga 3 présentait des propriétés olfactives qui étaient transmises à l’œuf (Leeson et al., 1998 ; Gonzales-Esquerra et Leeson, 2000) et qui étaient perçues par les embryons. Ces odeurs représentent un outil intéressant pour réduire la néophobie alimentaire des descendants (Aigueperse et al., 2013).

De nombreux travaux conduits chez l’homme et des modèles murins ont montré un effet positif des AG ω3 à longue chaîne (AG ω3 LC) sur le développement et le fonctionnement du cerveau. En élevage, les canards peuvent exprimer des comportements délétères tels que le nervosisme et le picage. L’enrichissement des œufs et donc des embryons en AG ω3 LC peut-être réalisé en alimentant les canes avec un régime contenant les acides docosahexaénoique (DHA) et linolénique (microalgues et huile de lin) (Baéza et al., 2017). Ce régime ne modifie pas leurs performances de ponte et de reproduction et n’a pas d’effet sur le poids et la teneur en lipides des jaunes d’œufs. Par contre, les lipides des jaunes sont enrichis en AG ω3 et les canetons issus de canes alimentées avec un régime enrichi en AG ω3 ont un poids vif supérieur à J0, J28 et J56 et un indice de consommation, pour la période de croissance, inférieur. L’enrichissement en AG ω3 LC de l’aliment des canes réduit également la fréquence et la gravité du picage chez les canetons et réduit la durée d’immobilité tonique testée à l’âge de 19 jours. Une moindre hyperactivité et une moindre réactivité au stress des canetons issus de ces canes ont été observées.

b. Vitamines et minéraux

Des supplémentations minérales et en vitamines via l’alimentation maternelle ont souvent été étudiées pour résoudre les problèmes de minéralisation du squelette et les problèmes de pattes. Les avitaminoses, chez l’oiseau, se traduisent essentiellement par une diminution de la ponte et une chute du taux d’éclosion (Adrian, 1958). Une carence en vitamine A, double la fréquence des malpositions de l’embryon dans l’œuf (Polk et Sipe, 1940). Une déficience en vitamine E aura pour principale conséquence une désintégration des vaisseaux sanguins du blastoderme (Adamstone, 1931 ; Adamstone, 1941). Vers le quatrième jour de développement, il peut aussi se former un anneau dans le blastoderme qui interrompt ou inhibe la circulation vitelline et provoque la mort de l’embryon. Une réduction de la longueur du corps, des pattes et des ailes peut également être notée (Ferguson et al., 1954). La vitamine D3 régule le flux de calcium à travers la membrane chorioallantoïque (CAM) selon un processus unidirectionnel et actif. Un régime déficient en vitamine D conduit à une diminution du transport de Ca++ à travers la CAM et à une diminution de l’accumulation de Ca++ dans l’embryon (rachitisme des jeunes, déformation des os), ainsi qu’à une augmentation de la mortalité embryonnaire tardive (mauvaise position, bec incapable de percer la coquille).

Les vitamines liposolubles (vitamine A, E ou D) comme les vitamines hydrosolubles (riboflavine, B12, thiamine, biotine, acide folique…) peuvent être enrichies dans l’œuf via l’alimentation des femelles. Les vitamines sont apportées sous forme de supplémentation dans l’alimentation selon des besoins calculés qui datent et qui ne correspondent plus forcément aux besoins des animaux actuels. La vitamine A est fabriquée par la poule grâce aux caroténoïdes trouvés dans l’alimentation. Les teneurs en caroténoïdes vont varier en fonction des sources végétales utilisées. Leur rendement de dépôt dans le jaune d’œuf est variable d’une source à l’autre. Ces caroténoïdes donneront la couleur au jaune d’œuf, couleur qui dépend de la quantité de caroténoïdes ingérés, de leur capacité colorante et de leur stabilité. Ils présenteront également un pouvoir anti-oxydant. La vitamine D n’est efficace que si l’alimentation contient suffisamment de calcium et de phosphore. Contrairement à la vitamine D3, la vitamine D2 n’est pas très utile pour l’oiseau (efficacité de moins de 10 % par rapport à la vitamine D3). La vitamine E, indispensable pour la fertilité et le développement du cerveau, n’est efficace que si le sélénium est présent en quantité suffisante. Des minéraux tels que l’iode, le sélénium, le magnésium, le zinc, le cuivre ou le manganèse peuvent également être enrichis dans l’œuf (Surai et Parks, 2001 ; Jiakui et Xialong, 2004 ; Chinrasri et al., 2013 ; Favero et al., 2013 ; Saunders-Blades et Korver, 2015 ; Torres et Korver, 2018). Le sélénium peut être augmenté d’un facteur 5 à 10 et sa teneur sera supérieure dans le blanc d’œuf. Cet élément est essentiel dans la lutte antioxydante chez les oiseaux.

c. Acides aminés

Les besoins en acides aminés des reproductrices avaient historiquement été définis en mesurant la réponse des animaux en termes de production d’œufs. Devant l’évidence croissante des effets des acides aminés sur le phénotype des descendants, ces besoins sont actuellement ré-évalués. Des études testant différentes teneurs en lysine (Ciacciariello et Tyler, 2013) ou arginine digestibles (Muller Fernandes et al., 2014) dans l’alimentation maternelle ont ainsi montré des effets positifs des supplémentations sur la descendance (ex : optimisation des performances, du rendement en carcasse, teneur en gras abdominal et qualité de l’os pour des supplémentations en arginine). Les mécanismes mis en jeu sont encore peu étudiés mais dans le cas de la méthionine, acide aminé essentiel pour l’oiseau, il a été conclu que le métabolisme des descendants avait été modifié en réponse aux régimes alimentaires des reproductrices. Brun et al. (2013) ; Brun et al. (2015) ont en effet montré qu’un régime restreint spécifiquement en méthionine distribué à des canes, modifiait le métabolisme hépatique de leur descendance et pouvait par conséquent induire des phénotypes différents chez les canetons. Un résultat marquant de cette étude était l’interaction significative entre l’alimentation maternelle et le sexe sur le poids de foie gras de la descendance. L’augmentation du poids de foie gras des mâles de l’ordre de 20 % dans cette étude pourrait être mise à profit pour réduire la durée du gavage et les coûts correspondant tout en répondant ainsi en partie à une attente sociétale qui vise à améliorer le bien-être des animaux en élevage.

3. Supplémentation des œufs par injection in ovo (« in ovo feeding »)

3.1. Généralités sur la nutrition in ovo

Si l’on considère que la formation et le développement des tissus (comme le muscle) ont lieu pendant les 21 jours de développement embryonnaire, qui représente rappelons-le 33 à 38 % de la vie totale de l’animal, il est probable qu’un désordre physiologique ou métabolique lors de ce développement précoce chez l’oiseau puisse significativement altérer le gain de poids post-éclosion et les caractéristiques de la carcasse (Velleman, 2007 ; Grodzik et al., 2013). Le développement et la croissance rapides des souches d’oiseaux sélectionnées à l’heure actuelle peuvent faire que la quantité de nutriments dans l’œuf soit insuffisante pour un développement optimal des tissus (Grodzik et al., 2013). Il faut donc agir au plus tôt sur la programmation métabolique des embryons pour optimiser leurs performances ultérieures. Des stratégies nutritionnelles innovantes telles que l'alimentation in ovo par injection de nutriments directement dans l’œuf ont été récemment développées pour assurer un approvisionnement en nutriments facilement disponibles afin de soutenir et accélérer la maturation du tube digestif, optimiser le développement et la croissance du poussin et donc obtenir des poussins de meilleure qualité (Kadam et al., 2013 ; Roto et al., 2016 ; Gao et al., 2017 ; Ghanaatparast-Rashti et al., 2018 ; Peebles, 2018) (figure 3). La supplémentation de l’œuf avec des composés de différentes natures vise donc à assurer un apport de nutriment supplémentaire pour que les poussins puissent faire face aux délais post-éclosion qui peuvent atteindre jusqu’à 48-72h et d’autre part à moduler des fonctions majeures. Ces stratégies nutritionnelles ont ainsi par exemple pour objectif de répondre à de nouveaux enjeux de la filière pour laquelle l’utilisation des antibiotiques est fortement dénoncée et les nouvelles pratiques visent à diminuer, voire supprimer leur utilisation dans les élevages ce qui conduit à des pertes de production et de profits pour les éleveurs (Castanon, 2007).

Figure 3. Les injections in ovo : lesquelles et pour quels effets ?

Le pourcentage d’éclosion et le poids des poussins dépendent de la substance injectée, du site et du moment d’injection des nutriments dans l’œuf. En tout début de développement, les composés sont injectés au plus près du disque germinal (Ebrahimi et al., 2012). Plus tard, les nutriments, sont administrés dans le sac vitellin, qui présente une grande surface capable d’absorber des nutriments. Il semble cependant que même avec des éléments d’une totale innocuité, l’éclosion soit affectée lorsque les injections se font précocement dans les deux premières semaines de développement embryonnaire chez la poule. Après 17 jours d’incubation, quand le sac vitellin se résorbe, des injections sont réalisées dans la chambre à air ou dans l’amnios. Ces injections, plus tardives, ont souvent moins d’impacts néfastes sur l’éclosabilité et la mortalité embryonnaire. L’amnios est le site privilégié puisqu’en fin d’incubation les embryons ingèrent le liquide qui y est présent. Ces injections sont souvent réalisées au transfert des œufs de l’incubateur à l’éclosoir en même temps que les vaccinations in ovo (vers 18 jours d’incubation). Ces dernières, pratiquées en fin d’incubation permettent de vacciner précocement les animaux sans affecter leur survie ou leur éclosabilité (Breedlove et al., 2011). La manipulation des animaux à l’éclosion est ainsi limitée et le stress engendré en période post-natale est minimisé. Ces pratiques sont plus rapides et permettent une plus grande uniformité dans la délivrance de la dose vaccinale ou de la solution nutritive. Les solutions de nutriments injectées en pratique sont souvent complexes.

L’oiseau étant ovipare, c’est un modèle idéal pour distinguer les effets directs des nutriments des effets maternels. En effet, l’alimentation maternelle peut influencer à la fois l’environnement dans lequel l’embryon se développe (principale source de nutriments pour l’oiseau) mais aussi la façon dont les gènes régulant le métabolisme sont exprimés via la transmission de marques épigénétiques maternelles (Frésard et al., 2013). Ce modèle aviaire permet ainsi de comprendre et de maîtriser à la fois les effets directs (via des injections in ovo) et indirects (via la mère) de la nutrition sur la régulation du métabolisme et ses effets à long terme sur la croissance, la composition corporelle et l’élaboration du phénotype des descendants.

Des travaux récents ont montré qu’il était ainsi possible de modifier le métabolisme des animaux par des apports exogènes directement dans l’œuf de différentes substances dont les acides aminés, les substrats énergétiques, les solutions électrolytiques, les hormones, les nucléotides et les vitamines à des moments clés de l’embryogénèse par des injections in ovo (Gore et Qureshi, 1997 ; Henry et Burke, 1999 ; Ohta et al., 1999 ; Kocamis et al., 1999 et 2000 ; Tako et al., 2004 ; Uni et al., 2005 ; Kadam et al., 2008 ; Zhai et al., 2011c ; Mc Gruder et al., 2011 ; Kornasio et al., 2011 ; Bakyaraj et al., 2012 ; Li et al., 2016 ; Neves et al., 2017 ; Gao et al., 2017). Ces pratiques induisent des différences de performances des poussins à l’éclosion (poids, stock de glycogène, rendement en filet), qui peuvent être maintenues jusqu’à l’âge d’abattage. Cependant, les mécanismes d’orientation précoce du métabolisme à ces périodes restent largement méconnus.

3.2. Enrichissement de l’œuf en substrats énergétiques

L’éclosion est chez l’oiseau une étape clé critique de sa vie. Ce processus très énergivore a des conséquences sur les taux d’éclosion, de morbidité et de mortalité et à plus long terme des conséquences sur la santé, la croissance et la qualité du produit final. À l’éclosion, les embryons utilisent préférentiellement le glucose plutôt que les acides gras pour leur production d’énergie. En effet, dans l’œuf la quantité d’oxygène étant limitée, pour une même quantité d’oxygène consommée, l’oxydation du glucose permet l’obtention de plus d’énergie qu’avec le catabolisme des lipides. En raison de la teneur limitée en glucides dans l'œuf, moins de 1 % de l’ensemble des nutriments disponibles totaux et seulement 0,3 % de glucose libre, le maintien de l'homéostasie du glucose pendant le développement embryonnaire tardif dépend de la quantité de glucose stocké sous forme de glycogène dans le foie et de glucose généré par la gluconéogenèse à partir des protéines (notamment musculaires) (Campos et al., 2011). Le glycérol issu du métabolisme hépatique des triglycérides (provenant du jaune d'œuf) est le substrat majeur et indispensable pour la synthèse du glycogène dans le foie et le muscle à la fin de l'incubation (Sunny et Bequette, 2011). Entre 15 et 19 jours d'incubation, le foie est le lieu d'un métabolisme actif conduisant à un transfert de glucose et d'acides gras vers le muscle cervical (« pipping muscle », muscle sollicité lors du bêchage de la coquille pour la casser) progressivement enrichi en glucose, en glycogène et en protéines pour l'éclosion (Pulikanti et al., 2010). Des niveaux faibles de glycogène hépatique sont associés à des éclosions plus tardives et longues et à une diminution du poids des poussins à l'éclosion. L’embryon doit mobiliser davantage ses protéines musculaires pour fournir des acides aminés orientés vers la gluconéogenèse, limitant ainsi sa croissance en fin d’éclosion et au cours de la première semaine de démarrage (Pearce, 1971). L’utilisation de protéines comme source d'énergie se fera au détriment du développement musculaire. En fin d’embryogenèse, le rendement en muscle pectoral diminue de façon significative (Guernec et al., 2003). Une surexpression des gènes liés à l'atrophie tels que l'atrogine-1 et le MuRF1 observée à l'éclosion par rapport au jour 18 de l’embryogenèse pourrait expliquer partiellement cette fonte du muscle pectoral (Everaert et al., 2013). Pour limiter l’utilisation des acides gras et la protéolyse des protéines musculaires à des fins énergétiques, des injections de carbohydrates seuls ou associés à d’autres nutriments d’intérêt ont été réalisées in ovo (Retes et al., 2018).

La supplémentation in ovo a eu souvent pour objectif d’augmenter la quantité de sucres disponible dans l’œuf et ainsi d’épargner l’utilisation d’acides aminés pour la gluconéogenèse (Kornasio et al., 2011). Retes et al. (2018) a pu ainsi démontrer dans une synthèse récente que les résultats étaient à la fois dépendants du type de sucre injecté, du site d’injection (vitellus, albumen, amnios, liquide allantoïque ou chambre à air), du stade de développement de l’embryon et de la génétique à laquelle les études s’intéressent. Uni et al. (2005), par exemple, ont montré que l'administration à 17,5 jours d'une solution contenant des hydrates de carbone (maltose, saccharose, dextrine) et un métabolite de la leucine (β-hydroxy-méthylbutyrate) augmentait le poids des poussins à l’éclosion de 5 à 6 %, ainsi que les réserves de glycogène hépatique de 2 à 5 fois et rendement du muscle pectoral de 6 à 8 % par rapport à des poussins témoins dont les œufs n’ont pas été supplémentés. Ces performances améliorées étaient encore mesurables à 25 jours d'âge. Fournir des sucres comme source d’énergie par injection dans l’amnios, en fin d’incubation (17,5 j), peut aussi accélérer le développement intestinal en augmentant la taille des villosités et ainsi accroître la capacité de l’intestin à digérer les disaccharides (Tako et al., 2004). Cette supplémentation peut avoir des effets trophiques sur l'intestin grêle et améliorer le développement des cellules caliciformes, sécrétrices de mucines (Smirnov et al., 2006), ce qui explique certainement les poids plus élevés des animaux provenant d’œufs supplémentés. D’autres sucres, comme le fructose, ne sont pas recommandés car plusieurs études montrent une diminution d’éclosabilité des lots supplémentés en fructose ainsi qu’un poids plus petit des animaux (Zhai et al., 2011).

D’autres supplémentations nutritionnelles (acides aminés : Li et al., 2016 ; glycérol : Neves et al., 2017 ; L-carnitine, créatine pyruvate : Zhao et al., 2017) ont été injectées dans différents compartiments de l’œuf à différents stades de développement afin de modifier le métabolisme des embryons et le phénotype des animaux éclos (qualité et poids du poussin, composition corporelle, quantité de glycogène hépatique, rendement musculaire…). Les animaux sont parfois gardés au-delà de l’éclosion pour vérifier si les effets observés à l’éclosion restaient pérennes. Avec la supplémentation en créatine pyruvate à 12 mg par œuf, par exemple, le statut énergétique des animaux a été modifié. Cette supplémentation a conduit à des différences de poids des animaux et du Pectoralis major qui perdurent jusqu’à 21 jours d’âge (Zhao et al., 2017).

3.3. Enrichissement de l’œuf en acides aminés

Les œufs embryonnés contiennent tous les acides aminés nécessaires pour la croissance et le développement d’un embryon. Comme le rapporte Kucharska-Gaca et al. (2017), la composition en acides aminés d’un œuf a très peu changé au fil des ans alors que les besoins en nutriments des oiseaux au cours de leur développement embryonnaire ont changé. L'administration d'acides aminés in ovo peut fournir aux firmes avicoles une méthode alternative pour améliorer le poids des animaux à l’éclosion (Ohta et al., 2001). Cette différence de poids à l’éclosion perdure dans certaines études jusque chez des animaux de 56 jours (Al-Murrani, 1982). L’administration d’acides aminés peut également induire une augmentation de la masse des organes lymphoïdes. D’autres stratégies consistent à administrer un seul acide aminé (thréonine, Kadam et al., 2008 ; DL-méthionine, Coskun et al., 2014). Certains acides aminés injectés, comme l’arginine ou la glutamine, servent pour la synthèse d’autres acides aminés. Ces supplémentations, outre leurs effets positifs sur le poids des animaux, diminuent le temps d’éclosion (Shafey et al., 2014). L'apport d’acides aminés seul ou en association avec d’autres pourrait stimuler la synthèse protéique et l’accrétion protéique musculaire mais les mécanismes impliqués restent à comprendre. L’arginine, considérée comme un acide aminé essentiel chez les oiseaux, participe à la synthèse protéique. Elle peut aussi être convertie en glucose et être utilisée dans de nombreuses voies métaboliques qui produisent des composés actifs qui contribuent à maximiser le développement potentiel d’un embryon en stimulant la sécrétion d’hormone de croissance (Tong et Barbul, 2004). Les effets de l’arginine ont été confirmés chez d’autres oiseaux comme la caille ou le dindon (Foye et al., 2007) avec d’autres effets démontrés comme une augmentation du nombre de poussins éclos, de leur poids à 7 et 42 jours, de leur gain de poids et de leur indice de consommation pour les cailles et une augmentation de l’activité des enzymes digestives (activités sucrose, maltose, leucine amino-peptidase) dans le tube digestif chez les dindons.

3.4. Enrichissement des œufs en vitamines et oligo-éléments

L’efficacité des vitamines C, E, D3 et B9 (acide folique) sur la santé et le développement de l’embryon a été rapportée par plusieurs équipes dans la littérature (Peebles, 2018). Comme nous l’avons montré précédemment, l’embryon puise son énergie en grande partie en utilisant le vitellus. Cette utilisation est le résultat de processus oxydatifs qui produisent des radicaux libres qui conduisent entre autres à la dégradation des acides gras polyinsaturés des membranes cellulaires. Les vitamines, telles que la vitamine E ou la vitamine C, limitent les effets négatifs des radicaux libres et protègent l’embryon (Surai et al., 2016 ; Peebles, 2018 ; Araújo et al., 2018). Selon les doses, les âges et les sites d’injection, les résultats rapportés peuvent être différents (augmentation de la capacité anti-oxydante, meilleure immunité, effet positif sur la croissance…).

L’administration de vitamines A, B1, B2, B6 ou E à 14 jours du développement embryonnaire peut contribuer positivement à la croissance des animaux (vitamines B1 et B2) et/ou moduler l’immunité et la robustesse des animaux (Goel et al., 2013). Le poids relatif des bourses de Fabricius est ainsi plus élevé chez des animaux de 42 jours ayant reçu in ovo les vitamines B1, B2 et E et le poids du thymus est plus important dans le groupe ayant reçu les vitamines A, B6 et E. Le groupe ayant reçu de la vitamine B1 montre une meilleure réponse humorale. La vitamine E, quant à elle, ne va pas augmenter les performances des animaux mais va améliorer l’éclosabilité et stimuler le statut immunitaire post-éclosion des poussins (Salary et al., 2014). L’injection de vitamine E va augmenter la résistance des poussins face à des maladies comme la grippe aviaire ou la bronchite infectieuse. Dans ce groupe expérimental, des niveaux plus élevés d’IgG, IgM et IgA ont pu être mis en évidence.

Pour stimuler la croissance et le développement de l’os ou sa minéralisation, des injections in ovo de vitamine D ont été pratiquées. La vitamine D est impliquée dans le métabolisme du calcium, et des recherches antérieures ont montré une meilleure résistance osseuse (minéralisation) avec des niveaux plus élevés de vitamine D dans l'alimentation. Cependant, l’injection in ovo de 25-hydroxycholecalciferol au jour 18 de l’embryogenèse en prévision d'une minéralisation osseuse plus élevée à l'éclosion et à 21 jours de vie n’affecte pas toujours la qualité osseuse des animaux à l'éclosion (peut-être parce que le poussin n'a pas pu trouver le calcium et les minéraux supplémentaires du fait de la composition contrainte de l’œuf ou que l’injection a été faite trop tardivement par rapport au développement du poussin) (Bello et al., 2014). La combinaison de vitamine D3 et de minéraux injectés plus tôt (E17) semble avoir des effets positifs sur les propriétés des os des poussins éclos et des poulets plus âgés (Yair et al., 2015). Si certaines vitamines peuvent sembler sans effet sous certaines formes, d’autres peuvent se révéler toxiques. Ainsi, la vitamine D3 peut induire une calcification des os mous, et compromettre l’éclosion et augmenter la mort embryonnaire. Supplémenté sous la forme 25-hydroxycholecalciferol, biologiquement plus actif que la vitamine D3, plus stable et moins toxique que le 1,25-dihydrocholecalciferol (Soares et al., 1995), elle ne présente pas d’effet délétère sur l’embryogénèse, le développement du squelette et l’éclosabilité des poussins (Bello et al., 2013).

Des supplémentations de l’œuf en sélénium, élément essentiel dans la lutte antioxydante chez les oiseaux, ont été testées sur l’efficacité de la protection des poussins contre l’entérite nécrotique (Lee et al., 2014). Un effet protecteur global chez le poulet contre l’entérite nécrotique expérimentale a été mis en évidence dans cette étude. Le sélénium aurait cet effet en contrôlant l’activation des neutrophiles, des macrophages et des lymphocytes B.

4. Comment les nutriments peuvent contribuer à la programmation métabolique des animaux et à l’élaboration de leur phénotype

Déterminer les mécanismes par lesquels les nutriments des œufs régulent le métabolisme cellulaire, la signalisation, l'expression des gènes et la fonction est essentiel pour améliorer l'utilisation des nutriments, l'efficacité des productions avicoles et la robustesse des animaux. Peu de mécanismes ont été décryptés à ce jour chez les oiseaux. Les études, non exhaustives référencées, n’abordent souvent pas l’étude des mécanismes impliqués dans la reprogrammation métabolique des embryons. Il pourrait s’agir de régulations métaboliques similaires à celles qui ont été décrites aux périodes d’élevage plus tardives. L’importance de certains acides aminés (lysine, méthionine) n’est plus à démontrer pour la régulation des métabolismes protéique et énergétique d’animaux en croissance, avec des effets marqués sur la croissance du poulet et la qualité des produits (Berri et al., 2008 ; Métayer et al., 2008 ; Tesseraud et al., 2009). Une telle régulation par les acides aminés utilisés comme substrats ou en tant que nutriments-signal permet de moduler le métabolisme protéino-énergétique (Tesseraud et al., 2003 ; Métayer-Coustard et al., 2010). Par ailleurs, des modifications de type épigénétique, c'est-à-dire des changements transmissibles et réversibles de l’expression des gènes, sans altération de la séquence d’ADN, pourraient également être impliquées, notamment lorsque sont injectées des molécules donneuses de groupements méthyles comme la méthionine ou d’autres micronutriments (Anderson et al., 2012 ; Donohoe et Bultman, 2012 ; Veron et al., 2018).

Chez les mammifères, plus de données sont disponibles. Une malnutrition maternelle entraîne un faible poids à la naissance de la progéniture. L'abondance alimentaire subséquente dans son environnement entraîne un phénomène de croissance compensatoire (Fagerberg et al., 2004). La nutrition maternelle pendant la gestation modifie l'expression génique de la progéniture par des altérations épigénétiques comme les modifications de l'ADN et des histones (Simmons, 2011). L'épigénome est particulièrement dynamique au cours de l'embryogenèse et la méthylation de l'ADN nécessaire au développement normal des tissus est établie au cours du développement précoce. La méthylation de l'ADN est un important facteur épigénétique pour le maintien du silence génétique qui repose sur l’apport de groupements méthyles. Les histones sont également influencées par de nombreuses modifications post-traductionnelles (phosphorylation, ubiquitination, ADP-ribosylation, sumoylation, glycosylation). Les substrats et cofacteurs impliqués dans l’apport de groupements méthyles sont considérés comme particulièrement importants au cours des premiers stades de développement (Sinclair et al., 2007b). Ainsi, la manipulation de la teneur en acides aminés soufrés de l'alimentation précoce peut induire des changements dans les fonctions cellulaires qui ont des répercussions pour le développement de l’animal, sa croissance à long terme et sa santé. Les acides aminés soufrés (Met) comme d’autres acides aminés (Gly, His, Ser), les vitamines (B6, B12 et folate) ou les micronutriments (bétaïne et choline) jouent un rôle clé dans la fourniture de donneurs de méthyles pour l'ADN et modifications d’histones (Anderson et al., 2012).

Dans diverses espèces, les régimes alimentaires sous-optimaux en acide folique, choline, méthionine et/ou la vitamine B12 et déficients en groupements méthyles distribués autour de la conception programment l’axe insulinique et augmentent le métabolisme glucidique des descendants. Altmann et al. (2012) ; Altmann et al. (2013) a montré que la restriction comme l'excès de protéines pendant la gestation chez le porc pouvait modifier l’expression de gènes clés impliqués dans le métabolisme de la méthionine au niveau du foie et du muscle des descendants. Ces gènes sont importants pour la condensation des chromosomes et la méthylation globale de l’ADN. Chez le rat, un régime déficient en groupements methyles modifie le protéome hépatique des descendants à l’âge adulte (Maloney et al., 2013). Pour ces raisons, la supplémentation nutritionnelle, notamment de micronutriments, est en plein développement chez les oiseaux pour essayer de programmer précocement le métabolisme des animaux et leur permettre ainsi une utilisation meilleure ou différente des nutriments mis à leur disposition.

Conclusion

La manipulation très précoce de l’environnement dans lequel l’embryon se développe est très prometteur pour analyser l'influence des conditions précoces sur l'élaboration des phénotypes à long terme que ce soit sur des critère de croissance, composition corporelle, caractéristiques tissulaires, robustesse vis-à-vis de challenges ou adaptation à des conditions d’élevage différentes. Ces approches visent à augmenter l’efficience et la qualité de la production (poussin, viande) ainsi que l’adaptabilité des animaux à différents environnements. Outre les bienfaits sur le développement, la santé et le bien-être des animaux, ces stratégies alimentaires peuvent répondre à des intérêts environnementaux et économiques.

Les études de transmission trans-générationnelle sont encore anecdotiques dans la littérature chez l’oiseau et restent à développer. Un nouveau champ d’investigation s’ouvre également sur les effets des régimes alimentaires des pères et les répercussions sur l’élaboration des phénotypes de leurs descendants. Chez les mammifères, il a été récemment montré des changements épigénétiques de la descendance en fonction du régime alimentaire des reproducteurs mâles (par exemple chez la souris). Qu’en est-il chez les Oiseaux ?

La porte est ainsi largement ouverte pour l’avenir pour programmer ou réorienter précocement le métabolisme des embryons. Il n’en demeure pas moins des questions d’actualité. Ces stratégies alimentaires sont-elles en adéquation avec l’attente sociétale ? L’intervention sur les régimes alimentaires des reproductrices peut paraître plus applicable et acceptable éthiquement qu’une injection dans l’œuf. Toutefois, lorsque des reproductrices sont autant restreintes, quelle assurance avons-nous que les éléments enrichis dans l’alimentation ne seront pas détournés à leur propre profit ? N’omettons pas une troisième possibilité pour moduler et réorienter le métabolisme des animaux précocement, la nutrition et le management des animaux au cours de la première semaine de vie, période pendant laquelle les animaux présentent encore une certaine plasticité métabolique. Quelle que ce soit l’approche employée, nutrition maternelle, nutrition in ovo ou nutrition précoce, il reste essentiel de ne pas se restreindre à des seuls critères de rentabilité favorisant toujours des animaux plus lourds obtenus plus rapidement. Outre la nutrition précoce, d’autres stratégies autour de l’incubation des œufs (influence de la température, de l’intensité lumineuse…) sont envisageables et influencent le métabolisme des embryons et les performances ultérieures des animaux.

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Résumé

Le développement de l’embryon d’oiseau dépend de l’environnement dans lequel il baigne et des nutriments disponibles. La période de démarrage (1ère semaine post-éclosion) est souvent délicate avec parfois des mortalités post-natales importantes dues aux délais d’alimentation et aux conditions d’ambiance et de transport sub-optimales. Les liens entre la nutrition parentale, la composition de l’œuf et le comportement ultérieur des animaux, leurs performances, et leur sensibilité aux maladies sont bien établis. Des supplémentations en nutriments de l’œuf via l’alimentation maternelle ou via des injections in ovo (« in ovo feeding ») représentent alors des stratégies innovantes pour optimiser l’apport de nutriments à l’embryon. La finalité de telles approches est d’optimiser les apports nutritionnels des reproductrices ou des embryons en développement dans le but d’obtenir des poussins de meilleure qualité en termes de robustesse, croissance et/ou composition corporelle en tirant parti de la plasticité embryonnaire d’utilisation des nutriments. La manipulation très précoce de l’environnement dans lequel l’embryon se développe est très prometteuse pour analyser l'influence des conditions précoces sur l'élaboration des phénotypes à long terme que ce soit sur des critère de croissance, composition corporelle, caractéristiques tissulaires, robustesse vis-à-vis de challenges ou adaptation à des conditions d’élevage différentes. Outre les bénéfices observés pour les animaux, ces stratégies alimentaires tentent de répondre aussi à des intérêts environnementaux et économiques.

Auteurs


Sonia MÉTAYER-COUSTARD

Affiliation : BOA, INRA, Université de Tours, 37380, Nouzilly, France
Pays : France

sonia.metayer-coustard@inra.fr

Angélique PETIT

Affiliation : BOA, INRA, Université de Tours, 37380, Nouzilly, France
Pays : France


Maxime QUENTIN

Affiliation : INZO, 35766, Saint Grégoire, France
Pays : France


Sophie TESSERAUD

Affiliation : BOA, INRA, Université de Tours, 37380, Nouzilly, France
Pays : France

Pièces jointes

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Citations