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Salivary and urinary metabolome analysis for pre-puberty-related biomarkers identification in porcine

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Gylène Gaudet et al., Animal, 2018, 5 septembre, 11 pages

Estrus synchronization is important for optimal management of gilt reproduction in pig farms. Hormonal treatments, such as synthetic progestogens, are used on a routine basis, but there is a growing demand for non-hormonal alternative breeding tools. Before puberty, gilts exhibit a 'waiting period,' related to the ovarian development and gonadotrophin secretions, during which external stimulations, such as boar exposure, could induce and synchronize first ovulation. Practical non-invasive tools for identification of this period in farms are lacking. During this period, urinary oestrone levels are high, but urine sampling is difficult in group-housed females. The aim of this work was to search for specific biomarkers of the 'waiting period' in saliva and urine. In total, nine 144- to 147-day-old Large White gilts were subjected to trans-abdominal ultrasonography three times a week for 5 weeks until puberty detection (week -5 to week -1 before puberty). Urine and saliva samples were collected for oestrone assay to detect the 'waiting period' and for metabolome analysis using 1H-nuclear magnetic resonance spectroscopy to detect potential biomarkers of the 'waiting period.' Gilts were slaughtered 7 days after puberty detection for puberty confirmation. Results were consistent with ultrasonography data for six gilts. Urine and saliva samples from these six gilts were analyzed. Urinary estrone concentration significantly increased 2 weeks before puberty detection. Metabolome analysis of urine samples allowed the identification of 78 spectral bins, among them, 42 low-molecular-weight metabolites were identified. Metabolome analysis of salivary samples allowed the identification of 59 spectral bins, among them, 23 low-molecular-weight metabolites were detected and 17 were identified. No potential biomarker was identified in urinary samples. In saliva, butyrate and 2HOvalerate, 5.79 ppm (putatively uridine), formate, malonate and propionate could be biomarker candidates to ascertain the pre-puberty period in gilt reproduction. These results confirm that non-invasive salivary samples could allow the identification of the physiological status of the gilts and presumably the optimal time for application of the boar effect. This could contribute to synchronize puberty onset and hence to develop non-hormonal breeding tools.

2018

Recherche de biomarqueurs salivaires de la période de réceptivité à l'effet mâle chez la cochette

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Poster présenté par Ghylène Goudet et al., aux 50es Journées de la Recherche Porcine, le 6 et 7 février 2018, Paris

Pour permettre la conduite en bandes, la majorité des éleveurs administre un agoniste de synthèse de la progestérone pour synchroniser les cycles des cochettes et les intégrer dans les bandes.

Notre objectif à long terme est de développer des alternatives à ce traitement hormonal.

Avant la puberté, les cochettes atteignent un stade de pré puberté au cours duquel une exposition au verrat (effet mâle) favoriserait le déclenchement et la synchronisation de la première ovulation.

L'identification de biomarqueurs de la phase de pré-puberté dans la salive des cochettes permettrait de définir le moment optimal d'exposition au verrat.

Une analyse antérieure (Goudet et al., JRP¨2017)  a permis d'identifier 2 biomarqueurs potentiels dans la salive, le 17beta-estradiol (E2) et la déhydroépiandrosténone (DHEA).

Notre but est de vérifier si l'exposition au verrat induit la puberté des cochettes et si E2 et DHEA sont des biomarqueurs pertinents de la période de réceptivité à l'effet mâle.

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2018

Recherche de biomarqueurs salivaires de la période de réceptivité à l’effet mâle chez la cochette

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50es Journées de la Recherche Porcine, 6 et 7 février 2018, Paris, p. 269-270, par Jan-Peter Van Ferneij et Bérengère Lecuyer, poster
Poster.

L’élevage porcin conventionnel se caractérise par une conduite en bandes qui présente de nombreux avantages techniques (surveillance des mises-bas, ajustement de la taille des portées…) et sanitaires (nettoyage-désinfection des locaux entre bandes). Une majorité d’éleveurs administre des agonistes de synthèse de la progestérone pour synchroniser les cycles des cochettes de renouvellement et les intégrer dans les bandes de truies (Boulot et al., 2005). Les effets négatifs des résidus hormonaux sur la santé humaine et l’environnement conduisent à mettre en place de nouvelles pratiques d’élevage. Notre objectif à long terme est de développer des alternatives aux traitements hormonaux pour la synchronisation des oestrus des cochettes lors de la mise à la reproduction.
Avant la puberté, les cochettes atteignent un stade physiologique de pré-puberté au cours duquel une stimulation externe peut déclencher la première ovulation (Prunier, 1989). L’exposition au verrat (appelée effet mâle) pourrait favoriser le déclenchement et la synchronisation de la puberté si elle est appliquée pendant cette période de pré-puberté. Cette pratique est très peu utilisée en élevage, car le moment optimal et les modalités d’exposition au verrat ne sont pas clairement définis. Notre objectif est de rechercher des biomarqueurs de la phase de pré-puberté à l’aide de techniques non-invasives.
Pendant la phase de pré-puberté, les concentrations d’oestrone urinaire augmentent (Camous et al., 1985). En conditions d’élevage avec logement en groupe, des prélèvements réguliers d’urine sont difficilement ~envisageables. Les prélèvements sanguins destinés aux dosages hormonaux classiques sont trop invasifs. En revanche, le suivi de biomarqueurs dans la salive est non invasif et relativement facile à mettre en place. Lors d’une étude antérieure, des prélèvements de salive analysés par chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse en tandem (GC/MS/MS) ont permis d’identifier deux biomarqueurs potentiels, le 17beta-estradiol (E2) et la déhydroépiandrostérone (DHEA), dont les concentrations présentaient des variations significatives lors de l’entrée dans la phase de pré-puberté (Goudet et al., 2017). Le but de notre étude est de vérifier si l’introduction d’un mâle induit la puberté des cochettes et si E2 et DHEA sont des biomarqueurs de la période de réceptivité à l’effet mâle.

Search for salivary biomarkers of the period of gilt receptivity to the boar effect

Our objective is to develop alternatives to hormonal treatments for estrus synchronization in gilts. Before puberty, gilts exhibit a “waiting period”, related to ovarian development and gonadotrophin secretions, during which external stimulation, such as boar exposure, could induce and synchronize the first ovulation. Practical non-invasive tools for identification of this period are lacking. We searched for salivary biomarkers of this period. In a previous study, gas chromatography coupled to tandem mass spectrometry (GC/MS/MS) analysis of saliva allowed the identification of two potential biomarkers: 17beta-estradiol (E2) and dehydroepiandrosterone (DHEA), whose concentrations varied at the beginning of the “waiting period”. The aim of this study was to check the efficacy of the boar effect and to determine if E2 and DHEA could be biomarkers of the period of gilts receptivity to the boar effect. Salivary samples were collected from 30 Large-White gilts twice a week from 140 to 180 days of age. Starting at 160 days, 15 gilts were exposed to a boar twice a day and subjected to estrus detection using the standing response to a backpressure test, while the other 15 gilts were subjected only to the standing response test. The percentage of gilts detected in estrus between 161 and 166 days was 71% when exposed to a boar vs 23% without boar. GC/MS/MS analysis of saliva showed no significant difference in E2 and DHEA concentrations between gilts that responded to the boar effect vs gilts that did not. These results confirm that boar introduction stimulates puberty attainment. The relevance of E2 and DHEA as biomarkers could not be demonstrated. Further studies are in progress to search for other biomarkers.

2018

Recherche de biomarqueurs salivaires du stade de maturité sexuelle de cochettes pré-pubères

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Poster.

Notre objectif est de développer des alternatives aux traitements hormonaux pour la synchronisation des oestrus des cochettes lors de l’entrée dans la première bande.

Les cochettes atteignent précocement un stade physiologique de pré-puberté au cours duquel une stimulation externe est susceptible de déclencher la première ovulation. L’exposition au verrat (appelée effet mâle) pourrait favoriser le déclenchement et la synchronisation de la puberté, s’il est appliqué dans cette période de pré-puberté.

La phase de pré-puberté peut-être détectée par une augmentation des concentrations d’estrone dans l’urine, mais les prélèvements réguliers d’urine ne sont pas envisageables en élevage.

L’objectif de cette étude est de caractériser la phase de pré-puberté et de trouver des biomarqueurs de cette phase dans la salive.

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2015

Recherche de biomarqueurs salivaires du stade de maturité sexuelle de cochettes pré‐pubères

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Poster.

Notre objectif est de développer des alternatives aux traitements hormonaux pour la synchronisation des oestrus des cochettes lors de l’entrée dans la première bande.

Les cochettes atteignent précocement un stade physiologique de pré-puberté au cours duquel une stimulation externe est susceptible de déclencher la première ovulation. L’exposition au verrat (appelée effet mâle) pourrait favoriser le déclenchement et la synchronisation de la puberté, s’il est appliqué dans cette période de pré-puberté.

La phase de pré-puberté peut-être détectée par une augmentation des concentrations d’estrone dans l’urine, mais les prélèvements réguliers d’urine ne sont pas envisageables en élevage.

L’objectif de cette étude est de caractériser la phase de pré-puberté et de trouver des biomarqueurs de cette phase dans la salive.

 

Search for salivary biomarkers of sexual development in prepubertal gilts.

Effective methods for synchronizing estrus in gilts are crucial for strict implementation of batch management and optimum reproductive performances. Altrenogest treatments are used on a routine basis in pig farms, but there is growing demand for alternative non‐hormonal breeding tools. Before puberty, gilts exhibit a “waiting” period, related to ovarian development and gonadotrophin secretions, during which external stimulation, such as boar exposure, could induce the first ovulation. As noninvasive tools are required to increase knowledge about the waiting period, the aim of this work is to search for specific biomarkers of this period in saliva. Trans‐abdominal ultrasonography was carried out for 5 weeks in six 140‐day old Large White gilts until puberty detection (week ‐5 to week ‐1 before puberty). We collected saliva samples as well as urinary samples for estrone assay to detect the waiting period. Gilts were then slaughtered 7 days after puberty detection for puberty confirmation. The salivary metabolome was analyzed using 1H Nuclear Magnetic Resonance. Urinary estrone assays are in progress. The concentrations of some saliva metabolites significantly increased (propionate and butyrate for example) or decreased (pyruvate and fumarate for example) between week ‐5 and week ‐1 before puberty. The identification of other metabolites whose salivary concentration significantly varied is in progress. These results suggest that some salivary metabolites could be biomarkers of the pre‐pubertal stage in gilts. Salivary monitoring may help to investigate optimal time for application of boar effect and could contribute to decreasing the number of females mated while they are pre‐pubertal.

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2015