DES DONNÉES PAR MILLIONS ! - Trop ou pas assez pour l'élevage de demain ? Programmes H2020 - Wedia

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DES DONNÉES PAR MILLIONS ! - Trop ou pas assez pour l'élevage de demain ? Programmes H2020 - Wedia
DES DONNÉES PAR MILLIONS !
Trop ou pas assez pour l’élevage de demain ?
Programmes H2020

 Les rendez-vous de l’Inra au Space – mardi 11 septembre 2018
DES DONNÉES PAR MILLIONS ! - Trop ou pas assez pour l'élevage de demain ? Programmes H2020 - Wedia
PROGRAMME
• Feed-a-Gene : adapter l’aliment, l’animal et les techniques d’alimentation
 pour améliorer l’efficacité et la durabilité des systèmes d’élevage de monogastriques
 Jaap van Milgen, Inra Bretagne-Normandie

• Saphir : renforcer les productions animales et la santé par la réponse immunitaire
 Marie-Hélène Pinard-van der Laan, Inra Île-de-France-Jouy-en-Josas

• Utiliser des données innovantes et personnalisées pour une gestion intégrée
 de la santé dans les élevages
 Marie-Hélène Pinard-van der Laan, Inra Île-de-France-Jouy-en-Josas

• À la recherche de nouvelles méthodes et données pour évaluer l’efficacité alimentaire chez le porc
 Étienne Labussière et David Renaudeau, Inra Bretagne-Normandie

• Élevage et alimentation de précision : une valeur à créer par la collecte et la maîtrise des données
 Ludovic Brossard et Charlotte Gaillard, Inra Bretagne-Normandie

 DES DONNÉES PAR MILLIONS ! TROP OU PAS ASSEZ POUR L’ÉLEVAGE DE DEMAIN ?
 .02
 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
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_01
 Feed-a-Gene : adapter l’aliment, l’animal et les techniques
 d’alimentation pour améliorer l’efficacité et la durabilité des
 systèmes d’élevage de monogastriques
 Jaap van Milgen
 Inra Bretagne-Normandie

 .03
 11 septembre 2018
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Projet R&I
 financé
 23
 Partenaires
 par l’UE
 UE + Chine

2015 15
2020 Adapter l’aliment, l’animal et les
 techniques d’alimentation pour
 Industrie
 améliorer l’efficience et la durabilité

 8
 des systèmes d’élevage de
10 M€ monogastriques
Budget (www.feed-a-gene.eu) Académiques
 The Feed-a-Gene Project has received funding from the European
 Union’s H2020 Programme under grant agreement no 633531

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 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
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Les partenaires du projet
 (China Agricultural University)

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Objectif du projet Feed-a-Gene

 • Feed:
 • Développer des ressources alimentaires locales et nouvelles qui
 ne sont moins/pas en compétition avec la nutrition humaine
 • Améliorer la valeur nutritionnelle de ressources alimentaires
 • Gene:
 • Identifier de nouveaux marqueurs indicatifs de l’efficience et de la
 robustesse
 • “Faire mieux avec un aliment qui pourrait moins bien”
 • Marqueurs, modèles et techniques d’alimentation:
 • Considérer la variabilité et la diversité comme des atouts
 • Développer des techniques d’alimentation de précision
 • Evaluer la durabilité des systèmes proposés

DES DONNÉES PAR MILLIONS ! TROP OU PAS ASSEZ POUR L’ÉLEVAGE DE DEMAIN ?
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Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
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Une approche multidisciplinaire et multi-acteurs

ressources produits

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 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
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Notre capacité d’observer est accrue considérablement
Comment l’utiliser pour la compréhension, les prédictions et le pilotage?

 observer prédire

 comprendre piloter

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 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
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Des données par millions dans Feed-a-Gene

Comportement et bien-être Consommation individuelle

 Analyse d’images
 [sérotonine] Comportement alimentaire
 [cortisol]

 Efficience digestive Efficience métabolique

 Marqueurs de digestibilité Génomique
 Santé intestinale Transcriptomique
 Microbiote Métabolomique

 DES DONNÉES PAR MILLIONS ! TROP OU PAS ASSEZ POUR L’ÉLEVAGE DE DEMAIN ?
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 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
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Des modèles pour comprendre et prédire

 Halas et al. (2004). Br. J. Nutr. 92:707-723

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Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Des modèles pour comprendre et prédire

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Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Des modèles pour comprendre et prédire

 “Tout cela implique une régression infinie, et comprendre comment en sortir est
 une étape essentielle pour comprendre la vie.”
 Cornish-Bowden et al. (2004). Biol. Cell 96:713-717

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Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
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 Saphir : renforcer les productions animales et la santé
 par la réponse immunitaire

 Marie-Hélène Pinard-van der Laan
 Inra Île-de-France-Jouy-en-Josas

 .013
 11 septembre 2018
2015-2019
 9M€

 Renforcer les productions animales et la santé
 par la réponse immunitaire

 Isabelle Schwartz-Cornil, coordinatrice

Marie-Hélène Pinard-van der Laan, co-coordinatrice

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 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
LE CONSORTIUM

14 instituts
 (19 labos)
5 SME
1 forum
 Production animale/
1 tech-transfer pharma / sélectionneurs
1 big pharma Comité Conseil
 Partie Prenantes

= 12 Pays

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 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
LES OBJECTIFS

 Scientifiques Techniques Socio-
 Comprendre les économique
  Générer des modèles
 mécanismes de et des tests pour le  Explorer
 protection / réponse développement de l'impact
 immunitaire vaccins économique des
 Induire une immunité maladies
  Étudier une variété
 rapide et durable de vaccins et  Prévoir les
 Développer de dispositifs avantages socio-
 des vaccins sûrs d'administration économiques de
 la mise en œuvre
 Prédire les conséquences  Mener les vaccins les des stratégies de
 épidémiologiques + prometteurs à une vaccination
 de la vaccination démonstration

 DES DONNÉES PAR MILLIONS ! TROP OU PAS ASSEZ POUR L’ÉLEVAGE DE DEMAIN ?
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 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
LES CHOIX STRATEGIQUES….
 Générer des stratégies de vaccination efficaces, sûres et abordables pour
lutter contre les agents pathogènes endémiques responsables des pertes
économiques en élevage

 SRATEGIES
 Approches intégrées
 * Bovine Respiratory Syncytial Virus (BRSV / VRSB)
contre des agents
 * Mycoplasma bovis
pathogènes représentatifs
 * Porcine Respiratory and Reproductive Syndrome
 Virus (PRRSV / SDRP)
 * Mycoplasma hyopneumoniae

 * Coccidies (genre Eimeria)
 * Clostridium perfringens

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 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
…NECESSITANT UNE APPROCHE MULTIDISCIPLINAIRE…
 Généticiens
 Biotechno.
Sociologistes Big Pharma Microbio.
Economistes Parties Prenantes Immuno.
 Analyse du contexte Patho.
 Développement
 VACCINE DESIGNde Big Pharma
 socio-économique des
 maladies infectieuses & Vaccins PME
 moyens de contrôle

 Transfert Technologique : Recherche -> Marché

 Sociologistes Parties Prenantes
 Economistes Biologistes
 Big Pharma/PME Mathématiciens
 DES DONNÉES PAR MILLIONS ! TROP OU PAS ASSEZ POUR L’ÉLEVAGE DE DEMAIN ?
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 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
… GENERANT DES DONNEES PAR MILLIONS…
 Généticiens
 Biotechno.
Sociologistes Big Pharma Microbio.
Economistes Parties Prenantes Immuno.
 Analyse du contexte Patho.
 Développement
 VACCINE DESIGNde Big Pharma
 socio-économique des
 maladies infectieuses & Vaccins PME
 moyens de contrôle

 Transfert Technologique : Recherche -> Marché

 Sociologistes Parties Prenantes
 Economistes Biologistes
 Big Pharma/PME Mathématiciens
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 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
… POUR DEVELOPPER DES STRATEGIES INTEGREES DE

GESTION DE LA SANTE

 C’est mieux de prévenir
 que de guérir…

 Mais intégrer différentes
 mesures de prévention
 et de contrôle, c’est
 encore mieux !

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 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
… POUR DEVELOPPER DES STRATEGIES INTEGREES DE
 Mesures combinées intégrant:
GESTION DE LA SANTE Génétique & Sélection assistée par bio / marqueurs

Gestion intégrée de la santé
 des animaux:
 construction + validation
d'une approche intégrée
holistique de l'environnement
et des systèmes

 y compris les «agents
pathogènes» et les «hôtes» en
tant qu'animaux dans des
systèmes de «production

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 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
… POUR DEVELOPPER DES STRATEGIES INTEGREES DE
 Mesures combinées intégrant:
GESTION DE LA SANTE Génétique & Sélection assistée par bio / marqueurs

 Approche intégrée/Analyse
 holistique de Millions de
 données !?

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 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
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 Utiliser des données innovantes et personnalisées
 pour une gestion intégrée de la santé dans les élevages

 Marie-Hélène Pinard-van der Laan
 Inra Île-de-France-Jouy-en-Josas

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 11 septembre 2018
Utiliser des données innovantes et personnalisées
 pour une gestion intégrée de la santé dans les élevages

 Fany BLANC Bertrand BED’HOM
 Damer BLAKE

 Ivan PASTOR-FERNANDEZ
 Jean-Jacques LEPLAT
 Jordi ESTELLE
Tatiana MAROILLEY

 Sungwon KIM
 Jean-Pierre BIDANEL Marie-Hélène
 Gaëtan LEMONNIER PINARD van der LAAN Lonneke VERVELDE

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 .024
 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Variabilité individuelle de l'immuno-compétence
 Améliorer la santé animale en réduisant les antibiotiques et les AM
ET en maintenant les performances pour la compétitivité des systèmes d'élevage

 Objectif / Défi: améliorer l'efficacité du vaccin ET la capacité immunitaire!

 Connaissance sur Connaissance sur
 les pathogènes les hôtes

 Développement Optimisation des
 de nouveaux vaccins capacités immunitaires

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 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Variabilité individuelle de l'immuno-compétence

 AVANT APRES
 Vaccination

 Variabilités Individuelles Variabilités Individuelles
 des paramètres de base des réponses au vaccin

 Recherche de marqueurs prédictifs des réponses au vaccin
 Analyses of des paramètres de base comme source de marqueurs prédictifs

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 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Information Prédictive

 Pendant la vie
 A travers les
 générations Aux niveaux des
 Individus & des
 Populations

 Marqueurs Génétique Biomarqueurs
 (variabilité ADN) (e.g. dans le sang)

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Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Variabilité individuelle de l'immuno-compétence

 AVANT Vaccination APRES

 porcs (Large White) poulets (broilers)

M. hyopneumoniae Eimeria maxima (atténué)
(Stellamune, inactivé vaccin, ELANCO)
 Nouveau vaccin SAPHIR
Swine flu / Virus Influenza (recombinant Eimeria)
(Respiporc, IDT Biologika, inactivé H1N1, H1N2 & H3N2)

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 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Animaux & Vaccins

 porcs (Large White) poulets (broilers)

 X
 N = 96
48 familles
 Poulets de chair commerciaux
 (COBB 500)
 M. hyo swine flu none
Vaccination virus (controls) - vaccinés avec Eimeria maxima

 - Puis challenge
 # animaux 190 192 64

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 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Données Disponibles

 Genotypes
 Pédigrées Affymetrix AXIOM
  porc : 658K SNPs
  poulet : 580K SNPs

 Réponse vaccin Transcriptome sanguin
 phénotypes
  RNA-Seq (porcs, poulets)
  miRNA-Seq (porcs)
 Phénotypes Production
  Poids

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 .030
Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Protocole expérimental pour les porcs

 Avant vaccination
 Après vaccination
 Biomarqueurs &
 Marqueurs Génétiques Suivi de la réponse vaccin

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Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Vaccin M-hyo :
 Variabilité individuelle des réponses !

 porcs à 49j: 3 spv
 1.0
 2.0
 controls controls
M hyo Ab response (S/P)

 M. hyo Ab response (S/P)
 vaccinated 0.8 vaccinated
 1.5 POS
 0.6
 1.0
 positive 0.4

 0.5 NEG
 suspect 0.2

 0.0
 negative
 0.0

 28 34 42 49 56 63 146
 sera diluted 1/40 sera diluted 1/4
 Days post-vaccination

 vaccin booster
 Commercial ELISA (IDEXX M hyo Ab test)

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 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Vaccin M-hyo :
 Estimation des paramètres génétiques

 Pédigrées
 Réponse vaccin
 phénotypes

 Héritabilité

 Age N h2 SE
 56j 190 0.34 0.15

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Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Vaccin M-hyo:
 Etudes d’association au niveau du génome (GWAS)
 Réponse vaccin
 1.0 3spv SSC4: 10201158-11076588 (< 1Mb) phénotypes
 controls
M. hyo Ab response (S/P)

 0.8 vaccinated
 serum dilué 1/40
 0.6

 0.4

 0.2

 0.0

 sera diluted 1/40 sera diluted 1/4

 RepeatABEL package (R) serum dilué 1/4
 Modèle Linéaire mixte
 Effets fixés: age au sevrage (24 à 31j), lot
 (n=5), sexe
 Effets aléatoires: portée (n=48), matrice de
 parenté génomique
 Assemblage génome assembly: Sscrofa11.1

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 .034
 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Vaccin M-hyo :
 Une région candidate associée sur SSC4

 SSC4: 10201158-11076588 (< 1Mb)

 ASAP1 :
  Gène exprimé dans des tissus immuns chez l’homme; rôle dans la régulating de la migration des
 cellules dendritiques; associations avec # plaquettes
 FAM49B :
  GWAS chez l’homme : associations entre variants de FAM49B et # lymphocytes
 GSDMC :
  GWAS chez l’homme : associations entre variants de GSDMC et # monocytes

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 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Vaccin M-hyo :
 Transcriptome sanguin avant vaccination

 82 porcs
 N par groupe Gènes DE (FDR < 0.1) Gènes DE (FDR < 0.05)
 Caractère Up dans Down dans Up dans Down dans
 A B
 groupe B groupe B groupe B groupe B
 M. hyo- IgG
 38 high 44 low 612 603 309 300
 56j
 M. hyo- IgG
 55 NEG 14 POS 392 92 132 24
 49j

 27 gènes en commun trouvés Différentiellement Exprimés entre les animaux
 extrêmes pour les taux d'IgG spécifiques de M. hyo détectés à 49j & 56j
RNA-Seq (> 20M reads / échantillon)
edgeR package (3.18.1 version)

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 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Vaccin M-hyo :
 Fonctions biologiques enrichies par les gènes DE dans le sang entre les
 « hauts Ac » et « bas Ac »

Top-13 fonctions enrichies de manière significative
 pour les 27 gènes en communs Numération sanguine et différenciation
 (Ingenuity Pathway Analysis, Qiagen).
 Functions Annotation p-Value Molecules
 Quantity of lymphoid tissue 1,62E-08 APBB1IP,FYB1,IL2RG,KAT6A,LCP2,MTOR,RUNX2,TET2
 Quantity of leukocytes 2,22E-07 APBB1IP,FYB1,IL2RG,IRF2,KAT6A,LCP2,MTOR,PREX1,RUNX2,TET2
 Quantity of lymphatic system cells 5,79E-07 APBB1IP,FYB1,IL2RG,IRF2,KAT6A,LCP2,MTOR,RUNX2,TET2
 Leukopoiesis 1,03E-06 ACIN1,CTCF,IL2RG,IRF2,LCP2,MTOR,PREX1,RUNX2,TET2
 Quantity of lymphoid organ 1,29E-06 FYB1,IL2RG,KAT6A,LCP2,RUNX2,TET2
 Quantity of hematopoietic progenitor cells 1,37E-06 FYB1,IL2RG,KAT6A,LCP2,MTOR,RUNX2,TET2
 Morphology of lymphoid organ 3,05E-06 IL2RG,IRF2,KAT6A,LCP2,MTOR,RUNX2,TET2
 Hematopoiesis of mononuclear leukocytes 3,81E-06 ACIN1,CTCF,IL2RG,IRF2,LCP2,MTOR,PREX1,RUNX2
 Quantity of lymphocytes 3,95E-06 APBB1IP,FYB1,IL2RG,IRF2,KAT6A,LCP2,MTOR,RUNX2
 Differentiation of hematopoietic progenitor cells 5,30E-06 CTCF,IL2RG,LCP2,MTOR,RUNX2,TET2
 Quantity of B lymphocytes 5,56E-06 APBB1IP,IL2RG,IRF2,KAT6A,MTOR,RUNX2
 Cell spreading of peripheral T lymphocyte 5,78E-06 FYB1,LCP2
 Quantity of T lymphocytes 5,93E-06 APBB1IP,FYB1,IL2RG,IRF2,KAT6A,LCP2,RUNX2

 DES DONNÉES PAR MILLIONS ! TROP OU PAS ASSEZ POUR L’ÉLEVAGE DE DEMAIN ?
 .037
 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Résumé pour les porcs

 Réponse vaccin M-Hyo Réponse vaccin Swine flu
 N=190 N=94
Héritabilité Modérée (0.34 +/- 0.15) pas applicable
Marqueurs
 SNPs Candidats sur SSC4 SNPs Candidats sur SSC13 and SSC14
Génétiques
Biomarqueurs Gènes DE avant vaccination (27 en
 Gènes DE avant vaccination (N=24)
sanguins commun à 2 moments)

 DES DONNÉES PAR MILLIONS ! TROP OU PAS ASSEZ POUR L’ÉLEVAGE DE DEMAIN ?
 .038
 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Protocole expérimental pour les poulets

 Avant vaccination Après vaccination

 Signatures Suivi de la réponse vaccin
 transcriptomiques & & marqueurs génétiques
 Biomarqueurs

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 .039
Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Vaccination Eimeria /challenge:
 Variabilité des réponses

  Vaccination => augmentation significative Caractère # Anx
 des niveaux d’IL-10 sérique. Gain de Poids (%)
 94
 _9jpv
 N = 19 birds
 Gain de Poids (%)
 94
 _7jpc
 Lésions 94
 Log10_Parasite 96

 IL10_0jpv 57

 IL10_6jpv 39
 Fortes variabilités individuelles pour
 - le Gain de Poids
 IL10_7jpc 76
 - Réponse vaccin (IL-10 = marqueur robustesse?)

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 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Vaccination Eimeria /challenge :
 Transcriptome sanguin avant vaccination
 R S
 n par groupe Gènes DE (FDR < 0.1)
 Trait up dans down dans
 A B
 groupe B groupe B
 IL-10 6 jpv 11 high 14 low 0 0
 Gain de Poids (%)
 _9 jpv 15 high 15 low 44 161
 IL-10 7 jpc 15 high 15 low 0 1
 Gain de Poids (%)
 _7 jpc 15 high 15 low 10 5
 Log10 parasite 15 high 15 low 0 0
 Lesion Score 41 score 0 27 score 1 or 2 0 0
RNA-Seq (> 20M reads / sample)
edgeR package (3.18.1 version)

 DES DONNÉES PAR MILLIONS ! TROP OU PAS ASSEZ POUR L’ÉLEVAGE DE DEMAIN ?
 .041
 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Vaccination Eimeria /challenge :
 Etudes d’association au niveau du génome (eGWAS)

 Génotypes
 Transcriptome sanguin
  Affymetrix AXIOM
  RNA-Seq
  580K SNPs

Normalisation : approche par comptage par million (cpm): seuls les gènes pour lesquels au moins 30 poulets ont
montré> 1 cpm et> 10 reads
13,904 gènes inclus dans l’eGWAS
 3,312 associations significatives (FDR
Vaccination Eimeria /challenge :
 eQTLs & gènes DE avant vaccination

 Caractère logFC PValue FDR gène* Régions Associées
 GDP_9jpv -2,403 5,08E-07 0,00067 ID25925_XLOC_000613 14:10108226
 GDP_7jpc 3,833 1,81E-07 0,00263
 ID32565_XLOC_012879 2 : 444034 ; 2:144165527
 GDP_9jpv 3,842 2,04E-08 0,00014
 GDP_7jpc -1,510 2,76E-05 0,05558
 ID34549_XLOC_016493 14:10108226
 GDP_9jpv -1,666 1,01E-04 0,02161
 GDP_7jpc 0,881 6,95E-06 0,03356 ID45455_XLOC_036372 6:28785026-28804673
 4 gènes : Différentiellement Exprimés + contrôle génétique significatif par eGWAS
 ID32565_XLOC_012879

* INRA annotation

 DES DONNÉES PAR MILLIONS ! TROP OU PAS ASSEZ POUR L’ÉLEVAGE DE DEMAIN ?
 .043
 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Résumé pour les poulets

 Eimeria 7 jpv Eimeria 9 jpc
 N=96 N=96
Héritabilité pas disponible pas disponible
Marqueurs
 SNPs Candidats par eGWAS SNPs Candidats par eGWAS
Génétique
Biomarqueurs Gènes DE avant vaccination
 Gènes DE avant vaccination (N=24)
Sanguins (N=205)

 DES DONNÉES PAR MILLIONS ! TROP OU PAS ASSEZ POUR L’ÉLEVAGE DE DEMAIN ?
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 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Conclusion
 Contrôle génétique de la réponse vaccinale confirmée
 au moins chez le porc
 Probablement nombreux loci répartis sur tout le génome.
  Peu de marqueurs génétiques candidats à tester
 Covariations significatives entre l'expression génique dans le sang avant la
 vaccination et les réponses vaccinales = preuve de concept
 chez le porc et chez le poulet
  Le sang peut être utilisé comme source de biomarqueurs prédictifs des réponses
 vaccinales
 Contrôle génétique de l'expression des gènes dans le sang (eGWAS)
  Vers l'identification de biomarqueurs candidats pour lesquels l'expression est
 sous contrôle génétique

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 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Utiliser des données innovantes et personnalisées pour une gestion intégrée
de la santé dans les élevages
 Mesures combinées intégrant:

 Génétique & Sélection assistée par bio / marqueurs

 Merci pour votre
 attention !

 DES DONNÉES PAR MILLIONS ! TROP OU PAS ASSEZ POUR L’ÉLEVAGE DE DEMAIN ?
 .046
 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
_04
 À la recherche de nouvelles méthodes et données
 pour évaluer l’efficacité alimentaire chez le porc

 Étienne Labussière et David Renaudeau
 Inra Bretagne-Normandie

 .047
 11 septembre 2018
Introduction
 L’amélioration de l’efficacité alimentaire reste un enjeu fort pour la filière

• Enjeu économique
 • Alimentation = # 2/3 du coût de production
 • Incertitudes face aux variations des cours des matières premières

 Source: Agreste

 DES DONNÉES PAR MILLIONS ! TROP OU PAS ASSEZ POUR L’ÉLEVAGE DE DEMAIN ?
 .048
 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Introduction
 L’amélioration de l’efficacité alimentaire reste un enjeu fort pour la filière

• Enjeu économique
 • Alimentation = # 2/3 du coût de production
 • Incertitudes face aux variations des cours des matières premières

• Enjeu environnemental
 • Réduction des rejets (N, P)
 • Moindre utilisation des ressources

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 .049
 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Evaluation de l’efficacité alimentaire (EA)
 Energie Brute ingérée [100]

 Energie fécale [12]
 1 Consommation alimentaire
IC = =
 Gain de poids (muscle, gras, os, organes. . ) Energie Digestible [88]
 Energie urinaire et gazeuse [3]

 Energie Métabolisable [85]
 Energie retenue protéines, lipides
 EAe = Extra-chaleur [22]
 Energie ingérée
 Energie Nette [63]
 PC à jeun [23]

 Energie Retenue [40]
 Porc de 45 kg/aliment standard

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 .050
 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Principaux déterminants de l’efficacité alimentaire

EA = f[(potentiel génétique de l’hôte*microbiote)*environnement]

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 .051
 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
EA = f[(potentiel génétique de l’hôte*microbiote)*environnement]

 Evolution génétique de l’IC dans les
 lignées pures
 #-0.01 point/an
 0,02
 0,00
 -0,02
 PP
 -0,04
 -0,06 LWF
 -0,08
 LF
 -0,10
 -0,12
 2013 2014 2015 2016 2017

 Source: IFIP

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 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
EA = f[(potentiel génétique de l’hôte*microbiote)*environnement]

 Zemb, Gilbert et al, in prep

 Efficace Non Efficace

La contribution du microbiote à la variation génétique de l’EA n’est pas connue

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 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
EA = f[(potentiel génétique de l’hôte*microbiote)*environnement]

Comparaison des performances réalisées en élevage de production et dans les tests des produits terminaux

 GTE Elevage Contrôle des terminaux Variation

 GMQ, g/j 792 1022 230

 Consommation, kg/j 2,24 2,70 0,46

 IC, kg/kg 2,83 2,65 0,18
 Année 2009, IFIP

 Le potentiel génétique n'est pas complètement exprimé dans les
 élevages commerciaux

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 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
EA = f[(potentiel génétique de l’hôte*microbiote)*environnement]
 Impact de la composition de l’aliment sur l’EA

 Standard « Fibre »

 Protéines, % MS 17,0 17,0

 NDF, % MS 10,7 19,7

 Le Goff et al., 2001

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 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
EA = f[(potentiel génétique de l’hôte*microbiote)*environnement]
 Impact de la composition de l’aliment sur l’EA

 3,9% mean classification error-rate

 31 OTUs selected by the model

  Bacteroidetes, Spirochaetes, Firmicutes phyla

 LeSciellour et al., soumis

La contribution du microbiote à l’impact de l’alimentation sur l’EA n’est pas connue

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 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Des nouvelles pistes pour améliorer l’efficacité alimentaire:

 vers l’utilisation de nouveaux caractères

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 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Utilisation de nouveaux caractères pour améliorer l’EA par la génétique

 EA = f[(potentiel génétique de l’hôte*microbiote)*environnement]

 Améliorer l’EA globale (ex: IC, consommation résiduelle)

 Améliorer une des composantes de l’EA

  Composante digestive
  Composante métabolique

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 .058
 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Utilisation de nouveaux caractères pour améliorer l’EA par la génétique

 EA = f[(potentiel génétique de l’hôte*microbiote)*environnement]

 Améliorer une des composantes de l’EA
  Composante digestive

 Noblet et al. 2013

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 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Utilisation de nouveaux caractères pour améliorer l’EA par la génétique

 EA = f[(potentiel génétique de l’hôte*microbiote)*environnement]

  Améliorer une des composantes de l’EA
  Composante digestive
Mesure des bilan digestif par la méthode de référence:
- Méthodes lourdes
- Problèmes éthiques liés à la contention des animaux

 Développement de nouvelles méthodes
 - Collecte ponctuelle des digestas sur des porcs en groupe
 - Mesures indirectes/rapides/peu coûteuses via la SPIR

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 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Utilisation de nouveaux caractères pour améliorer l’EA par la génétique

 EA = f[(potentiel génétique de l’hôte*microbiote)*environnement]

  Améliorer une des composantes de l’EA
  Composante digestive
95 ED/EB prédit (%)
 Calibration sur 750 collectes fécales;
90
 Validation (80 données ponctuelles):
85 R²=87%

80

75
 ED/EB mesuré (%)
70
 70 75 80 85 90 95 Labussière (2018)

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 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Utilisation de nouveaux caractères pour améliorer l’EA par l’alimentation

 EA = f[(potentiel génétique de l’hôte*microbiote)*alimentation]

  Rechercher le meilleur équilibre des composants de la ration
  Connaître l’aliment

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 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Utilisation de nouveaux caractères pour améliorer l’EA par l’alimentation

 EA = f[(potentiel génétique de l’hôte*microbiote)*alimentation]

 Prendre en compte
  Rechercher cette variabilité
 le meilleur équilibredans des nouvellesdestratégies
 des composants la ration d’alimentation
  Connaitre l’aliment
 Nécessité
  de connaitre
 Connaitre l’animal en temps réel les besoins de chaque animal
 140
 4.5
 4 120

 3.5 100
Ingéré, kg/j

 Poids vif, kg
 3
 80
 2.5
 60
 2
 1.5 40

 1 20
 65 75 85 95 105 115 125 135 145 65 75 85 95 105 115 125 135 145 Brossard et al.,
 Age, jours Age, jours
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 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Utilisation de nouveaux caractères pour améliorer l’EA par l’alimentation

 EA = f[(potentiel génétique de l’hôte*microbiote)*alimentation]
 Prise en compte des besoins liés à l’activité physique
 120

 Production de chaleur (% EB)
 100

 80
 Totale
 60
 Liée à l'activité physique
 40

 20

 0
 4 5 6 7 8 9 10
 Temps debout par jour (h/j)
Ramonet et Bertin 2015
 Labussière (non publiés)

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 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Utilisation de nouveaux caractères pour améliorer l’EA par l’alimentation

 EA = f[(potentiel génétique de l’hôte*microbiote)*alimentation]
 Prise en compte des besoins liés à l’activité physique
 IFIP
 80
 Production de chaleur (MJ/j)

 70

 60

 50

 40 Position
 « debout »
 30

 20 Position
 9:00 15:00 21:00 3:00 9:00
 « couché »
 Labussière (non publiés)

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 .065
 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Conclusions

• La prise en compte des différentes composantes de l’efficacité alimentaire
 est une voie prometteuse pour l’avenir

 • Phénotypes facilement mesurables sur un grand nombre d’individus
 • Phénotypes obtenus en temps réel pour aider l’éleveur dans sa prise de décision

• L’amélioration des capacités de phénotypage sont un atout/défi pour la
 recherche

• Notre capacité à transformer nos résultats de recherche en innovations est
 un challenge important pour l’avenir

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 .066
 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Perspectives

• Prendre en compte d’autres phénotypes liés au bien-être, à la santé, etc...

• Prendre en compte l’impact des perturbations au cours de la vie productive
 des animaux

• Prendre en compte l’impact d’expériences précoces sur l’expression du
 potentiel génétique de l’animal

 EA = f{[(génome*épigénome)*microbiome]*environnement}

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 .067
 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
_05
 Élevage et alimentation de précision : une valeur à créer par
 la collecte et la maîtrise des données

 Ludovic Brossard et Charlotte Gaillard
 Inra Bretagne-Normandie

 .068
 11 septembre 2018
Introduction
 Elevages monogastriques

 Demande sociétale

 Environnement

 Economie

 Des évolutions en cours pour répondre à ces challenges Elevage de précision

Capter et analyser des données pour aider à piloter les élevages et appuyer ces évolutions

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 .069
 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
1. Caractéristiques de l’élevage de précision

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 .070
Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Elevage de précision et données
 Paramètres d’élevage
 Transmission des données
 Paramètres biologiques
 Capteurs
 Stockage de l’information et traitement
 Animal

 Décisions

 Information apportée par l’éleveur
 Actions automatiques Observations
 Consultation

 Eleveur
 Indicateurs ou alertes

 Contrôle
 Smartphone,
 ordinateur
 Automates
 (distributeur automatique)
 Utilisation de capteurs et de techniques d’information et de communication dans le but
 d’aider l’éleveur à piloter son élevage

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 .071
 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Principes de l’alimentation de précision

• Mieux caractériser les performances du groupe / de l’individu
 • Ingestion, croissance
 • Nature des dépôts, évolution des réserves
 • Santé

• Traiter / intégrer / interpréter ces informations
 • Sur la base de modèles
 • En s’appuyant sur les connaissances / besoins de l’éleveur

• Pour aider à la décision, pour mieux maitriser les apports et améliorer l’efficacité
 (réduction des coûts, des rejets, qualité ciblée) jusqu’à l’échelle individuelle

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 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Prise en compte de la variabilité individuelle

 140
 4.5
 4 120

 3.5 100
Ingéré, kg/j

 Poids vif, kg
 3
 80
 2.5
 60
 2
 1.5 40

 1 20
 65 75 85 95 105 115 125 135 145 65 75 85 95 105 115 125 135 145

 Age, jours Age, jours

 => Grande hétérogénéité entre individus

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 .073
 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Exemple chez la truie en gestation
 Dourmad et al., 2017
Résultats sur 2500 truies

 Rang de Rang de
 portée portée

 Lysine digestible, g/kg
 1 1
Besoins en énergie
métabolisable, MJ/j

 2 2
 3 3
 4 4
 5 5
 >5 >5
 Moyenne Moyenne

 Poids à la saillie, kg Poids à la saillie, kg

=> Variabilité des besoins en énergie => Variabilité des besoins en lysine
métabolisable en fonction du poids à la digestible en fonction du poids à la saillie
saillie et du rang de portée et du rang de portée

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 .074
 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Utilisation de capteurs et d’automates

=> Capteurs sur l’animal, et pour mesurer => Suivi de la consommation et du poids
des données environnementales (T°, HR) en temps réel

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 .075
 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Autres exemples de monitoring en temps réel

 • Suivi du poids par analyse d’image (avec trieur ou non)
 • Composition corporelle : image, ultrason, impédance
 • Comportement : vidéo, accéléromètre
 • Santé : image infrarouge, son, comportement alimentaire et de boisson

 Suivi de la boisson
 Composition par
Poids
 Image impédance Comportement
 infrarouge

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 .076
 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
2. Analyse et utilisation des données

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Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Quelles données utilisées / utilisables ?
 Conditions
 d’ambiance
 (Ture, gaz,
 Qualité ventilation…)
 (épaisseur de lard dorsal,
 composition…)

 Digestibilité Poids vif, âge, Quantités
 statut physio ingérées
 Statut sanitaire
 (Ture corporelle, signes Caractéristiques
 cliniques) de l’aliment

 Rang de portée,
 Activité nombre de
 porcelets

=> Des informations variées dont la disponibilité évolue avec la technique

 DES DONNÉES PAR MILLIONS ! TROP OU PAS ASSEZ POUR L’ÉLEVAGE DE DEMAIN ?
 .078
 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Nouvelle approche de traitement des données
 Analyse “a posteriori ”
 120 1 Besoin
 kg kg kg

 EN EN
 l’animal, 110
 0.9 Animal moyen

 dig, g/MJ g/MJ
 100
 Population
 weight,

 90 0.8
 vif,

 digestible,
 80 0.7
 Pig de
 Poids,

 70 0.6
 Poids

 60
 0.5

 LysineLys
 50
 0.4
 40
 30 0.3
 70 90 110 130 150 170 190 70 90 110 130 150 170 190
 Age,
 Age, jours
 jours Age,jours
 Age, jours

Approche classique :
 • Collecte de données sur des groupes d’individus et prédiction du besoin
 de l’individu moyen ou de la population
 • Utilisation de ces besoins pour formuler les aliments

 DES DONNÉES PAR MILLIONS ! TROP OU PAS ASSEZ POUR L’ÉLEVAGE DE DEMAIN ?
 .079
 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Nouvelle approche de traitement des données
 Analyse “a posteriori ” => prédiction “en temps réel”
 120

 Lysine graphique, g/MJ EN
 Besoins prédits
 kg 110
 vif, kg kg
 pour un porc
 100
 Pigl’animal,
 weight,

 90
 80
 Poids,

 70
 de

 60
 Poids

 50
 40
 30
 70 90 110 130 150 170 190
 Age,jours
 Age, jours Age, jours

Approche en alimentation de précision :
 • Collecte de données à “haut débit” sur chaque animal (poids vif, ingéré)
 • Utilisation d’algorithmes pour prédire les besoins de chaque animal (ou petit
 groupe) pour la période (le jour, la semaine) à venir

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 .080
 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Exemple en volailles

Camera Collecte d’images Densité de présence des oiseaux

 Traitement reliant
 variation de
 densité et
 comportements
 « anormaux à des
 événements dans
 l’élevage

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 .081
 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Exemple en volailles
 Problèmes Vrai positif
 distributeur Faux positif
 aliments Faux négatif

 Nombre d’évènements
 Problème
 de lumière
 Problèmes du système
 Problèmes
 de contrôle environnemental
 apport d’eau

 Panne Inspection Déchargement Vaccination
 d’électricité de l’éleveur

 => Détection efficace des événements dans les bâtiments avicoles

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 .082
Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Lysine dig. dans les rations, %
 Exemple porcs en croissance % de Lysine digestible dans les rations

 Andretta et al. (2014)

Comparaison de : 3-Phase en groupe (3P)
 multiphase en groupe (MPG)
 multiphase en individuel (MPI)

 Pas de différences entre traitements
 sur les performances de croissance
 et l’indice de consommation Période, jours

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 .083
 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Des modèles ont été utilisés pour développer des
 outils d’aide à la décision
 inraporc.inra.fr

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 .084
Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Projet européen Feed-a-Gene

 Adapted feed, animals and feeding techniques for more efficient and sustainable monogastric livestock production systems

• Projet européen H2020 (2015-2020, 23 partenaires en Europe dont INRA, IFIP, ITAVI)
• Porcs, volailles, lapins
 Méthodologies pour caractériser en Modélisation des mécanismes
 temps réel la composition et de la de l’utilisation de l’aliment
 valeur nutritionnelle des aliments (digestion, métabolisme,
 meilleure connaissance des aliments réponse aux perturbations)

 Identification de nouveaux caractères
 animaux liés à la variabilité individuelle de
 la réponse à l’aliment et à Outils d’aide à la décision
 l’environnement et de l’efficacité pour la gestion en temps réel
 alimentaire de l’alimentation de précision
 caractérisation des animaux
 (comportement alimentaire, digestion,
 Le projet Feed-a-Gene a reçu un financement au titre du Programme H2020
 métabolisme, comportement, bien-être) de l'Union européenne en vertu de la convention de subvention n° 633531.

 DES DONNÉES PAR MILLIONS ! TROP OU PAS ASSEZ POUR L’ÉLEVAGE DE DEMAIN ?
 .085
 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Projet européen Feed-a-Gene
 Combiner / traiter les informations en temps réel …
- Comportement,
 activité Température
 - interne Outil d’aide à la décision
 - externe BdD
 - Analyse en temps réel des informations
 - Estimation des performances attendues et
 des besoins relatifs à ces performances 1
 120
 110 0.9 Animal moyen
 100 Population

 Lys dig, g/MJ EN
 0.8

 Poids, vif, kg
 90
 0.7
 80
 70 0.6
 60 0.5
 50
 0.4
 40
 30 0.3
 70 90 110 130 150 170 190

 - Poids
 70 90 110 130 150 170 190
 Age, jours Age, jours

 - Ingestion

 Contrôle des
 alimentateurs –
 ration individualisée

 Caractéristiques
 de l’aliment

 DES DONNÉES PAR MILLIONS ! TROP OU PAS ASSEZ POUR L’ÉLEVAGE DE DEMAIN ?
 .086
 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Niveau de couverture des besoins en lysine digestible
 chez les truies gestantes
 Pourcentage de truies Alimentation conventionnelle Alimentation de précision

 Déficience > 10%
 Déficience < 10%
 Couvert
 Excès < 10%
 Excès > 10%

 Stade de gestation, j Stade de gestation, j

Une approche intéressante pour les truies gestantes:
 • Pour mieux considérer la grande variabilité des besoins  pas de déficience, moins d’excès
 • Améliorer l’efficacité d’utilisation des nutriments (30% réduction apport protéique)
 • Réduire l’excrétion de nutriment et potentiellement le coût alimentaire

 DES DONNÉES PAR MILLIONS ! TROP OU PAS ASSEZ POUR L’ÉLEVAGE DE DEMAIN ?
 .087
 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Niveau de couverture des besoins en lysine digestible
 chez les truies lactantes
 Alimentation conventionnelle Alimentation de précision

 Déficiences Déficiences
 Lysine digestible, g/kg

 Lysine digestible, g/kg
 S A B
 A
 Besoins
 couverts Lysine :
Lysine : B A: 11,5 g/kg
8,5 g/kg Excès Excès B: 6,0 g/kg

 Production laitière, kg Production laitière, kg

 => Meilleure couverture des besoins en lysine avec une alimentation de precision
 comparé à une alimentation conventionnelle

 DES DONNÉES PAR MILLIONS ! TROP OU PAS ASSEZ POUR L’ÉLEVAGE DE DEMAIN ?
 .088
 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
3. Conclusions et perspectives

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 .089
Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Conclusions
 • L’élevage de précision est un moyen pour améliorer l’efficacité alimentaire et
 réduire l’impact environnemental, notamment par un passage à la prise en
 compte des besoins individuels

 • Une quantité et une diversité de données croissantes en élevage grâce aux
 capteurs et automates

 • Nécessité de transformer ces données en information à intégrer

 • Développements de modèles / outils à venir en analyse de données pour
 traiter/interpréter ces données et aider à la décision

 DES DONNÉES PAR MILLIONS ! TROP OU PAS ASSEZ POUR L’ÉLEVAGE DE DEMAIN ?
 .090
 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Perspectives
• Une application / applicabilité à quelle échéance ?
 • Selon les solutions techniques disponibles et leur intérêt
 • Selon les besoins / envies / possibilités des éleveurs

• D’autres questions émergent (alimentation / élevage de précision)
 • Qui contrôle? L’ordinateur, l’éleveur, l’animal ?
 • Quelle évolution du métier d’éleveur ?
 • Quel retour sur investissement ?
 • A qui appartiennent les données ? Besoin d’intégration des données à des
 échelles plus larges

 DES DONNÉES PAR MILLIONS ! TROP OU PAS ASSEZ POUR L’ÉLEVAGE DE DEMAIN ?
 .091
 Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Merci de votre attention !

DES DONNÉES PAR MILLIONS ! TROP OU PAS ASSEZ POUR L’ÉLEVAGE DE DEMAIN ?
 .092
Les rendez-vous de l’Inra au Space 11 septembre 2018
Démonstration d’un outil de pilotage
« Alimentation de précision pour les porcs charcutiers,
comment ça marche? »
Rendez-vous sur le stand Inra / Agrocampus Ouest Hall 4 / stand B42

 Date Heure
 Mardi 11 septembre 16h-17h30
 Mercredi 12 septembre 15h-18h
 Jeudi 13 septembre 15h-18h
 Vendredi 14 septembre 11h-13h
 .093
 11 septembre 2018
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