Santé animale

Effect of heat stress during the early and late dry period on mammary gland development of Holstein dairy cattle

Par 16 juillet 2020 septembre 23rd, 2020 Pas de commentaire

Type de document : article scientifique disponible en ligne avant publication dans Journal of Dairy Science.

Auteurs : Thiago F. Fabris, Jimena Laporta, Amy L. Skibiel, Bethany Dado-Senn, Stephanie E. Wohlgemuth, Geoffrey E. Dahl

Résumé en français (traduction) : Le stress thermique de la période de sécheresse nuit au rendement laitier ultérieur. Notre objectif était d’évaluer l’effet du stress thermique ou du refroidissement au début et à la fin de la période de tarissement sur l’expression génétique et la microstructure des glandes mammaires. Les vaches ont été taries ~45 jours avant la mise bas prévue et ont été assignées au hasard à l’un des deux traitements suivants : stress thermique (ST, n = 39) ou refroidissement (R, n = 39) pendant les 21 premiers jours de la période de tarissement. Au 22e jour, les vaches ont été mises ou sont restées sous ST et R, ce qui a donné 4 traitements : stress thermique pendant tout le tarissement (STST, n = 18) ; refroidissement pendant tout le tarissement (RR n = 20) ; ST pendant les 21 premiers jours de tarissement, puis R jusqu’au vêlage (STR n = 21) ; ou R pendant les 21 premiers jours de tarissement, puis ST jusqu’au vêlage (RST, n = 19). Les données ont été analysées en 2 périodes : les 21 premiers jours de tarissement (début de la période de tarissement) et les 22 jours jusqu’au vêlage (fin de la période de tarissement) et analysées à l’aide de PROC MIXED ou GLM en SAS (SAS Institute Inc., Cary, NC). Des biopsies mammaires (5 à 8 vaches/traitement) ont été prélevées à -3, 3, 7, 14 et 25 jours par rapport à la période de tarissement afin d’évaluer l’expression génétique et l’histologie des glandes mammaires (apoptose cellulaire [marquage de l’extrémité de la désoxynucléotidyl transférase terminale dUTP] et prolifération (Ki67)]. Le nombre d’alvéoles mammaires et le tissu conjonctif ont été visualisés respectivement par la coloration de l’hématoxyline et de l’éosine et par la coloration du trichrome de Mason. Au début de la période de tarissement, le R a régulé à la hausse l’expression de CASP3, IGF1R, HSP90, HSF1, BECN1, ATG3, ATG5 et PRLR-LF par rapport au ST. Cependant, à la fin de la période de tarissement, le traitement par RST a augmenté l’expression de CASP3, CASP8, HSP70, HSP90, PRLR-LF, STAT5, β-casein, et ATG3 par rapport aux RR. Au début de la période de tarissement, les vaches exposées au ST avaient une apoptose et une prolifération des cellules mammaires et du stroma réduites par rapport aux R. En plus de ces résultats, les vaches exposées au ST avaient un tissu conjonctif réduit 3 jours après la période de tarissement par rapport aux R. Cependant, à la fin de la période de tarissement, les vaches STST avaient un tissu conjonctif plus épais par rapport aux R. En outre, au début de la période de tarissement, les vaches exposées au ST avaient un nombre d’alvéoles plus élevé par rapport aux R, et le ST a diminué l’expression des gènes liés à l’autophagie et à l’apoptose au début de la période de tarissement, ce qui correspond à un retard d’involution avec le ST. Ainsi, les vaches exposées au ST ont une involution prolongée avec un retard dans l’apoptose et la signalisation de l’autophagie. De plus, le ST compromet la prolifération des cellules des glandes mammaires et entraîne une prolifération du tissu conjonctif plus tard dans la période de tarissement. Ces résultats démontrent que le stress thermique nuit au renouvellement global des glandes mammaires pendant le tarissement, ce qui affecte ensuite l’activité sécrétoire et la productivité de la lactation suivante.

Résumé en anglais (original) : Dry period heat stress impairs subsequent milk yield. Our objective was to evaluate the effect of heat stress or cooling during the early and late dry period on mammary gland gene expression and microstructure. Cows were dried off ~45 d before expected parturition and randomly assigned to 1 of 2 treatments: heat stress (HT, n = 39) or cooling (CL, n = 39) during the first 21 d of the dry period. On d 22, cows were switched or remained on HT and CL and this yielded 4 treatments: heat stress during the entire dry period (HTHT, n = 18); cooling during the entire dry period (CLCL, n = 20); HT for the first 21 d dry, then CL until calving (HTCL, n = 21); or CL for the first 21 d dry, then HT until calving (CLHT, n = 19). Data were analyzed in 2 periods: first 21 d dry (early dry period) and from 22 d until calving (late dry period) and analyzed using PROC MIXED or GLM in SAS (SAS Institute Inc., Cary, NC). Mammary biopsies (5–8 cows/treatment) were collected at −3, 3, 7, 14, and 25 d relative to dry-off to evaluate mammary gland gene expression and histology [i.e., cellular apoptosis (terminal deoxynucleotidyl transferase dUTP nick end labeling) and proliferation (Ki67)]. Mammary alveoli number and connective tissue were visualized by hematoxylin and eosin and Mason’s trichrome staining, respectively. During the early dry period, CL upregulated expression of CASP3, IGF1R, HSP90, HSF1, BECN1, ATG3, ATG5, and PRLR-LF relative to HT. However, in the late dry period, CLHT treatment upregulated expression of CASP3, CASP8, HSP70, HSP90, PRLR-LF, STAT5, β-casein, and ATG3 relative to CLCL. During the early dry period, cows exposed to HT had reduced mammary and stroma cell apoptosis and proliferation relative to CL. In addition to these findings, cows exposed to HT had lower connective tissue 3 d after dry-off relative to CL. However, in the late dry period, HTHT cows had higher connective tissue relative to CLCL. Also, in the early dry period, cows exposed to HT had greater alveoli number relative to CL, and HT decreased expression of genes related to autophagy and apoptosis in the early dry period, consistent with a delay in involution with HT. Thus, cows exposed to HT have extended involution with delayed apoptosis and autophagy signaling. Also, HT compromises mammary gland cell proliferation and leads to higher connective tissue later in the dry period. These results provide evidence that heat stress impairs overall mammary gland turnover during the dry period, which then affects secretory activity and productivity in the next lactation.

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Extrait du site du Journal of Dairy Science