Introduction
L'insémination artificielle (IA) est une technique de reproduction largement utilisée dans l'élevage bovin, en particulier dans les races laitières. Elle consiste à collecter la semence d'un taureau, à la conditionner (souvent en la congelant), puis à l'introduire dans les voies génitales de la vache. Cette méthode offre de nombreux avantages, notamment la dilution de la semence, qui permet de produire plusieurs centaines de doses par éjaculat, et la diffusion rapide du progrès génétique. Cependant, l'IA présente également des inconvénients qu'il est important de considérer.
Développement de l'insémination artificielle et utilisation de semence sexée
L'IA s'est développée en France à partir de la fin des années 1940, en particulier chez les bovins. Elle permet le découplage entre production de sperme et insémination, ce qui évite le transport des reproducteurs, limite les risques sanitaires, favorise les échanges à plus grande distance et souvent entre pays. L'avantage majeur de l'IA bovine est la dilution de la semence qui permet de produire jusqu'à plusieurs centaines de doses par éjaculat de taureau. Le nombre de descendants par reproducteur peut ainsi être démultiplié, un taureau pouvant produire plusieurs dizaines de milliers de doses en quelques mois. L'impact considérable de l'insémination dans la diffusion du progrès génétique est rappelé par Boichard (2020). Chez les bovins laitiers, un éleveur pratiquant l'IA peut bénéficier d'un progrès génétique de l'ordre de 0,2 à 0,4 écart-type génétique par an, par la simple utilisation de taureaux d'insémination bien choisis, et sans considérer la sélection intratroupeau qu'il peut pratiquer. Le développement de l'IA dépend surtout de son adéquation pratique au système de production. Elle est très majoritaire chez les bovins laitiers, l'éleveur étant proche de ses vaches pour la détection des chaleurs comme pour l'acte d'insémination. L’utilisation de semence sexée est très développée chez les bovins.La méiose induisant une ségrégation aléatoire des chromosomes X et Y, on attend en espérance 50 % de spermatozoïdes porteurs du X et 50 % de porteurs du Y. En pratique, on observe à la naissance un peu plus de veaux mâles que de femelles (51 % vs 49 %). Ce léger déséquilibre peut être dû à une survie différentielle de l’embryon lors du développement, ou au poids légèrement plus faible des spermatozoïdes mâles, du fait d’un contenu en ADN légèrement plus faible, les favorisant dans la course pour la fertilisation. La production de semence et sa congélation puis l’insémination artificielle ne modifient pas ce sex-ratio des veaux, avec environ 51 % de mâles parmi les veaux nés de semence conventionnelle. En élevage laitier comme allaitant, où très majoritairement le cheptel femelle est en autorenouvellement, faire naître plus de femelles est pourtant d’intérêt majeur, afin d’accroître notamment les possibilités de sélection intratroupeau. Le conditionnement de la semence pour l’insémination implique différentes procédures de préparation et de contrôle et depuis longtemps, des recherches ont été entreprises pour dévier ce sex-ratio dans la direction désirée. Plusieurs procédés ont été proposés et étudiés (Druart & Ribeiro Bento Dos Santos, 2004), basés sur la différence de quantité d’ADN, de volume ou de masse entre spermatozoïdes X et Y, ou sur des différences d’antigènes de surface. Une équipe japonaise a récemment réussi une séparation des spermatozoïdes X et Y après activation des gènes TLR7/8 localisés sur le chromosome X (Umehara et al., 2020). Mais jusqu’à présent, un seul procédé, basé sur du tri cellulaire, est suffisamment abouti pour une application commerciale à grande échelle.
Principe du tri de spermatozoïdes
Le principe est de séparer, par un traitement particulier, les spermatozoïdes portant un chromosome X et donnant une femelle, des spermatozoïdes portant un chromosome Y et donnant un mâle. Le procédé appliqué actuellement a été développé par des chercheurs de l’USDA dans les années 1990 (Johnson et al., 1987 ; Johnson & Seidel, 1999) sur différentes espèces de mammifères, puis breveté par la société XY Inc (Johnson, 1992). Le procédé repose sur le tri de spermatozoïdes après traitement de la semence avec une substance, le Hoechst 33342, qui se fixe sur l’ADN. Ce produit est fluorescent quand il est éclairé par les UV et les spermatozoïdes traités, éclairés par un laser UV, sont d’autant plus fluorescents qu’ils contiennent plus d’ADN. Le chromosome X étant plus grand que le chromosome Y, les spermatozoïdes femelles ont plus d’ADN (4 %) que les spermatozoïdes mâles et sont légèrement plus fluorescents, et cette différence est utilisée pour séparer les deux types de spermatozoïdes. De façon plus détaillée, la semence est diluée et sa concentration est standardisée, puis elle est traitée au Hoechst 33342 pendant une heure. À l’entrée du trieur de cellules, la solution est finement brumisée de sorte que chaque spermatozoïde est enfermé dans une gouttelette et orienté pour que le signal lumineux soit interprétable, ce qui constitue une des difficultés techniques importantes. En fonction du niveau de fluorescence détecté après éclairage par un laser, les spermatozoïdes sont chargés électriquement positivement ou négativement, et déviés dans l’une ou l’autre direction. Les spermatozoïdes morts, qui n’ont pas intégré de fluorophore Hoechst 33342, sont également éliminés. Les distributions de fluorescence mesurée lors du tri n’étant pas disjointes, on ne peut pas retenir les 50 % de spermatozoïdes du sexe choisi. Pour garantir un niveau de pureté suffisant, on ne retient donc que la partie de la distribution constituée en majorité de spermatozoïdes du sexe choisi. L’objectif fréquemment fixé est une précision de tri de 90 à 95 %. Ces valeurs résultent d’un compromis entre pureté souhaitée et quantités produites, car plus la pureté recherchée est élevée, plus importante est la perte de semence et plus long est le procédé, et donc plus la technique est coûteuse. Le rendement est d’autant meilleur que les deux distributions de fluorescence sont moins chevauchantes et il est important que le signal de fluorescence soit le moins bruité possible. En théorie, le procédé permet de produire des doses mâles ou des doses femelles. Mais compte tenu de la dissymétrie de la sélection pratiquée, la fraction non sélectionnée n’est pas utilisable, car elle ne présente pas un niveau de pureté acceptable pour l’autre sexe. Inventée dans les années 1990, cette technique a largement profité des avancées des technologies de tri cellulaire, avec une augmentation du débit et une diminution du coût, et elle a pu être commercialisée depuis 2004. Une tête de trieur actuel permet d’obtenir environ 6 000 spermatozoïdes triés par seconde, un débit qui permet la production de quelques centaines de doses par machine et par jour. Les doses produites avec le protocole usuel contiennent moins de spermatozoïdes que les doses conventionnelles (environ 2 millions vs 8 millions), ce qui résulte également d’un optimum économique du process. Selon Sexing Technologies, qui reste discret sur la nature des améliorations, le procédé le plus récent, appelé sexedULTRA®, préserve mieux l’intégrité des spermatozoïdes et doit réduire la perte de fertilité. Les semences sexées usuelles garantissent 90 à 92 % de descendants du sexe demandé. L’essentiel des besoins concerne la production de doses femelles pour insémination dans les élevages commerciaux. Aujourd’hui, trois ateliers de sexage de la semence bovine fonctionnent en France. Propriétés de l’entreprise Sexing Technologies, ils sont installés dans trois centres d’insémination dans l’est (Roulans, 25), l’ouest (St Aubin du Cormier, 35) et plus récemment le nord de la France (Douai, 59). Il arrive que la semence de certains taureaux ne puisse pas être sexée. Ce phénomène est généralement dû à la présence d’un réarrangement chromosomique dans le génome du taureau. La méiose conduit alors à une forte proportion de spermatozoïdes au génome déséquilibré, avec deux copies ou zéro copie du segment chromosomique concerné (Jourdain et al., 2023). Cette variation de quantité d’ADN perturbe la distribution de la fluorescence qui n’est plus représentative de la distribution des chromosomes X et Y. Une impossibilité de sexage est donc un signal d’appel d’un possible réarrangement chromosomique.
Utilisation de la semence sexée
Un bilan complet d’utilisation de la semence sexée a été réalisé par Idele (Dominique, 2023). Nous renvoyons le lecteur à cette étude pour éviter les redondances et nous ne reprenons que quelques faits marquants. L’utilisation de la semence sexée a décollé à partir de 2010, après l’installation du premier laboratoire de sexage en France à Roulans (25). Ce bilan montre des différences très marquées. Tout d’abord, logiquement (comme expliqué en partie 4), la pratique du sexage est très limitée en races allaitantes (quelques %) alors qu’elle est beaucoup plus développée en races laitières. Elle est beaucoup plus importante sur les génisses que sur les vaches, du fait de leur fertilité plus élevée et d’une certaine sécurisation des conditions de naissance. Elle est plus développée sur la première insémination que sur les retours, 76 % des IA sexées étant des IA premières. Elle est très variable entre races : la race jersiaise présente le taux d’utilisation le plus élevé (60 % sur les génisses, 40 % sur les vaches), afin de limiter la naissance de veaux mâles dont la valorisation est quasi nulle ; les races brune et montbéliarde viennent ensuite, avec des niveaux élevés sur les génisses (45 % et 32 %) mais aussi sur les vaches (20 %) ; en races holstein et normande, le niveau d’utilisation est assez élevé en génisses (35 % et 23 %) mais faible en vaches (5 %) ; enfin, les races régionales ont des taux d’utilisation relativement bas. Le surcoût affiché par les entreprises d’insémination varie entre 18 et 25 € par dose. Les premiers laboratoires ont été installés aux USA, au Royaume-Uni et en Suisse au début des années 2000. Depuis, leur nombre a augmenté et Sexing Technologies propose la même organisation dans chaque pays. Il dispose actuellement de 52 laboratoires de sexage répartis dans 20 pays, installés dans des centres de production de semence pour lesquels ils travaillent en prestation. Chaque laboratoire dispose généralement de plusieurs trieurs voire, pour les plus importants, de plusieurs dizaines de trieurs de cellules. La production mondiale de doses était estimée en 2018 à plus de 10 millions par an (González-Marín et al., 2018). L’intérêt majeur de la technique pour l’éleveur est évident et cette approche renouvelle considérablement la pratique de l’insémination et les stratégies de production de descendants. Elle permet de garantir le sexe du produit avec un haut niveau de fiabilité et donc de produire les génisses de renouvellement à partir de la partie du troupeau choisie par l’éleveur.
Inconvénients liés à la fertilité et intégrité du génome
Impact sur la fertilité
Le procédé de sexage correspond à une manipulation lourde et assez longue qui a des conséquences sur la fertilité. Dans un premier temps, la semence est traitée au Hoechst 33342 qui a une certaine cytotoxicité. Même si seuls les spermatozoïdes vivants sont conservés après la phase de tri, il est probable que ce produit altère la survie ultérieure des spermatozoïdes triés. Par ailleurs, le traitement d’un éjaculat dure plusieurs heures, un délai que ne subit pas une semence conventionnelle. Le traitement implique des étapes de dilution, stress de température pendant le marquage, tri sous haute pression, exposition aux rayons laser UV, puis reconcentration. Enfin, pour des raisons économiques et pratiques, le nombre final de spermatozoïdes contenu dans une dose sexée est nettement inférieur à celui d’une dose conventionnelle, même en prenant en compte l’élimination des morts dans le processus de sexage. En 2009, Frijters et al. (2009) attribuaient près des deux tiers de la baisse de fertilité à la concentration plus faible et un tiers au procédé lui-même. L’analyse de la base nationale permet de mesurer l’impact du sexage sur la fertilité. Le taux de réussite moyen des inséminations artificielles conventionnelles varie d’environ 40 à 65 % selon la race et la parité. De nombreux facteurs affectent le taux de réussite et il convient de bien distinguer l’effet du sexage des autres effets. Le modèle utilisé en évaluation génétique intègre le statut de la semence (conventionnelle ou sexée) parmi de nombreux autres facteurs (troupeau, année, saison, parité, inséminateur, taureau, âge, intervalle mise bas insémination, valeur génétique de la femelle en fertilité…). La prise en compte de ces facteurs permet de limiter les biais liés à des confusions partielles entre effets et d’estimer l’effet propre du sexage de la semence. Dans les trois principales races laitières, la perte de fertilité est systématique et assez importante (-6 à -10 points de réussite à l’IA selon les races, les années, et la parité). Les résultats se sont un peu améliorés dans le temps, surtout chez les vaches holstein et normandes, et la perte n’était plus que de six à huit points ces dernières années. De même, la différence de perte entre génisses et vaches, initialement forte, a pratiquement disparu aujourd’hui. Cette moindre fertilité de la semence sexée est un effet bien connu, comme le montre la méta-analyse de Reese et al. (2021). En conséquence, compte tenu de son surcoût et d’un souhait de maintenir une bonne fertilité du troupeau, la semence sexée est utilisée préférentiellement dans les conditions de fertilité maximale. Elle est donc plutôt pratiquée à la première ou lors des deux premières inséminations, les IA ultérieures correspondant à des vaches nettement moins fertiles. En Holstein, elle est utilisée plutôt chez les génisses que chez les vaches en lactation, alors que cette stratégie est moins nette en Montbéliarde.
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Impact sur les produits nés
L’impact sur les produits nés est moins connu et en général supposé nul ou négligeable. Il convient cependant de le vérifier, compte tenu de la large diffusion de la semence sexée. Des études ont été réalisées pour répondre à deux questions : i) le procédé de sexage respecte-t-il l’intégrité du génome du produit né ? En effet, le Hoechst 33342 se fixe sur l’ADN et pourrait donc induire des mutations de novo. Le pouvoir mutagène du Hoechst 33342 fait débat. Pour Johnson & Schulman (1994), ce produit n’est pas un intercalant de l’ADN (au sens qu’il ne se fixe pas à l’intérieur de la double hélice) et sa fixation est réversible. De ce fait, il ne serait pas dangereux. Gardiner-Garden (1999), lui, indique qu’il peut déstabiliser les histones de l’ADN et affecter sa compaction dans les spermatozoïdes. Selon Parrilla et al. (2004), il n’a pas d’effet génotoxique sur la semence de verrat. Tirant profit des avancées des technologies de séquençage, des travaux de séquençage du génome ont été conduits en France en 2013-2014 dans le cadre du projet SexSeq financé par APIS-GENE pour répondre à la première question et rechercher les mutations de novo. Une mutation de novo est un variant observé avec certitude chez le produit et absent du génome de ses deux parents. Il existe un taux de mutation naturelle, estimé à environ 10-8 mutation par base d’ADN et par méiose chez les mammifères, soit environ 60-80 néomuta…
Contraintes liées à la détection des chaleurs et au travail pour l'éleveur
L'un des principaux inconvénients de l'IA est qu'elle exige une détection précise des chaleurs chez les vaches. En effet, l'insémination doit être réalisée au moment optimal du cycle œstral pour maximiser les chances de réussite. Cette surveillance peut être chronophage et exigeante pour l'éleveur, surtout dans les grands troupeaux. La rigueur dans la détection des chaleurs est essentielle pour avoir des bons résultats à l'IA. Cet aspect peut intimider les éleveurs, mais des solutions existent. Des programmes de synchronisation des chaleurs reviennent en général à un vingtaine d'euros par vache. Hélène Boÿreau a cherché à mettre en évidence les principaux freins au développement de l'IA dans les systèmes allaitants. Sur 94 éleveurs interrogés, les principaux freins à la pratique de l'IA mis en évidence sont la charge de travail supplémentaire, le temps nécessaire à observer les vaches pour la détection des chaleurs, ainsi que la difficulté à détecter les chaleurs. En effet, la surveillance des chaleurs doit se faire lorsque le troupeau est calme, hors des horaires de paillage ou d'affouragement. C'est donc une astreinte en plus pour l'éleveur.
Coût et rentabilité de l'insémination artificielle
Bien que l'IA puisse être rentable à long terme en raison de l'amélioration génétique du troupeau, elle représente un coût initial pour l'éleveur. Le coût généré par l'IA intervient ensuite dans une moindre mesure « 61 % des éleveurs sont conscient que l'achat et l'entretien d'un taureau est susceptible d'avoir un coût plus élevé que la pratique de l'insémination artificielle avec de bons taux de gestation ».
Risques sanitaires et génétiques liés à la monte naturelle
La monte naturelle est une alternative partielle à l'IA, qui s'est généralisée dans plusieurs filières (porcine, bovin et ovin lait). Elle s'inscrit ainsi dans une démarche agroécologique car elle permet de limiter l'utilisation d'hormones de synthèse en s'appuyant sur le respect de la physiologie et des cycles naturels des animaux. Tout particulièrement dans les filières ovines et caprines laitières, où le recours à l'IA s'accompagne d'une synchronisation des cycles ovariens des femelles par des traitements à base d'hormones de synthèse. Cependant, afin de conserver une diffusion du progrès génétique, notamment sur des critères de rusticité de race ou de prophylaxie (résistance à la tremblante) ou à raisonner les accouplements pour limiter la consanguinité des races locales et à faible effectif, il est nécessaire de réaliser une monte en main ou de changer régulièrement les reproducteurs mâles. L’IA permet avant tout d’éviter la diffusion des maladies. « Les animaux prélevés sont exempts de toutes affections vénériennes. Détenir un taureau, le partager ou le louer avec d’autres exploitations augmente le risque qu’il diffuse le pathogène au sein du troupeau » explique Hélène Boÿreau à l'occasion de sa thèse de doctorat en médecine vétérinaire sur le développement de l'IA en allaitant.
Les inconvénients de la monte naturelle sont bien connus : les risques de consanguinité et l'absence d'index génétique confirmé, mais aussi de diversité des origines et des profils. Cette technique est donc principalement utilisée pour assurer les retours sur des vaches non gravides ou encore sur des lots de génisses laissées en pâture, dans un contexte où l'agrandissement des troupeaux et la baisse de fertilité des vaches complexifient la gestion de la reproduction. Dans ce cas, l'enjeu n'est plus le progrès génétique, mais d'assurer la gestation des femelles, afin qu'elles remplissent leur fonction de production. « Le choix de la saillie naturelle doit répondre à des objectifs précis et s'inscrire dans une stratégie de reproduction globale du troupeau pouvant associer le taureau, l'insémination artificielle (IA) et la transplantation embryonnaire, souligne Claude Joly, vétérinaire dans le Pas-de-Calais. Mais on ne met pas un taureau dans le troupeau par désabusement en se disant "je laisse faire la nature".Cela peut coûter très cher en cas de dérive sanitaire, génétique ou de fécondité.
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Risque génétique
En premier lieu, le choix du taureau doit se porter sur un individu qui possède une bonne origine, pour prévenir la dégradation des caractères ou la transmission de tares génétiques. « À l'instar des éleveurs charolais, il convient de se renseigner sur l'origine du taureau en privilégiant la visite d'achat. À cette occasion, on contrôlera les papiers des ascendants, mais aussi la morphologie de la mère et de ses filles. Ce n'est pas une garantie, mais un moyen de limiter les risques pour les éleveurs ayant fait ce choix.
Risque de recul de la fécondité
Le mâle devra ensuite être contrôlé sur son aptitude à la reproduction. Car certains taureaux ne sont pas en mesure d'assurer la fécondation des femelles en chaleur si la qualité de leur sperme est insuffisante ou s'ils sont trop sollicités. Avant la mise en service, on procédera donc à l'examen des aplombs, de la locomotion, de l'état corporel et de la libido (comportement en présence d'une vache en chaleur). Pubère autour de 13 à 14 mois, le taureau sera mis à la reproduction vers 18 mois, âge de sa pleine maturité sexuelle. Dans les systèmes de vêlages très groupés, on retiendra qu'un mâle peut saillir une femelle/mois d'âge, soit deux mâles de 25 mois pour un troupeau de 50 vaches. Si les vêlages sont étalés, un mâle peut suffire. Mais même dans cette situation, la qualité de l'éjaculat peut se révéler insuffisante pour féconder deux femelles dans la même journée. À l'instar de l'IA, le praticien recommande donc de réaliser des échographies selon un planning très régulier, pour confirmer les gestations et ainsi éviter les décalages générateurs de manque à gagner : « C'est le seul moyen d'éviter une dérive de la fécondité du troupeau. Même si l'on n'obtient jamais un taux de gestation de 100 %, on peut raisonnablement viser 80 % en conditions optimales ». Lorsque les saillies sont gérées à la demande, sur chaleurs détectées, l'échographie sera réalisée après 35 jours ; si le taureau est en liberté dans le troupeau 24 heures/24, l'échographie sera réalisée 120 jours après vêlage, puis tous les mois ; enfin, s'il est en liberté dans un lot de génisses, l'échographie sera faite au bout de deux mois avec un taux de gestation objectif de 70 %, puis renouvelée chaque mois. En cas de dérive, il faudra contrôler la qualité du sperme ou la santé des femelles. Pour plus de sécurité, il est aussi possible en début de saison d'analyser à la ferme la qualité de l'éjaculat au microscope, après un prélèvement réalisé lors d'une saillie ou par électroéjaculation. « Face au risque d'infécondité, on comprend bien qu'il y a tout intérêt à avoir un plan B lorsque l'on achète un jeune taureau, c'est-à-dire l'IA ou un deuxième mâle.
Risque sanitaire
Il convient également de contrôler le statut sanitaire du taureau, car en plus des maladies vénériennes, il risque d'introduire de nouveaux agents pathogènes dans l'élevage. « Outre le dépistage obligatoire pour la vente (paratuberculose et IBR), on pourra également dépister la BVD, la besnoitiose, la FCO ou encore schmallenberg. Dans l'attente des résultats, le taureau restera en quarantaine.
Risque physique
Il s'agit du risque bien connu pour l'éleveur, mais aussi pour l'animal. Ainsi, un jeune taureau présentant un différentiel de taille important avec les vaches adultes peut avoir les deux pattes arrière décollées du sol au moment de la saillie et se casser le train arrière en retombant à la verticale. Dans ce cas, c'est direction l'abattoir… « Le risque est d'autant plus important sur des bétons glissants ou, pire encore, sur des caillebotis. En outre, les couloirs d'exercice doivent être suffisamment larges pour faciliter l'accouplement. C'est pourquoi, en logette sur caillebotis, il faut privilégier l'utilisation du taureau à la demande sur chaleur détectée, dans un box suffisamment grand pour les mouvements de deux animaux.
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