Dans les élevages la semence bovine est utilisée pour réaliser un grand nombre d’inséminations artificielles afin de renouveler le cheptel bovin et de diffuser des patrimoines génétiques d’intérêt. La présence de taureaux subfertiles parmi les reproducteurs entraîne des pertes économiques pour un grand nombre d’acteurs de l’élevage. Identifier ces animaux subfertiles est donc un enjeu important pour la filière. L’étude des paramètres fonctionnels de la semence ne permet pas d’identifier tous les taureaux subfertiles. De plus, la fertilité mâle est peu héritable et donc difficile à sélectionner à l’aide d’informations génomiques ; si bien qu’il n’existe aujourd’hui pas d’évaluation en routine de la fertilité mâle. La méthylation de l’ADN est une marque épigénétique jouant un rôle majeur dans la fertilité mâle. En effet, elle subit des remaniements d’ampleur au cours de la différenciation des cellules germinales mâles en spermatozoïdes, ainsi qu’après la fécondation dans le pronoyau mâle et au cours du développement embryonnaire. Elle pourrait donc être le témoin des différences de fertilité pouvant exister entre les taureaux. Le premier objectif de cette thèse a été d’étudier le potentiel du méthylome spermatique comme source de biomarqueurs de fertilité. Pour cela, la semence de 120 taureaux de race Montbéliarde et 38 de race Holstein a été analysée par RRBS (« Reduced Representation Bisulfite Sequencing »). En réalisant des analyses différentielles de méthylation entre des animaux fertiles et subfertiles, des sites différentiellement méthylés (DMC) ont pu être identifiés. Une partie de ces DMC était associée à des gènes impliqués dans la physiologie du spermatozoïde et dans le développement embryonnaire, permettant donc d’émettre des hypothèses biologiques quant à leur lien avec la fertilité. A partir de de ces DMC et en exploitant la méthodologie des forêts aléatoires, il a été possible de construire des modèles permettant de prédire la fertilité avec une précision de 72 à 94% en fonction de la cohorte analysée. Néanmoins, la méthylation de l’ADN n’est pas le seul facteur important pour la fertilité mâle qui est un phénotype complexe. Prendre en compte plusieurs sources d’informations biologiques pourrait permettre d’augmenter la robustesse des modèles et d’améliorer les connaissances sur les mécanismes moléculaires régulant la fertilité. C’est pourquoi le deuxième objectif de cette thèse a consisté à intégrer les données de méthylation de l’ADN avec des données d’expression des petits ARN non codants et des paramètres fonctionnels de la semence obtenue sur les mêmes échantillons, ainsi qu’avec le génotype des taureaux. Des modèles de prédiction plus performants ont pu être élaborés à partir de 50 à 500 variables issues des différents types d’-omiques, mais jamais des paramètres fonctionnels de la semence qui semblaient peu liés à la fertilité des taureaux. Peu de corrélations ont pu être observées entre les différentes données –omiques, qui semblent plutôt agir de manière complémentaire dans la construction de la fertilité mâle, en conformité avec le statut transcriptionnel particulier du spermatozoïde. Dans leur ensemble, ces résultats démontrent que l’utilisation de données épigénétiques et génétiques permet de prédire avec une bonne précision la fertilité des taureaux à partir d’un échantillon de semence. Ces résultats, obtenus sur des cohortes de dimensions relativement modestes, peuvent être considérés comme des résultats encourageants, mais nécessitent d’être validés sur des populations plus larges. Néanmoins, ces données offrent des perspectives intéressantes pour la compréhension des mécanismes moléculaires de la fertilité mâle, et permettront à court terme d’implémenter un outil d’évaluation de la fertilité des reproducteurs. A plus long terme, l’étude de la transmission de ces variations de l’épigénome spermatique à la descendance pourrait entrainer des avancées majeures dans le domaine de l’élevage.