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Structure génétique et signatures de
sélection déduites à partir des
données de séquence génome
entier chez les races bovines
Françaises à faibles effectifs
Slim Ben Jemaa, Didier Boichard, Mekki Boussaha
Objectifs
À l’aide des données de séquence génome entier:
• Identifier la structure génétique (de population) de 5 races Françaises à
faibles effectifs: Armoricaine, Froment du Léon, Lourdaise, Maraichine et
Saosnoise
• Détecter des signatures de sélection chez ces races (permet d'identifier des
gènes à l'origine de la variation de caractères d'intérêt)
2
Pourquoi ?
 Structure de population:
 Programmes de conservation génétique adaptés
 Les races locales: réservoir de variants utiles pour
l’adaptation aux milieux difficiles
 Signatures de sélection
• Caractériser et objectiver les différences génomiques
entre races
• Compréhension des mécanismes moléculaires sous-
jacents à un phénotype donné (adaptation, production,
caractéristiques morphologiques...)
• Outils pour accroître l'efficacité de la sélection
Originalité
Utilisation des données de séquence de génome
entier: accès à l'intégralité du génome
• caractérisation moins sujette
au biais lié au choix des
marqueurs génétiques
• une cartographie fine des régions
d'intérêt
4
5
Armoricaine (ARMO):
mixte, dépôt de gras important
et viande très persillée,
rustique adaptée au froid
Froment du Léon (FROM):
laitière, format moyen,
docile, lait très riche en gras
et en béta-carotène
Lourdaise (LOURD):
mixte bien qu’appartenant
au rameau des races blondes
du Sud Ouest,
beurrière
Maraichine (MAR)
rustique adaptée aux
milieux humides,
branche fauve du rameau brun
Saosnoise (SAOS)
grand format, rustique,
issue d’un croisement
Short Horn, Normande et Mancelle
Ajout d’autres races (comparaisons)
Race Nbre animaux séquencés
Angus 15
Armoricaine 9
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Froment du Léon 10
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Race Nbre animaux séquencés
Maraichine 7
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Shorthorn 13
Total 195
6
Origine des séquences: CRB-Anim (Froment); EuroGenomics-Illumina (4 autres races PE),
Projets INRAE et 1000 Bull Genome (Races contrôle)
7
Structure de population
 Objectif:
 Visualiser les populations les unes par rapport aux autres
en réduisant la complexité des données en un petit
nombre de dimensions appelées composantes principales
 Identification de clusters :
 Holstein et Pie rouge des plaines se distinguent
clairement (gauche)
 Armoricaine et Short-Horn (en haut)
 Limousine, Aubrac, Blonde Aquitaine (en bas)
 Saonoise, Maine-Anjou, Rouge des Prés (bleu)
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de la France. (en bas)
HOL & MRY
ARMO & SHORN
AUB & BAQ
& LIM
FROM &
MAR
SAOS & MAANJ
& RDP
SDM & JUTL
& RDC
PAR &
LOURD
Analyse en Composantes Principales
8
Le génome des individus est perçu comme un mélange de 6 populations ancestrales
(couleurs différentes):
 Saosnoise et Armoricaine partagent une composante ancestrale majeure avec Rouge des
Près et Short Horn
 Lourdaise, Parthenaise et Maraichine partagent une bonne proportion de leur génome
avec Aubrac, Limousine et Blonde d’Aquitaine.
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Inférence sur les ascendances
10
Signatures de sélection
Signatures de sélection génomique: définition
La sélection (naturelle ou artificielle) engendre
des traces dans le génome (signatures)
provoquées par des changements dans la
variation des loci soumis à la sélection:
Augmentation de la fréquence de l’allèle
sélectionné conjuguée à une baisse de la
variation autour de la région sélectionnée
Des haplotypes homozygotes anormalement
longs autour des régions sélectionnées.
11
Aavant sélectio
n
Aaprès sélectio
n
Signatures de sélection : tests utilisés
• 2 types de tests basés sur l’étendue de l'homozygotie des haplotypes (EHH):
• Un test intra-population où l’EHH de l’allèle ancestral est contrastée avec
celle de l’allèle sous sélection
• Un test inter-populations où on compare le EHH entre deux
populations: identification de variants génétiques ciblés par la
sélection chez une population mais pas dans l'autre.
• Confirmation des régions candidates détectées par une autre approche
(fréquences de variants sous sélection vs variants neutres).
12
Test intra-population: Armoricaine
13
• Scan du génome pour
chaque SNP: Allèle dérivé
vs allèle ancestral pour le
EHH.
• Régions potentiellement
sous sélection définies par
les SNP qui dépassent le
seuil de significativité
(ligne horizontale).
Comparaisons entre populations Armoricaine vs
ShortHorn
 Gène candidat : SDK1: 20 SNPs (les plus
significatifs) localisés dans ce gène.
 SDK1 (immunoglobulines) est un candidat
pour l'adaptation aux températures
extrêmes chez le poulet, à l’efficacité
alimentaire chez les bovins, qualité de la
viande (jutosité, gras intramusculaire) chez
le porc.
Chr 25: 39.745 – 39.935 Mb
Chr 25: 38.14 – 41.53 Mb
SDK1 : 39.45 – 40.06 Mb
14
Comparaisons entre populations: Froment du Léon vs
Aubrac & Blonde d’Aquitaine & Limousine
Chr 6: 104.193 – 105.983 Mb
SLC2A9 : caractères laitiers chez les bovins. Gène fortement
régulé dans la couche lipidique de lait maternel humain.
SLC2A9
Chr 15: 22.48 – 22.69 Mb
BCO2
BCO2: L'enzyme BCO2 est un régulateur clé
du métabolisme du β-carotène.
15
Conclusions
 Les données de séquence ont permis d’avoir une vue haute résolution du
génome de 5 races Françaises à faibles effectifs.
 Une cartographie fine de régions du génome qui abritent des gènes
impliqués dans des caractères laitiers et d’adaptation environnementale
potentiellement soumis à une pression de sélection.
 Il est possible d’identifier des variants causaux  étude des mécanismes
d'expression et de régulation sous-jacents aux caractères d’intérêt.
 Ils soulignent l’importance de la conservation des variants génétiques
spécifiques à ces races pour répondre aux défis de l’agroécologie et du
changement climatique
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  • 1. Structure génétique et signatures de sélection déduites à partir des données de séquence génome entier chez les races bovines Françaises à faibles effectifs Slim Ben Jemaa, Didier Boichard, Mekki Boussaha
  • 2. Objectifs À l’aide des données de séquence génome entier: • Identifier la structure génétique (de population) de 5 races Françaises à faibles effectifs: Armoricaine, Froment du Léon, Lourdaise, Maraichine et Saosnoise • Détecter des signatures de sélection chez ces races (permet d'identifier des gènes à l'origine de la variation de caractères d'intérêt) 2
  • 3. Pourquoi ?  Structure de population:  Programmes de conservation génétique adaptés  Les races locales: réservoir de variants utiles pour l’adaptation aux milieux difficiles  Signatures de sélection • Caractériser et objectiver les différences génomiques entre races • Compréhension des mécanismes moléculaires sous- jacents à un phénotype donné (adaptation, production, caractéristiques morphologiques...) • Outils pour accroître l'efficacité de la sélection
  • 4. Originalité Utilisation des données de séquence de génome entier: accès à l'intégralité du génome • caractérisation moins sujette au biais lié au choix des marqueurs génétiques • une cartographie fine des régions d'intérêt 4
  • 5. 5 Armoricaine (ARMO): mixte, dépôt de gras important et viande très persillée, rustique adaptée au froid Froment du Léon (FROM): laitière, format moyen, docile, lait très riche en gras et en béta-carotène Lourdaise (LOURD): mixte bien qu’appartenant au rameau des races blondes du Sud Ouest, beurrière Maraichine (MAR) rustique adaptée aux milieux humides, branche fauve du rameau brun Saosnoise (SAOS) grand format, rustique, issue d’un croisement Short Horn, Normande et Mancelle
  • 6. Ajout d’autres races (comparaisons) Race Nbre animaux séquencés Angus 15 Armoricaine 9 Aubrac 9 Blonde d’Aquitaine 15 Dexter 2 Froment du Léon 10 Galloway 4 Holstein 15 Jutland 9 Limousin 15 Lourdaise 4 Main-Anjou 7 Race Nbre animaux séquencés Maraichine 7 Pie rouge des plaines 9 Normande 18 Parthenaise 2 Rouge Flamande 4 Rouge des près 8 Saosnoise 10 ScottishHighland 7 Dansk Holstein 3 Shorthorn 13 Total 195 6 Origine des séquences: CRB-Anim (Froment); EuroGenomics-Illumina (4 autres races PE), Projets INRAE et 1000 Bull Genome (Races contrôle)
  • 8.  Objectif:  Visualiser les populations les unes par rapport aux autres en réduisant la complexité des données en un petit nombre de dimensions appelées composantes principales  Identification de clusters :  Holstein et Pie rouge des plaines se distinguent clairement (gauche)  Armoricaine et Short-Horn (en haut)  Limousine, Aubrac, Blonde Aquitaine (en bas)  Saonoise, Maine-Anjou, Rouge des Prés (bleu)  Parthenaise et Lourdaise proches des races du Sud de la France. (en bas) HOL & MRY ARMO & SHORN AUB & BAQ & LIM FROM & MAR SAOS & MAANJ & RDP SDM & JUTL & RDC PAR & LOURD Analyse en Composantes Principales 8
  • 9. Le génome des individus est perçu comme un mélange de 6 populations ancestrales (couleurs différentes):  Saosnoise et Armoricaine partagent une composante ancestrale majeure avec Rouge des Près et Short Horn  Lourdaise, Parthenaise et Maraichine partagent une bonne proportion de leur génome avec Aubrac, Limousine et Blonde d’Aquitaine. K=6 9 Inférence sur les ascendances
  • 11. Signatures de sélection génomique: définition La sélection (naturelle ou artificielle) engendre des traces dans le génome (signatures) provoquées par des changements dans la variation des loci soumis à la sélection: Augmentation de la fréquence de l’allèle sélectionné conjuguée à une baisse de la variation autour de la région sélectionnée Des haplotypes homozygotes anormalement longs autour des régions sélectionnées. 11 Aavant sélectio n Aaprès sélectio n
  • 12. Signatures de sélection : tests utilisés • 2 types de tests basés sur l’étendue de l'homozygotie des haplotypes (EHH): • Un test intra-population où l’EHH de l’allèle ancestral est contrastée avec celle de l’allèle sous sélection • Un test inter-populations où on compare le EHH entre deux populations: identification de variants génétiques ciblés par la sélection chez une population mais pas dans l'autre. • Confirmation des régions candidates détectées par une autre approche (fréquences de variants sous sélection vs variants neutres). 12
  • 13. Test intra-population: Armoricaine 13 • Scan du génome pour chaque SNP: Allèle dérivé vs allèle ancestral pour le EHH. • Régions potentiellement sous sélection définies par les SNP qui dépassent le seuil de significativité (ligne horizontale).
  • 14. Comparaisons entre populations Armoricaine vs ShortHorn  Gène candidat : SDK1: 20 SNPs (les plus significatifs) localisés dans ce gène.  SDK1 (immunoglobulines) est un candidat pour l'adaptation aux températures extrêmes chez le poulet, à l’efficacité alimentaire chez les bovins, qualité de la viande (jutosité, gras intramusculaire) chez le porc. Chr 25: 39.745 – 39.935 Mb Chr 25: 38.14 – 41.53 Mb SDK1 : 39.45 – 40.06 Mb 14
  • 15. Comparaisons entre populations: Froment du Léon vs Aubrac & Blonde d’Aquitaine & Limousine Chr 6: 104.193 – 105.983 Mb SLC2A9 : caractères laitiers chez les bovins. Gène fortement régulé dans la couche lipidique de lait maternel humain. SLC2A9 Chr 15: 22.48 – 22.69 Mb BCO2 BCO2: L'enzyme BCO2 est un régulateur clé du métabolisme du β-carotène. 15
  • 16. Conclusions  Les données de séquence ont permis d’avoir une vue haute résolution du génome de 5 races Françaises à faibles effectifs.  Une cartographie fine de régions du génome qui abritent des gènes impliqués dans des caractères laitiers et d’adaptation environnementale potentiellement soumis à une pression de sélection.  Il est possible d’identifier des variants causaux  étude des mécanismes d'expression et de régulation sous-jacents aux caractères d’intérêt.  Ils soulignent l’importance de la conservation des variants génétiques spécifiques à ces races pour répondre aux défis de l’agroécologie et du changement climatique 16

Notes de l'éditeur

  1. Diapo 1 : Je vais vous présenter le travail que j’ai fait sur l’identification de la Structure génétique de races bovines Françaises à faibles effectifs et la détection de signatures de sélection dans le génome de ces races à partir des données de séquence de génome entier.
  2. Diapo 2 : Comme c’est indiqué dans le titre, ce travail a 2 objectifs : le premier est d’identifier la structure génétique (de population) de 5 races Françaises à faibles effectifs : L’Armoricaine, le Froment du Léon, la Lourdaise, La Maraichine et la Saosnoise. Le second objectif est de détecter les signatures de sélection dans le génome de ces races. Alors c’est quoi une signature de sélection, c’est une trace laissée dans le génome engendrée par une pression de sélection qui peut être soit naturelle soit artificielle (provoquée par l’homme). Détecter ces régions du génome soumise à la sélection permet d'identifier des gènes qui sont à l'origine de la variation d’un caractères d'intérêt.