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Dernière mise à jour : Mai 2018

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SAPS - Sciences Animales Paris-Saclay

Les Faits Marquants SAPS en 2020

Les Faits Marquants illustrent les principales recherches des unités de recherche SAPS de l'année. Ils sont issus de publications scientifiques d'excellence ou d'évènements majeurs dans le domaine des Sciences Animales et reflètent les résultats de recherche les plus marquants de nos Projets Phare.

PP1 : Construction des phénotypes

PP2 Sélection dans les élevages de demain

PP3 : Nouvelles stratégies pour la santé animale et la santé publique

PP4 : Prédiction des phénotypes et des réponses adaptatives

Science et Société

Faits marquants de SAAJ 2020

# PP1 : Construction des phénotypes

L’acide rétinoïque (AR) n’est pas le facteur déclenchant la méiose des cellules germinales femelles chez la souris : la fin d’un dogme en biologie de la reproduction !

Immunodétection de la protéine SYCP3, un marqueur de méiose (en vert) et DAZL, un marqueur des cellules germinales (en rouge) dans l’ovaire embryonnaire d’une souris contrôle (à gauche) ou mutante nulle pour les gènes permettant la production d’Acide Rétinoique (Aldh1a1-3, au milieu), ou pour les gènes codant ses recepteurs (à droite). Anne-Amandine Chassot et Norbert B. Ghyselinck

La méiose est un processus essentiel qui permet le brassage des chromosomes et la transmission d’une information génétique unique à la descendance. À partir d'une cellule germinale diploïde1, la méiose produit des gamètes haploïdes2 (ovocyte chez la femelle, spermatozoïde chez le mâle). Chez les mammifères, les cellules présentes dans les gonades en développement fournissent un soutien architectural, nourricier et protecteur aux cellules germinales. Elles émettent aussi des signaux moléculaires qui instruisent le destin des cellules germinales. Parmi ces signaux, il était admis depuis presque 15 ans que l’acide rétinoïque, une molécule synthétisée à partir de la vitamine A, induisait l’entrée en méiose des cellules germinales femelles chez les mammifères.  Cependant ce dogme ne reposait que sur des expériences faites sur des cultures de gonades entières. Pour clarifier le rôle de l’acide rétinoïque, des scientifiques de l’IGBMC (Strasbourg) et de l’iBV (Nice) ont utilisé deux approches complémentaires. Dans la première, ils ont empêché la fabrication d’acide rétinoïque dans l’ovaire (gonade femelle) embryonnaire de souris. Dans la seconde, en collaboration avec des chercheurs de l’unité BREED, ils ont bloqué le message relayé par l’acide rétinoïque en empêchant l’expression de ses récepteurs. Dans les deux cas, les cellules germinales initient la méiose normalement. Mieux encore, les ovocytes dépourvus de récepteurs de l’acide rétinoïque donnent naissance, après fécondation, à des souriceaux viables, preuve que leur fonctionnalité n’est pas altérée.
(1) Une cellule diploïde comporte une paire de chromosomes homologues.
(2) Une cellule haploïde comporte un seul exemple de chaque chromosome.

  • Doi : 10.1126/sciadv.aaz1139
  • Doi: 10.1126/sciadv.aaz1261

Des capteurs de température associés aux puces d'identification pour le monitoring des équidés

@Photos : Marion Garrigue, Juliette Auclair-Ronzaud, Pascale Chavatte-Palmer

La prise de température est un élément essentiel du suivi clinique des chevaux. Or, la prise de température rectale demande la manipulation de l'animal et peut prendre plusieurs minutes. Des chercheurs de BREED et de la station expérimentale de l'Institut Français du Cheval et de l'Equitation à Chamberet ont étudié la possibilité de mesurer la température automatiquement en couplant des capteurs de température aux puces électroniques d'identification obligatoires chez les équidés. Chez des jeunes chevaux de un an, un lecteur de puce situé au niveau de l'abreuvoir a permis de mesurer la température automatiquement pendant l'hivernage, démontrant que cette méthode est fiable comparée à la prise de température rectale. L'amplitude des variations de température dans la journée et des différences entre sexes (les mâles ayant une température légèrement plus élevée que les femelles) ont été décrits. Chez les juments en fin de gestation, la température a été mesurée manuellement toutes les deux heures en plaçant un lecteur de puce près de l'encolure. Une chute de température de 0,3 à 0,5°C a systématiquement été observée dans les 12 heures précédant le poulinage, qui pourrait permettre d'améliorer la prédiction et la surveillance du poulinage.

  • Doi : 10.1016/j.jevs.2019.102892 ; 10.1016/j.theriogenology.2020.08.004

L’exposition maternelle à un odorant modifie la réaction émotionnelle au sevrage chez la souris selon l’environnement

Dispositif d’enceinte ouverte (open-field, à gauche) permettant l’enregistrement de la trajectoire individuelle d’une souris dans une zone délimitée. Le parcours de la souris (en noir, à droite) est enregistré pendant 5 minutes et se répartit en zone interne ou externe par rapport à un carré rouge. Le pourcentage de temps passé en zone interne reflète le niveau de stress de l’animal. Plus l’animal est stressé, plus ce pourcentage est faible

Chez les vertébrés, le fœtus mémorise des informations provenant de l’environnement prénatal facilitant son adaptation à la vie postnatale.  Les odeurs apprises dans un contexte maternel peuvent notamment agir sur les capacités cognitives comme l’apprentissage, mais leurs effets sur les comportements émotionnels sont moins connus et parfois controversés. Certaines odeurs présentes dans l’alimentation maternelle sont également transférées dans le lait des mères, induisant un apprentissage périnatal renforcé par les soins maternels. Des chercheurs de l’unité BREED ont testé si l’exposition périnatale à un odorant permet de diminuer la réaction émotionnelle des descendants dans un test d’anxiété. Pour cela, des mères ont été nourri au cours du dernier tiers de gestation et des trois premières semaines de lactation avec un aliment odorisé à l’heptaldéhyde. Un groupe de mères contrôles nourries à l’aliment non odorisé a été mené en parallèle. Au sevrage, la réaction émotionnelle des souriceaux face à une situation stressante a été testée sans odorant, en présence de l’odorant appris ou d’un odorant non familier. Le comportement d’anxiété des animaux exposés à l’heptaldéhyde pendant la phase périnatale diffère de celui des souriceaux non exposés et varie selon l’odorant présent dans l’environnement pendant le test. Les souriceaux non odorisés présentent une réaction émotionnelle plus forte en présence des odorants qu’en leur absence. Les souriceaux odorisés présentent une tendance à une réaction émotionnelle moins importante en présence d’heptaldéhyde dans l’environnement, mais pas en présence d’un odorant non familier. Ces résultats montrent que ce comportement d’anxiété peut être modulé par la présence d’un odorant et que cet effet est spécifique de l’odorant. Le rappel d’une expérience olfactive précoce peut contribuer à l’amélioration du bien-être dans diverses situations de stress rencontrées dans le parcours de vie.  

  • Doi : 10.1007/s10071-020-01393-0

Les super-enhancers : des régions régulatrices dynamiques, plateformes d’interactions entre facteurs de transcription, méthylation de l’ADN et structure de la chromatine

@ A. Jouneau

Les gènes liés à l’identité cellulaire sont contrôlés par des séquences régulatrices, composées de regroupements d’enhancers appelées super-enhancers. Leur activité a été notamment caractérisée dans les cellules souches embryonnaires, qui sont issues de l’embryon dans les premiers stades de développement. Ces cellules souches sont dites pluripotentes car elles vont se différencier dans tous les types cellulaires d’un organisme. Dans une étude publiée dans Nature Communications, des chercheurs de l’unité BREED, de l’Imperial College (Londres) et de l’Université Radboud (Nimègue, Pays-Bas), ont cherché à comprendre comment ces super-enhancers étaient remodelés lorsque les cellules sortent de l’état pluripotent pour commencer à se différencier. Deux types d'unités enhancers au sein des super-enhancers ont été identifié, caractérisées par une dynamique spécifique de méthylation de l’ADN. Ces unités sont soit désactivées, soit restent actives au moment de la sortie de pluripotence. La signature épigénétique et les facteurs de transcription qui s’y lient diffèrent selon le type d’unités. Parmi eux, ESRRB, une protéine importante qui participe au maintien de la pluripotence, est spécifiquement enrichie dans les unités qui se désactivent en sortie de pluripotence. ESRRB joue donc un rôle pivot comme régulateur de l’activité de ces unités et son extinction programmée au cours du développement déclenche la désactivation sélective de ces unités au sein des super-enhancers. Cette étude met en lumière les interactions entre la structure de la chromatine, les modifications épigénétiques et les facteurs de transcription, qui ensemble permettent une régulation fine de l’expression de gènes clés du développement

  • DOI : 10.1038/s41467-020-14916-7

Le régime post-sevrage et l'obésité maternelle ont des effets différents sur les métabolomes du foie et du cerveau chez la souris

@ A. Gabory

L’obésité maternelle peut prédisposer aux pathologies métaboliques à l’âge adulte. Une perte de poids préconceptionnelle est recommandée aux femmes obèses, mais ses effets sur la croissance foeto-placentaire et la santé de la descendance à l’âge adulte sont encore peu connus.

Des effets négatifs de l’obésité maternelle suivie d'une perte de poids préconceptionelle ont été observés sur le métabolisme et le comportement olfactif des descendants, en particulier chez les mâles. Pour mieux caractériser cette programmation à long terme des voies métaboliques, des chercheurs de BREED ont étudié par spectrométrie de masse non ciblée, l'impact du statut métabolique maternel et post-sevrage sur le métabolome1 de la progéniture mâle adulte dans trois tissus impliqués dans l'homéostasie énergétique : le foie, l'hypothalamus et le bulbe olfactif. Le régime alimentaire post-sevrage modifie l'abondance de plusieurs métabolites dans les trois tissus alors que le régime maternel influence l'abondance de deux métabolites dans le foie. En particulier, l'abondance de l'ansérine est réduite en cas d'obésité maternelle, mais normalisée par une perte de poids préconceptionnelle, quel que soit le régime après le sevrage. L'ansérine est considérée comme un métabolite hépatoproteur2. Dans un contexte obésogène, le foie des descendants de mères obèses peut donc être plus rapidement affecté par les troubles métaboliques, favorisant ainsi stéatose hépatique et obésité. Cette étude est la première à identifier un effet de programmation à long terme de l'obésité maternelle préconceptionnelle sur le métabolome de la descendance. Elle met également en évidence la grande plasticité métabolique du foie et l'homéostasie relative de deux structures du système nerveux central, bulbe olfactif et hypothalamus, et suggère une signature métabolique partiellement partagée par les trois tissus.

1 métabolome : ensemble des petites molécules telles que les intermédiaires métaboliques, les hormones et autres molécules signal qui peuvent être trouvées dans un échantillon biologique.

2 protégeant le foie

  • Doi : 10.3390/nu12061572

L’obésité maternelle influence le transport des nutriments, le statut inflammatoire et la morphologie du placenta humain à terme

@ MN Dieudonné

L’obésité touche 15 % de la population française dont les femmes en âge de procréer. Aujourd’hui, il est bien établi que l’obésité maternelle est associée à des complications telles que les fausses couches à répétition, la pré-éclampsie ou le diabète gestationnel. De plus, les enfants nés de mères obèses ou en surpoids ont un risque plus élevé de développer une obésité, des maladies cardiovasculaires voire un syndrome métabolique à l’âge adulte. A l’interface entre la mère et le fœtus, le placenta assure des fonctions endocrines, d’échange et de protection immunitaire. Dans le cas de l’obésité maternelle, le placenta est exposé à un environnement lipotoxique et inflammatoire.  Afin d’étudier les effets sur la structure et les fonctions du placenta, des chercheurs de BREED ont collecté des placentas à terme pour des femmes obèses ou témoins. Leur étude montre l'obésité maternelle entraine (i) une diminution de l’expression placentaire de cytokines1 pro-inflammatoires telles que l'interleukine-6 et la leptine associée à une réduction de l’infiltration macrophagique et leucocytaire du placenta, (ii) une diminution de l’expression placentaire de certains transporteurs de nutriments, (iii) une diminution de la densité des vaisseaux fœtaux et (iv) une diminution de la production d’hormone chorionique gonadotrope (hCG). De plus, les données cliniques de cette étude ne montrent aucune différence statistique dans les poids de naissance des nouveau-nés entre les femmes obèses et les femmes normo-pondérées. Ces travaux suggèrent que, face à un environnement délétère tel que l’obésité maternelle, le placenta humain présente un certain degré de plasticité et s’adapte pour maintenir une croissance fœtale normale. Toutefois, il est nécessaire de poursuivre de travail pour comprendre les mécanismes moléculaires à l’origine des effets indésirables de l’obésité maternelle sur la santé de la progéniture à l’âge adulte.

1 cytokines : protéines solubles qui peuvent agir à distance sur d’autres cellules

  • doi: 10.1210/clinem/dgaa660

La composition en microARNs du lait bovin dépend du fond génétique : mise en évidence de spécificités propres aux races Holstein et Normande

@S. Le Guillou. Comparaison des miRNomes du lait de Normande et de Holstein.

La prise en compte du lait comme aliment important pour la santé a ouvert la voie à différentes études sur ses composants, des nutriments jusqu’aux microARNs, petites molécules aux propriétés régulatrices présentes en grande quantité dans le lait. L’analyse de la variation de leur composition selon le fond génétique a permis de montrer, à l’aide de séquençage haut débit, que les laits de Holstein et de Normande sont respectivement composés de 2038 et 2030 microARNs, dont 1771 en commun.La comparaison de ces deux races, aux caractéristiques de production laitière distinctes, a permis de mettre en évidence 182 microARNs présentant des différences significatives d'abondance. Ils sont impliqués dans la régulation du métabolisme des lipides et dans la morphogenèse et le développement mammaire, pouvant affecter la lactation. Ces travaux apportent de nouvelles connaissances sur la régulation des mécanismes moléculaires impliqués dans la production du lait.

  • Contact: Equipe GaLac, Sandrine Le Guillou

Variabilité de la méthylation de l’ADN chez la truite arc-en-ciel : rôles combinés de la température précoce et du fond génétique

Nombre de loci différentiellement méthylés entre les deux régimes thermiques précoces (11°C vs. 16°C) chez six lignées isogéniques de truite arc-en-ciel (Lallias et al. 2020)

Pour une aquaculture économiquement viable mais aussi respectueuse de l’environnement et des contraintes sociétales, l’amélioration de la robustesse des poissons, c’est-à-dire de la capacité à maintenir un bon niveau de production dans des environnements variables est un enjeu majeur.
Les mécanismes épigénétiques sont des mécanismes moléculaires qui peuvent moduler l’activité des gènes, sans modifier l’information contenue dans les gènes eux-mêmes. Il est établi que ces marques épigénétiques, notamment la méthylation de l’ADN, jouent un rôle dans la modulation des réponses à une modification environnementale, donc dans la mise en place de la robustesse. Pour mieux comprendre les mécanismes sous-jacents à la robustesse des poissons, un des enjeux est maintenant de comprendre comment différents génotypes modifient différemment leurs marques épigénétiques en réponse à un changement environnemental et s’adaptent ainsi plus ou moins bien à ce changement. Une étude, financée par le projet européen AQUAEXCEL2020, montre que la température (11°C vs. 16°C) subie pendant les phases précoces du développement entraîne des modifications des marques épigénétiques. A l’aide d’un matériel animal original, les lignées isogéniques, il a été montré que la température précoce modifie les patrons de méthylation de l’ADN et que ces changements semblent dépendre du génotype. Cette étude ouvre des perspectives pour l’étude du déterminisme génétique des marques épigénétiques.

  • Contact: Equipe GenAqua, Delphine Lallias

 
Mâle ou femelle ? un contrôle génétique pas si simple chez la truite arc-en-ciel

@M. Dupont-Nivet Truites arc-en-ciel

Chez la truite arc-en-ciel, le sexe est gouverné par un système chromosomique simple (une paire de chromosomes sexuels XX/XY) et le déterminant majeur est connu (gène sdY). Cette caractéristique est exploitée pour produire des populations d’élevage entièrement femelles (XX), plus intéressantes que les populations bisexuées, notamment pour la production de truites à filets. Cependant des individus masculinisés (mâles ou intersexués) sont régulièrement observés dans ces cheptels monosexes. L’origine de ces intrigantes masculinisations spontanées a été explorée par une équipe de scientifiques INRAE, en collaboration avec des partenaires de la filière trutticole. Ils ont montré que la masculinisation est plus fréquente dans la descendance de certains individus et fortement héritable. Une analyse génomique approfondie a révélé que plusieurs gènes, différents de sdY, sont impliqués dans le développement du sexe mâle chez les individus XX, et des marqueurs génétiques associés à la masculinisation ont été identifiés dans la population étudiée. Cette étude révèle donc l’existence de facteurs génétiques de contrôle du sexe qui coexistent avec le système XX/XY. Ces résultats sont une première étape vers la compréhension des mécanismes qui gouvernent la masculinisation des individus XX. Ils ouvrent aussi des perspectives d’application en élevage, avec l’utilisation de marqueurs génétiques pour repérer les individus porteurs de mutations propices à la masculinisation.

  • Contact: Equipe GenAqua, Florence Phocas

Un certain éclairage sur « Shadoo »

@B. Passet

Si la protéine Prion (PrP) suscite bien des recherches de par son implication dans les encéphalopathies spongiformes transmissibles, la protéine apparentée Shadoo est longtemps restée dans l’ombre de sa grande sœur. Avec des collègues d’unités INSERM, du CEA et de SAPS, nous avons développé par édition du génome des souris invalidées au locus codant pour Shadoo et analysé leurs phénotypes. L’absence de cette protéine, exprimée dès les premiers stades du développement embryonnaire et présente dans de nombreux organes chez l’adulte, n’empêche pas d’avoir des souris viables et fertiles. Cependant, cette invalidation induit une diminution de la taille des portées associée à une létalité embryonnaire précoce, post-implantatoire. Elle provoque aussi un défaut de croissance intra-utérine et altère le développement/différentiation de la glande mammaire et la composition, au moins lipidique du lait, induisant une croissance ralentie des souriceaux. Ainsi, cette étude conduit à mettre en lumière plusieurs rôles méconnus de la protéine Shadoo à différentes étapes du développement.

  • Contact: Equipe MoDiT, Bruno Passet

# PP2 Sélection dans les élevages de demain

Méthode LC-MS de phénotypage qualitatif et quantitatif de la diversité moléculaire des lactoprotéines à l’état natif

Chromatogramme (UV 214nm) d’un lait de vache

L’article décrit une méthode de référence basée sur la chromatographie liquide et la spectrométrie de masse (LC-MS) qui fournit une détermination précise des six principales protéines laitières bovines, y compris les variants alléliques et d'épissage, ainsi que des isoformes résultant de modifications post-traductionnelles, avec un niveau de résolution sans précédent. Les protéines sont identifiées à partir des masses moléculaires observées par rapport aux masses théoriques des protéines intactes indexées dans une base de données "interne" qui comprend près de 3000 entrées. La quantification est effectuée à partir de l‘UV (214 nm) ou du signal de masse. Ainsi, jusqu'à une centaine de molécules, dérivées des six principales protéines du lait, peuvent être identifiées et quantifiées à partir d'un échantillon de lait individuel. La méthode est transférable à plusieurs espèces de mammifères, petits ruminants, camélidés, équidés, lapins…, ainsi qu’à l’espèce humaine. Elle ouvre de nouvelles perspectives pour la valorisation nutritionnelle du lait et l’optimisation des technologies associées.

  • Contact: Equipe @BRIDGe, Guy Miranda, Leonardo Bianchi, Agnès Delacroix-Buchet

 
Optimisation du coût de fonctionnement des cryobanques animales

Cryoconservation des ressources génétiques animales Montage réalisé par M. Tixier-Boichard à partir d’images de la photothèque INRAE

INRAE (UMR GABI) a coordonné le projet européen IMAGE (imageh2020.eu) pour une gestion innovante des banques de gènes. Une des innovations de ce projet a été de rassembler une équipe d’économistes de l’université d’Edinburgh avec des responsables de cryobanques, notamment en France, en Espagne et aux Pays-Bas. L’optimisation de la gestion des collections de semence congelée pour les espèces d’élevage a été étudiée par une méthode de modélisation mathématique qui maximise le rapport coût-efficacité en termes de nombre de races préservées. IDELE, autre partenaire du projet, a fourni des données sur les coûts de fonctionnement de la cryobanque nationale, de même que 10 autres banques de gènes en Europe, afin d’établir une stratégie de rationalisation à l’échelle européenne. Dans un second temps, la méthode a été appliquée à la rationalisation des collections à l’échelle d’un pays, en considérant le cas de l’Espagne qui dispose d’un grand nombre de cryobanques animales. Cette méthode permet donc d’évaluer la pertinence économique de l’organisation d’une infrastructure distribuée pour peu que tous les coûts de fonctionnement soient bien identifiés, elle pourrait être testée dans le cas de l’infrastructure RARe. Dans tous les cas, cet outil de modélisation sera utile à maîtriser au sein d’INRAE.

  • Contact: Michèle Tixier-Boichard

                 
L’épigénome spermatique bovin et ses variations en fonction de la conduite d’élevage et de la race

Les processus épigénétiques interviennent à toutes les étapes de la vie du spermatozoïde, de la différenciation des cellules germinales à la reprogrammation du génome paternel après la fécondation. Le programme SeQuaMol qui implique des chercheurs de BREED et de la société ALLICE a l’ambition de caractériser l’épigénome spermatique bovin et ses variations. Les chercheurs se sont intéressés au méthylome1 et à ses variations induites par des pratiques accélérant la maturité sexuelle des taureaux, pratiques en forte demande depuis que la sélection génomique permet d’établir la valeur génétique de manière précoce, ainsi qu’à la caractérisation des petits ARN non-codants spermatiques et aux variations de leurs profils d’expression dans six races bovines.

Un plan d’alimentation riche a été administré à des veaux mâles pendant les six premiers mois après la naissance, ayant pour effet de déclencher la puberté avec un mois d’avance sans effet visible sur la qualité de la semence. L’impact post-puberté sur la méthylation de l’ADN spermatique est modeste mais non négligeable. Les gènes concernés sont impliqués dans la survie cellulaire, la spermatogenèse, la prolifération des cellules de Sertoli2 et le développement de l’axe hypothalamo-hypophyso-gonadique. Certaines différences persistent après que les taureaux précoces et contrôles aient atteint le même niveau de maturité sexuelle. Les petits ARN non-codants spermatiques incluent, outre des microARN, des fragments d’ARN ribosomiques et d’ARN de transfert. Ceux associés à une glycine ou une glutamine, dont le rôle dans la programmation du phénotype de la descendance a été démontré chez la souris, sont particulièrement représentés dans cette dernière catégorie. Enfin, des variations entre races ont été observées pour toutes les catégories de petits ARN.

Cette plasticité de l’épigénome spermatique laisse entrevoir des possibilités de modulations du phénotype de la descendance en agissant sur les conditions d’élevage ou la race du taureau. Elle pourrait donc à la fois représenter une opportunité et un risque, et ses conséquences à long terme doivent être évaluées.

1 méthylome : ensemble des sites du génome où on trouve la méthylation de l’ADN, c’est-à-dire la présense d’un groupe méthyl sur une cytosine.

2 cellules de Sertoli : cellules somatiques de soutien  présentes dans les testicules

  • Doi : 10.1186/s13072-020-00340-0 ; 10.3389/fgene.2020.00945

Sélection génétique précoce des chevaux de saut d’obstacle par un test d’accélérométrie

@E. Barrey

La sélection des chevaux de concours hippique repose sur deux catégories de critère : des jugements d’expert lors des concours d’élevage à 3 ans, les performances en compétition à partir de 4 ans jusqu’à l’âge adulte. L’étude réalisée a permis de proposer un critère précoce de sélection, objectif et efficace, mesurable lors des concours d’élevage : le temps d’envol du saut en liberté.

Ce temps d’envol est mesuré grâce à des capteurs miniaturisés d’accélération (Equimetrix ®). L’héritabilité est correcte (0.16) et la corrélation génétique entre ce critère et les performances en compétition élevée (0.59). Les associations d’éleveurs disposent donc aujourd’hui d’un outil utilisable pour la sélection, mesurable lors des concours d’élevage, qui complète sans s’y opposer les notes de style. Le Stub Book Selle français a d’ores et déjà entamé un partenariat avec un sellier pour développer l’outil en pratique et l’intégrer dans ses schémas de sélection (Métaprogramme SELGEN).

  • Contact: Equipe BIGE, Eric Barrey

Nouvelle méthode de séquençage du génome mitochondrial pour identifier des mutations

@E. Barrey Schéma d'amplification sélectif du génome mitochondrial

Les mitochondries ont de nombreuses fonctions cellulaires dont la production d’énergie chimique sous la forme d’ATP par phosphorylation oxydative. L’étude de la variabilité génétique du génome mitochondrial présente un intérêt pour la détection des maladies mitochondriales (mutations qui impactent leur fonctions) mais également pour la sélection génétique des performances sportives, notamment chez le cheval.

Le génome mitochondrial des mammifères, de petite taille, code 37 gènes, sans compter les ARN non-codants qui sont progressivement étudiés. Nous avons établi une méthode performante de séquençage du génome mitochondrial complet chez le cheval à même de détecter des polymorphismes entre individus, donnant ainsi des informations sur la diversité génétique des génomes mitochondriaux, en complément de celle obtenue sur les génomes nucléaires. Le protocole a été mis au point sur le génome mitochondrial du cheval mais peut être aisément adapté à d’autres espèces. Cette méthode de séquençage nouvelle génération, qui associe à la longueur des séquences un faible taux d’erreurs, permet d’envisager des analyses sur le terrain du fait de la miniaturisation du procédé.

  • Contact: Equipe BIGE, Eric Barrey et Sophie Pollet

Identification de biomarqueurs ruminaux associés à l’émission de méthane chez les vaches Holstein

@Phototheque INRAE

Une moindre production de méthane est à rechercher pour réduire l'impact environnemental de la production de ruminants. Dans le cadre du projet Microficient, le microbiote du rumen de vaches Holstein a été caractérisé par séquençage d’ADN. La production de méthane et l’ingestion de matière sèche ont été mesurées individuellement pendant 4 à 6 semaines, permettant de déduire la production de méthane par kg ingéré. Trois groupes de microorganismes ont été identifiés, dont l’un associé à une production de méthane plus élevée. Sa composition taxonomique présentait une abondance plus faible de Succinivibrionaceae et de Methanosphaera, et une abondance plus élevée de Ruminococcaceae, Christensenellaceae, Lachnospiraceae, Fibrobacter et Bacteroidales. L'analyse métagénomique fonctionnelle a révélé que ce groupe contenait une surreprésentation de gènes associés à la méthanogénèse, dont l'enzyme méthyl-coenzyme M réductase. Un ensemble de 86 OTU (Unité taxonomique opérationnel) bactériennes discriminantes, comprenant notamment des familles liées à l'émission de méthane telles que Succinivibrionaceae, Ruminococcaceae, Christensenellaceae, Lachnospiraceae et Rikenellaceae, expliquent 24 % de la variance phénotypique de l’émission de méthane, à comparer à la contribution du génome de l'hôte d'environ 14 %. Ces biomarqueurs microbiens du rumen sont des cibles intéressantes à étudier comme critères de sélection éventuels.

  • Contact: Equipe G2B, Didier Boichard

Utilisation des données de génotypage en ferme pour une gestion optimisée et durable de l’élevage laitier

INRAE et MO³, structure qui mutualise la Recherche-Développement de race bovine Montbéliarde, ont étudié l’intérêt au niveau des élevages du génotypage systématique des jeunes femelles. L’information génomique permet une meilleure prédiction précoce des valeurs génétiques des vaches mais elle rend également possible la mesure de l’apparentement réel entre taureaux et vaches, et une gestion appropriée d’anomalies génétiques ou de gènes majeurs. Trois méthodes différentes de choix des accouplements (aléatoires, séquentiels ou par optimisation linéaire) utilisant les informations génomiques des mâles et des femelles ont été comparées sur 160 troupeaux réels de la race Montbéliarde. Il apparait clairement que la planification des accouplements intra-élevage par optimisation linéaire permet un meilleur résultat économique tout en réduisant la consanguinité des descendants et la probabilité de concevoir un embryon atteint d’une anomalie génétique. Cette approche a été mise en place sur le terrain en race Montbéliarde.

  • Contact: Equipe G2B, Vincent Ducrocq

Analyse des réseaux de gènes impliqués dans la régulation de l’efficience alimentaire chez les bovins allaitants

@Phototheque INRAE

L'efficience alimentaire est un déterminant majeur de la compétitivité de l’élevage. Toutefois, c’est un caractère complexe à analyser, par la difficulté à mesurer l’ingestion des animaux à grande échelle. De plus, c’est un caractère qui peut être évalué selon différents critères non équivalents. L’étude présentée, combinant données phénotypiques et données de séquence du génome, vise à identifier les gènes et voies métaboliques impliquées dans l’efficience alimentaire. Elle repose sur une population de 789 taurillons charolais, phénotypés entre autres pour la quantité ingérée et pour lesquels trois critères d’efficience ont pu être calculés. Ces animaux ont été génotypés avec une puce SNP puis leur séquence génomique complète a été reconstituée (imputée) statistiquement. L’analyse des données comprend une étude d'association (GWAS) à l'échelle de la séquence du génome combinée à une analyse des réseaux de gènes mis en évidence. Ces réseaux comprennent de 426 à 626 gènes, les processus biologiques les plus enrichis en gènes concernant les sécrétions salivaire, gastrique et de mucine, différents processus énergétiques et cardio-vasculaires. Plusieurs hormones ont également été identifiées et constituent des biomarqueurs candidats de l'efficience alimentaire.

  • Contact: Equipe G2B, Sébastien Taussat (Allice), Gilles Renand, Pauline Martin

Etude des séquences mitochondriales intégrées dans le génome nucléaire bovin

Licence CC  (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mitochondrion_(standalone_version)-fr.svg)

Des copies nucléaires de l’ADN mitochondrial (NUMT) ont déjà été décrites chez plusieurs espèces animales. Nous avons pour la première fois identifié et analysé en détails les NUMT présents dans le génome bovin. Nous avons mis en évidence 166 régions NUMT bovines représentant environ 0,02% du génome nucléaire.
Des copies de toutes les régions mitochondriales ont été détectées, avec des degrés distincts de similitude de séquence avec le mitogénome. Certaines régions NUMT comprennent de grands segments de mitogénome et présentent une grande similitude avec la séquence du génome de l’organelle. Des régions de NUMT sont fréquemment modifiées par l’insertion de séquences répétitives et par des réarrangements de séquences. Nous avons pu tester et confirmer expérimentalement l’existence de 29 régions NUMT par amplification PCR en utilisant l’ADN de la vache (Dominette) utilisée pour générer la séquence de référence du génome bovin, excluant ainsi la possibilité que ces NUMT puissent être des artefacts dus à des erreurs de l’assemblage du génome. Comme il existe des régions NUMT avec une grande similitude avec le mitogénome, une attention particulière est nécessaire lors de la conception d’amorces pour l’amplification de l’ADN mitochondrial. Ces résultats peuvent donc servir à éviter la co-amplification de séquences bovines nucléaires similaires à l’ADN mitochondrial.

  • Contact: Equipe G2B, Dominique Rocha

Effets confirmés de variants candidats pour la production de lait et la santé et la morphologie de la mamelle chez les bovins laitiers

@Phototheque INRAE

Grâce aux données du consortium international « 1000 génomes bovins », il est possible d’imputer, i.e. reconstituer statistiquement, l’ensemble des polymorphismes de l’ADN des bovins pour lesquels nous disposons de données de génotypage sur puce. Combinées aux performances récoltées en ferme, ces données permettent d’identifier les régions du génome (QTL) et les polymorphismes impliqués dans le déterminisme génétique des caractères via une analyse d’association. En appliquant cette approche aux données de 11,039 taureaux (au travers de la moyenne des performances corrigées de leurs filles) des 3 races Holstein, Montbéliarde et Normande pour 5 caractères de production laitière, 2 caractères de santé de la mamelle et 8 caractères de morphologie de la mamelle, nous avons identifié 48, 24 et 12 QTL dans les 3 races, respectivement. Dans ces régions QTL, des polymorphismes «candidats» ont été sélectionnés, ajoutés sur la puce de génotypage utilisée en routine pour la sélection génomique, puis testés sur 85303 vaches des 3 races pour valider leurs effets. Nous avons ainsi validé 54 régions QTL, et identifié dans ces régions des gènes fonctionnellement liés aux caractères laitiers étudiés. Les polymorphismes dont les effets ont été validés sont disponibles en routine pour l’évaluation génomique des bovins laitiers en France. Ils devraient permettre de prédire plus précisément les caractères laitiers sur les jeunes bovins candidats reproducteurs

  • Contact: Equipe G2B, Thierry Tribout, Marie-Pierre Sanchez

Des poulets de chair génétiquement sélectionnés pour la digestibilité diffèrent également pour leur microbiote caecal

@Phototheque INRAE

Réduire la concurrence de la nutrition animale sur les aliments destinés à la consommation humaine passe par l'utilisation d'aliments alternatifs qui sont cependant plus difficiles à digérer. Un des enjeux actuels en nutrition animale est donc d'améliorer l'efficacité digestive des animaux nourris avec ce type d’aliment. Les lignées de poulet de chair D+ et D- (haute vs faible efficacité digestive), sélectionnées génétiquement de façon divergente pour leur efficacité digestive constituent un outil biologique intéressant pour étudier les mécanismes biologiques impliqués dans les performances digestives. Des travaux antérieurs ayant démontré que la sélection de ces lignées avait eu un impact sur le microbiote intestinal, nous avons caractérisé le microbiote iléal, jéjunal, et caecal d’animaux de niveaux de digestibilité contrastés issus des lignées D+ et D- via un séquençage du gène ARNr 16S. Notre objectif était de comparer la composition taxonomique du microbiote des animaux de niveaux contrastés de digestibilité, ainsi que leurs fonctionnalités associées d’après une prédiction de leur métagénome. Nos résultats indiquent que le segment intestinal d'origine est le principal facteur structurant le microbiote. Le microbiote caecal est le plus touché par les différences d'efficacité digestive, avec 41 espèces bactériennes dont les abondances diffèrent entre les animaux très et peu efficaces. De plus, nous avons prédit que le microbiote caecal des animaux efficaces pourrait être enrichi en gènes contribuant à la dégradation des acides gras à chaîne courte (AGCC) à partir de polysaccharides non amylacés. Ces résultats confirment que l'impact de la sélection génétique sur la digestibilité s’étend au microbiote, et ouvrent la voie à l'identification de gènes de l'hôte contrôlant la composition taxonomique du microbiote digestif du poulet

  • Contact: Equipe GeMS, Fanny Calenge et Marion Borey

# PP3 : Nouvelles stratégies pour la santé animale et la santé publique

ICARE : Cartographier les cellules du poumon ciblées par le SARS-CoV-2

licence CC(https://innovativegenomics.org/free-covid-19-illustrations/)

Dessiner un atlas, à la fois de l'infection virale et de la réponse cellulaire associée à l'infection, tel est l’objectif du projet Icare (ANR Flash Covid). En infectant ces poumons avec le SARS-CoV-2, les chercheurs de l’unité VIM en collaboration avec des chirurgiens de l'hôpital Foch de Suresnes tentent de suivre les étapes initiales de l'infection sur un organe complet. La force et l'originalité du projet résident dans l’association entre l’équipe de chirurgie de l’hôpital Foch qui apporte son savoir-faire en matière de maintien en survie de poumons avant la transplantation, et l’expertise des chercheurs immunologistes et virologistes du laboratoire VIM concernant les cellules immunitaires du poumon, la maîtrise des infections virales en laboratoire confiné, et la biologie des coronavirus. Icare implique une organisation complexe. En premier lieu, l’équipe de chirurgie prélève un poumon humain refusé pour la transplantation. Il est ensuite transféré au laboratoire VIM, installé dans un environnement confiné de niveau 3 et placé en respiration et circulation artificielles. Une fois le poumon à l'équilibre, l'équipe de chirurgie, assistée des virologistes du laboratoire, l’infecte par le SARS-CoV-2 dans des conditions de confinement très contrôlées. Dix heures plus tard, une autre équipe, composée d'immunologistes, prend le relais. Elle recueille différentes biopsies du poumon, trie les populations de cellules avant d’opérer le séquençage de l’ARN sur cellules uniques. Ce séquençage est associé à l’analyse par imagerie de biopsies du poumon infecté de sorte d’identifier les cellules permissives au virus et celles qui y répondent. « On met ces biopsies en culture un peu plus longtemps pour allonger la période d'infection virale. Au final, les expérimentations durent à peu près 35 heures d'affilée, avec deux équipes qui se suivent l'une l'autre », ajoute Isabelle Schwartz, chercheuse à l’unité VIM.

L’ensemble des analyses réalisées impliquent plusieurs collaborations, notamment avec l’unité GABI pour les analyses de microgénomique, avec l’infrastructure Emerg’in pour l’imagerie, et avec des bio-informaticiens du laboratoire VIM et du Centre d’immunologie de Marseille-Luminy (CIML – Université Aix Marseille, CNRS, Inserm).

NOVIMARK : Identification des marqueurs de virulence du virus de la septicémie hémorragique virale (SHV) chez la truite arc-en-ciel.

La non évolution d’un virus à ARN entre 2 épizooties suggère un rejet accidentel de matériel congelé comme la cause de la réémergence de BTV-8 en France en 2015

Pascall et al, doi.org/10.1371/journal.pbio.3000673 (Divergence génétique de 164 échantillons de sang infectés par BTV-8 prélevés en Europe pendant les 2 épizooties.)

Le virus de la fièvre catarrhale du mouton de sérotype 8 (BTV-8), un virus transmis par les arthropodes des ruminants, a fait son apparition en Europe du Nord en 2006, se propageant à la plupart des pays européens jusqu’en 2009, et causant des pertes économiques de plusieurs milliards d'euros. Bien que l'épidémie ait été maîtrisée avec succès par la vaccination au début de 2010, une souche de BTV-8 est réapparue en France en 2015, engendrant une seconde épizootie qui se poursuit encore aujourd'hui. L'origine de cette souche et les mécanismes qui sous-tendent sa réémergence étaient inconnus. Des chercheurs de l’unité Virologie en collaboration avec des collègues européens ont effectué des analyses phylogénétiques de 164 génomes de BTV-8 entiers échantillonnés au cours des épizooties et nous démontrons une évolution constante du virus pendant ces deux épizooties. Ils ont également montré un changement évolutif négligeable pendant les 7 années séparant les 2 épizooties. Cos résultats montrent que l'ancêtre de la deuxième épidémie date de l'apogée de la première, en 2008. Ceci implique que le virus ne s'est pas répliqué pendant plusieurs années avant sa réapparition en 2015. Compte tenu de l'absence de tout mécanisme naturel connu qui pourrait expliquer la persistance du BTV-8 sur cette longue période sans qu’il se réplique, il est possible que la deuxième épidémie ait été déclenchée par l'exposition accidentelle de ruminants domestiques à des matières contaminées par le BTV-8 et congelées en 2008.

  • doi.org/10.1371/journal.pbio.3000673

Investigation d’un foyer de contamination alimentaire par le virus de l’encéphalite à tique dans le département de l’Ain

@Phototheque INRAE

L’encéphalite à tique est une maladie encore peu reconnue en France avec pourtant un nombre de cas humains en Europe en constante augmentation ces dernières années. Les deux grandes voies de contamination humaine sont la piqûre par une tique infectée et la contamination alimentaire à partir de produits laitiers non pasteurisés. Pour la première fois en France, 44 cas d’encéphalite à tique ont été comptabilisés au printemps 2020 suite à la consommation de fromage de chèvre au lait cru provenant d’une même exploitation, dans le département de l’Ain. Des enquêtes au sein du foyer ont permis de caractériser l’intensité de circulation du virus au sein des animaux de l’élevage et dans l’environnement chez les tiques et les rongeurs et d’identifier les zones de pâturage à risque ; elles ont permis de démontrer l’efficacité des mesures de contrôle de l’infection mises en place dans l’élevage (entrée en stabulation des chèvres et des vaches laitières et interdiction de pâturage, décontamination des bâtiments d'élevage) par les services vétérinaires fin mai.

Les données de cette enquête réalisée par des chercheurs de l’unité Virologie et BIPAR ont été publiées.

Recrudescence de cas cliniques liés au virus de la fièvre catarrhale ovine (BTV-8) dans le Sud Ouest de la France

@Phototheque INRAE

Le virus de la fièvre catarrhale du mouton de sérotype 8 (BTV-8), un virus transmis par les arthropodes des ruminants, a fait son apparition en Europe du Nord en 2006, se propageant à la plupart des pays européens jusqu’en 2009, et causant des pertes économiques de plusieurs milliards d'euros. Bien que l'épidémie ait été maîtrisée avec succès par la vaccination au début de 2010, une souche de BTV-8 est réapparue en France en 2015, engendrant une seconde épizootie qui se poursuit encore aujourd'hui. Des chercheurs de l’unité ANSES-LSAn Maisons-Alfort font le point sur cette épizootie. Depuis la ré-émergence du BTV-8, très peu de signes cliniques ont été observé, par rapport à la première épizootie, sur les ruminants sensibles (ovins et bovins. Pendant l’hiver 2019,  544 veaux nouveau-nés ou avortons, nés principalement dans le centre de la France, avaient montré des signes cliniques (malformations congénitales et signes cliniques nerveux) dus à la transmission transplacentaire du virus chez les mères infectées pendant la gestation. Depuis fin juillet, période correspondant à la reprise annuelle de la circulation du BTV-8, une recrudescence de cas cliniques liés au BTV-8 est constatée dans 6 départements du Sud-ouest de la France (dép. 09, 31, 40, 64, 65 et 81). Cinquante-sept animaux (28 bovins et 29 ovins de 33 élevages) ont fait l'objet de confirmation de suspicions cliniques au LNR. Tous possédaient des charges virales élevées (RT-PCR en temps réel). Les signes cliniques rapportés sont : œdème de la face, jetage, congestion du mufle et des muqueuses buccales, ptyalisme, conjonctivite. Des avortements dans ces élevages ont également été signalés ainsi que de la mortalité sur les ovins. L’analyse des génomes de souches isolées à partir de ces cas est en cours d’investigation afin de déterminer si des mutations ou réassortiments seraient associés à ces phénotypes cliniques.

  • doi:10.1111/TBED.13466

Le virus SARS-COV2 détecté pour la première fois chez un chat

L’unité de virologie EnvA-Anses-Inrae a étudié l’éventualité d’une infection par le SARS-CoV-2 chez les chats de propriétaires suspectés d’être infectés eux-mêmes par la Covid-19. Pour chaque chat, des prélèvements rectaux et nasopharyngés (nez et pharynx) ont été effectués. Ils ont été soumis à un test qRT-PCR ciblant deux gènes du SARS-Co-2. Parallèlement, la recherche d’anticorps spécifiques a été menée sur un prélèvement sanguin. Cette étude s’est faite grâce à la participation des praticiens vétérinaires d’Ile-de-France et des réseaux professionnels. Un chat a été testé positif par qRT-PCR sur prélèvement rectal, ce qui a été confirmé par le centre collaborateur de l’OIE à l’Institut Pasteur. Les écouvillons nasopharyngés de cet animal ont été testés négatifs. Le prélèvement sanguin a montré la présence d’anticorps dirigés contre le SARS-CoV2.Ce chat présentait des signes cliniques respiratoires et digestifs, mais a pu guérir de cette infection. Cette étude rapporte pour la première fois l’infection naturelle d’un chat en France probablement par ses propriétaires.

  • doi: 10.1111/tbed.13659

Rôle de la voie cholinergique dans les glandes salivaires chez la tique

Les stades parasitaires d’une tique - phase d’absorption active de sang à partir d’un hôte - sont souvent considérés comme ses principales caractéristiques biologiques, alors qu’elle passe la majorité de son cycle de vie dans un état de jeûne non parasitaire. Les tiques sont très sensibles à la dessiccation et leur survie dépend du maintien efficace de l'homéostasie de l'eau. Le rôle osmorégulateur des glandes salivaires des tiques est crucial pendant les stades sur et en dehors de leur hôte. De leur activité dépendent le maintien et la survie des tiques dans l'environnement. Dans cette étude, des chercheurs de l’unité BIPAR ont étudié les voies cholinergiques de deux principaux vecteurs de spirochètes responsables de la maladie de Lyme, la tique européenne Ixodes ricinus et la tique d'Amérique du Nord Ixodes scapularis. Pour la première fois, la signalisation établie entre les neurones spécifiques du système nerveux central de la tique (synganglion) et ses glandes salivaires est identifiée. Les chercheurs ont décrit la structure moléculaire de deux récepteurs cholinergiques exprimés dans les glandes salivaires de ces tiques et déterminé leur fonctionnalité dans des systèmes d'expression hétérologues. Ils ont ensuite testé in vivo si la perturbation des éléments de la synapse cholinergique de la glande salivaire des tiques a un effet sur  l'ingestion d'eau chez les tiques fortement déshydratées. Cette étude décrit pour la première fois l'innervation cholinergique des glandes salivaires des tiques, suggérant qu’elle joue un rôle dans l'absorption d'eau par les tiques en état de dessiccation. Ce nouveau système pourrait conduire au développement de stratégies respectueuses de l'environnement pour contrôler plusieurs espèces de tiques dans le monde.  

  • doi:10.3791/61430
  • doi.org/10.1038/s41598-020-73077-1

Perte d’odorat : le SARS-CoV-2 n’infecte pas les nerfs olfactifs

@Phototheque INRAE

La perte d’odorat est un des symptômes les plus fréquents lors d’une infection au SARS-CoV-2. Ce type de symptôme, bien que plus rare dans le cas de virus respiratoires comme la grippe, est cependant bien connu et est lié à la faculté de ces virus à infecter les neurones olfactifs.  Or ces neurones sont exposés à l’environnement et se connectent directement au système nerveux central (SNC). Un virus capable de les infecter pourra ainsi passer de manière privilégiée vers le SNC à travers « le rail olfactif ». Un nombre important de patients présentent des manifestations neurologiques, notamment dans les cas les plus sévères de la Covid-19, ce qui suggère que le SARS-CoV-2 puisse envahir le SNC. Des chercheurs de VIM et de l’ANSES ont étudié ce phénomène sur un modèle de hamster infecté expérimentalement. Le SARS-CoV-2 entre dans les cellules par un récepteur spécifique, appelé ACE2. Les neurones olfactifs présents dans le nez sont entourés de cellules de soutien dites « sustentaculaires » qui ont ce récepteur spécifique ACE2, tandis que les neurones ne l’expriment pas. Leurs travaux ont montré que le SARS-CoV-2 infecte massivement ces cellules sustentaculaires mais pas les neurones olfactifs. Ils ont constaté qu’il y avait une desquamation de la muqueuse nasale, ce qui pourrait expliquer la perte d’odorat. En effet, la desquamation entraine une perte des neurones olfactifs responsable de la détection des odeurs. Si le même mécanisme se déroule chez l’Homme, il pourrait être à l’origine de l’anosmie observée et empêcherait le virus de pénétrer dans le SNC via le rail olfactif. Fort heureusement la muqueuse nasale est capable de se régénérer tout au long de la vie grâce à des cellules souches. Dans leurs expériences les chercheurs ont ainsi observé une récupération de 50% de la structure initiale de la muqueuse nasale, et ce 14 jours après le début de l’infection.

  • doi.org/10.1016/j.bbi.2020.06.032

Identification de gènes candidats impliqués dans la résistance à la paratuberculose chez les bovins

@Phototheque INRAE

La paratuberculose est une maladie contagieuse et incurable des ruminants causée par Mycobacterium avium paratuberculosis. La génétique peut contribuer à la maitrise de la maladie. Dans le cadre du projet de recherche pluridisciplinaire PICSAR-PARADIGM financé par INRAE (métaprogramme GISA), APIS-GENE et GDS-France, le phénotype sain ou malade (clinique ou subclinique) de 2293 vaches (1644 Holstein et 649 Normandes) a été caractérisé de façon fine avec au moins 4 diagnostics concordants, dans un dispositif de type cas-témoin. Après imputation de la séquence du génome complet de chaque vache, une analyse d’association a mis en évidence 3 QTL sur les chromosomes 12, 13 et 23, ciblant plus particulièrement les gènes ABCC4, CBFA2T2 et IER3 qui sont aussi de bons candidats fonctionnels.

  • Contact: Equipe G2B, Marie-Pierre Sanchez, Didier Boichard, Christine Fourichon (Oniris)

Il existe des liens entre le microbiote intestinal et la variabilité de la réponse vaccinale chez le porc

@C. Rogel-Gaillard, Corrélations entre les profils microbiens et la réponse anticorps à différents temps après vaccination contre Mycoplasma hyopneumoniae

Améliorer l’efficacité des vaccins est une priorité en élevage, associée à la réduction de l’usage des antibiotiques. Il existe une variabilité individuelle de la réponse vaccinale qui peut entrainer une hétérogénéité dans les niveaux de protection des animaux vaccinés au sein d’une même population. Dans ce contexte, il est important, d’une part d’améliorer les vaccins et la connaissance des mécanismes qui régulent les interactions hôte-pathogène, et d’autre part d’identifier les déterminants des variabilités individuelles observées. Notre étude met en évidence qu’il existe chez le porc des liens entre la composition du microbiote intestinal et la réponse immunitaire à un vaccin dirigé contre Mycoplasma hyopneumoniae, une bactérie responsable de pathologies pulmonaires. Nous montrons que les profils microbiens établis à partir de fèces récoltés avant vaccination à 28 jours d’âge diffèrent entre forts et faibles répondeurs à la vaccination et contiennent des informations prédictives de ces niveaux de réponse. Une surabondance de bactéries des genres Prevotella, Anaerovibrio et Sutterella semble favorable à une meilleure réponse immunitaire au vaccin. Ces résultats ouvrent la voie vers l’utilisation du microbiote comme éventuel levier d’action pour optimiser les stratégies vaccinales chez le porc.

  • Contact: Equipe GeMS, Claire Rogel-Gaillard

# PP4 : Prédiction des phénotypes et des réponses adaptatives

Calcul de scores de déviation de voies de régulation dans le cadre d’une intégration multi-omique

Les données omiques permettent d’établir des profils génétiques et moléculaires globaux des êtres vivants. L’intégration des données multi-omiques recueillies sur les mêmes individus doit fournir une synthèse de processus biologiques complexes. A cet effet, les méthodes factorielles multivariées sont un outil de choix pour démêler les relations qui existent entre les différents types d’omiques. Nous proposons dans ce cadre la méthode padma,  une nouvelle approche de détection, quantification et caractérisation de singularités / aberrations spécifiques à des voies de régulation. Cet outil est à la fois un générateur d’hypothèses et une méthode descriptive et exploratoire d’analyse des données.

  • Contact: Equipe GiBBS, Andréa Rau, Florence Jaffrezic, Denis Laloë

Une approche originale pour quantifier la résilience des chèvres laitières face à une perturbation

@Phototheque INRAE

Dans ce travail, une méthode originale de modélisation basée sur les trajectoires de phase a été développée par des chercheurs de l’unité MOSAR pour quantifier la capacité de résilience des chèvres laitières face à une perturbation (ici le changement de régime). L’originalité de la méthode est dans sa capacité à combiner deux échelles du temps d’échantillonnage (heure et jour) et en conclure un indice de la résilience associé à chaque individu, décrivant sa capacité de résilience durant toute la durée d’expérimentation. C’est une valeur quantitative qui permet de comparer les animaux pour leur capacité de réponse face à une perturbation connue, et est intéressant pour être intégrer dans les futures stratégies de sélections vers les animaux résilients et multi-performants. De plus, la méthode étant générique, il est possible de l’adapter à d’autres types d’espèces,  de perturbations et d’indicateurs de réponse.

  • doi.org/10.1038/s41598-020-77353-y

 
Un modèle de détection des perturbations dans la courbe de production laitière : un outil innovant pour l’évaluation de la résilience et la gestion du troupeau.

a) Résultat d’ajustement du modèle de Wood (1967) (un des modèles les plus utilisé pour les courbes de lactation) appliqué sur les données de lactation d’une chèvre laitière (points bleus). b) Résultat de notre modèle, sur les mêmes données, qui permet de corriger le modèle de Wood en prenant en compte les différentes perturbations détectées dans les données de lactation (en noir : courbe de potentiel théorique de lactation ; en rouge : courbe de lactation perturbée). Image Olivier Martin

L’élevage de précision nous fournit une importante masse d’informations brutes qui concernent, de près ou de loin, tous les éléments qui composent une ferme. Pour passer d’un ensemble de données de séries chronologiques brutes à des informations utiles, des outils d'interprétation sont nécessaires. Dans les élevages laitiers, les mesures journalières de production laitière ouvrent de nouvelles opportunités pour caractériser et mieux comprendre les réponses des animaux face à leur environnement local. Si un animal est confronté à une source de stress, celle-ci peut se refléter sur sa production avec l’apparition d’une perturbation, sous la forme d’une chute ponctuelle. La détection et la caractérisation de ces perturbations permettent de comparer la réaction des animaux face à un phénomène donné et ainsi d’estimer leur capacité à s’adapter à un environnement d’élevage donné. Des chercheurs de l’unité MOSAR ont développé un outil informatique pour analyser des données de production individuelles, en combinant un modèle mathématique de perturbations et un modèle de forme théorique de la courbe de lactation. Cet outil permet de détecter les perturbations qui se produisent pendant la lactation et d'estimer de façon fiable leurs effets sur la production d’un animal (par exemple les pertes de lait par rapport au potentiel de production). Appliqué en routine dans les élevages, cet outil fournirait un appui à la décision, fondé sur un cadre biologique cohérent et contribuant à mieux adapter l’environnement d’élevage aux animaux.

  • doi.org/10.1101/661249

 
La fonction ruminale chez la chèvre, un modèle pour la capacité d’adaptation à des environnements difficiles

Cette synthèse a été publiée dans le « Journal of Dairy Research » en tant que « Research reflexion », par des chercheurs de l’unité MOSAR. Elle concerne la fonction ruminale chez la chèvre et sa capacité d’adaptation à des environnements difficiles. Globalement, le rumen d’une chèvre se comporte comme celui de tous les ruminants. Il joue un rôle de réservoir important en cas de déshydratation ou de réhydratation. Le microbiote ruminal semble présenter une bonne stabilité. Il diffère en partie de celui de la vache, ce qui pourrait expliquer des différences observées sur les fonctions digestives et une qualité nutritionnelle du lait différente lorsque les animaux reçoivent des régimes riches en matière grasse. La chèvre se différencie aussi par son comportement exacerbé de tri des aliments. Elle est capable de survivre dans des conditions difficiles (faible disponibilité en eau et/ou température élevée), surtout pour certaines races locales. Elle peut détoxifier des aliments riches en substances potentiellement toxiques pour l’animal, substances servant de défense à certaines plantes présentes dans des milieux difficiles. De nouvelles expérimentations, ainsi que des approches par modélisation ou méta-analyses pourront compléter notre connaissance du sujet.

  •  DOI : 10.1017/S0022029920000060

 
Synthèse sur les bonnes pratiques de méta-analyses appliquées aux Sciences Animales

@INRAE

Les Recherches en Sciences Animales ont largement progressé en quantité et en qualité au cours des dernières décennies et  il en a résulté une croissance exponentielle des résultats publiés. L’interprétation des données de base est essentielle et pose question car elles sont le plus souvent hétérogènes et influencées par des facteurs multiples : elles constituent ainsi des 'méta-dispositifs' qui ne sont a priori ni orthogonaux ni équilibrés. Les méta-analyses  constituent une démarche séduisante pour mieux valoriser les données accumulées autour des thèmes d'intérêt. Elles représentent a priori une alternative à la production couteuse de nouvelles données avec des dispositifs exigeants en temps et en main d’œuvre et parfois remis en question au nom du bien-être animal. Dans cette synthèse, les 6 auteurs dont des chercheurs de l’unité MOSAR ont abordé les principales étapes des méta-analyses en soulignant  les bonnes pratiques à retenir et les écueils à éviter. Les 6 principaux thèmes abordés et discutés dans la publication concernent (1) le recueil, la sélection et le codage des données, (2) l'étude du méta-dispositif, (3) le choix entre un effet aléatoire ou fixe pour traiter l'hétérogénéité expérimentale, (4) les facteurs interférents susceptibles de modifier les réponses, (5) les procédures d'évaluation et/ou validation des modèles obtenus par méta-analyse (6) le futur des méta-analyses appliquées aux Sciences Animales. Une bibliographie abondante (62 réf.) permet aux lecteurs d'aller rechercher plus de précision dans les réponses à leurs questions

  • doi:10.1017/S1751731120001688

Une approche innovante par modélisation pour décrire la réponse des chèvres laitières à un changement de régime

Dans un contexte d’un environnement changeant dans les élevages (climat, composition du régime, gestion, …), il y a de plus en plus d’approches par la modélisation pour quantifier la capacité de résilience2 des animaux face à différents types de challenges (contrôlés ou non-contrôlés). Ces approches ont vu le jour principalement grâce au développement des outils de monitoring dans le contexte de l’élevage de précision. Cependant, les mesures de haute fréquence ne sont pas réalisables pour certains indicateurs plus invasifs comme le pH ruminal. Or, l’étude de ces indicateurs permet d’avancer sur la connaissance de la physiologie de la réponse des animaux, et sont nécessaires dans l’objectif du développement des biomarqueurs de l’état du bien-être et de la santé des animaux, tout en maintenant les performances de production. Dans ce contexte, des chercheurs de l’unité MOSAR ont  développé une approche quantitative pour décrire les stratégies de réponse des chèvres laitières au niveau du rumen à l’échelle individuelle lors d’un changement de régime (vers un régime riche en concentré), et surtout décrire et quantifier la variabilité individuelle dans les réponses. Le seul indicateur utilisé est le pH du rumen mesuré à 5 temps pendant les six heures après la distribution de la ration, et pendant neuf jours durant cinq semaines (jours non espacés de façon équivalente). Le principal défi de ce travail est le faible nombre de données disponibles et surtout la présence de deux échelles de temps (heures et jours). Une démarche de modélisation a été développée pour relever les défis (i) de combiner les deux échelles de temps existantes en introduisant des nouvelles variables de réponse (en lien avec le pH) et (ii) d’intégrer ces variables en un modèle simple (basé sur les trajectoires de phase) pour en déduire des scores de réponse journalière, représentatifs de l’évolution de la capacité de résilience des animaux au cours de l’expérimentation, (iii) de proposer un indice global de la capacité d’adaptation des animaux à ce challenge. La représentation graphique liée à cette approche permet une compréhension facile et directe des résultats. Le modèle a permis de montrer deux stratégies principales en réponse au changement de régime : (i) l’acidité du rumen augmente légèrement, et les chèvres réussissent à stabiliser sa variation (ii) l’acidité de rumen ne reste pas stable et oscille entre augmentation et diminution.

  • DOI : 10.1038/s41598-020-77353-y

Science et Société

Parution de l’ouvrage « Génétique des animaux d’élevage – Diversité et adaptation dans un monde changeant »

Ouvrage Quae « Génétique des animaux d’élevage – Diversité et adaptation dans un monde changeant »

Alors que le monde vit un changement global et une crise climatique, que de nombreux questionnements sociétaux apparaissent sur le rôle et la place de l’élevage, cet ouvrage dresse un panorama de l’histoire, des méthodes et de la dynamique de changement qui s’est opérée au cours de la dernière décennie pour dessiner les futurs de la sélection animale. La domestication des animaux et leur sélection sont fondées sur une longue histoire partagée entre les hommes, les animaux et les territoires.

Cette histoire est nourrie par l’accumulation continue de nouvelles connaissances et approches méthodologiques qui permettent de caractériser la diversité génétique et de progresser dans le choix des reproducteurs adaptés à des systèmes de production de plus en plus diversifiés en lien avec la transition agro-écologique et la sécurité alimentaire mondiale.

L’amélioration génétique contribue à façonner le vivant, ce qui pose des questions éthiques dont l’acuité est renforcée et renouvelée par les nouvelles opportunités offertes par les biotechnologies et les outils de la génomique.

  • Contact: GenPhySE et GABI, Etienne Verrier, Denis Milan, Claire Rogel-Gaillard

Revue INRAE Genetics Selection Evolution

Créée en 1969 sous le titre des Annales de Génétique et de Sélection Animale, renommée Génétique Sélection Evolution en 1983 et Genetics Selection Evolution en 1989, cette revue d’Inrae est la première à être diffusée en accès libre dès 2009 par BioMed Central. Ce changement de modèle s’est accompagné d’un développement sans précédent avec une internationalisation de son comité de lecture, de son lectorat et des soumissions, une augmentation du nombre d’articles soumis et publiés et du facteur d’impact qui en 2020 (facteur d’impact calculé sur 2019) a atteint un niveau record de 3.94. Depuis 2012, elle se classe parmi les trois meilleures revues de sa catégorie ‘Agriculture, Dairy and Animal Science’ et dans le premier quart de la catégorie très large « Genetics & Heredity » dans le Journal of Citation Reports. Même si le facteur d’impact n’est pas un critère absolu, Genetics Selection Evolution est aujourd’hui reconnue au niveau international comme la revue de référence pour la publication des résultats des recherches en génétique et sélection des espèces animales d’élevage et contribue au rayonnement scientifique dans ces domaines.

  • Contact: GSE, Hélène Hayes et Didier Boichard

Un ouvrage de référence en génétique et génomique des volailles

Burleigh dodds

Cet ouvrage fait le point sur les connaissances les plus récentes dans quatre domaines principaux : la diversité génétique des volailles, le déterminisme de caractères majeurs pour les productions avicoles, les évolutions récentes en matière de génomique et de sélection et enfin les concepts ou technologies émergents, susceptibles de révolutionner la sélection, tels que la nutrigénomique, l’épigénétique ou l’édition des génomes. Deux ouvrages faisant la synthèse des connaissances en génétique des volailles avaient été publiés en 1990 et 2003. Il était donc temps de rassembler les progrès apportés par la génomique dans un document de référence pour l'industrie avicole, les éleveurs amateurs, les scientifiques et les étudiants en aviculture, ainsi que pour les décideurs. Le département de Génétique Animale d’INRAE y est particulièrement bien représenté, dans le comité des éditeurs en chef et dans huit des 21 chapitres, avec neuf auteurs issus des quatre unités du département conduisant des recherches sur la génétique des espèces avicoles, qui sont regroupées dans le réseau de génétique avicole, RESAVI qui sont regroupées dans le réseau de génétique avicole, RESAVI, associant également des chercheurs du département Physiologie Animale et Systèmes d’Elevages. L’impact de la génomique y est particulièrement visible au niveau de l’utilisation des marqueurs moléculaires en sélection, de l’analyse de l’architecture génétique des caractères et de l’identification de mutations causales.

  • Contact: Michèle Tixier-Boichard