Identification et analyse fonctionnelle d’anomalies génétiques bovines – BOVANO

Le projet inclut cinq tâches (WP) plus une de coordination. Le WP1 est une tâche de fouille de données de séquence et de génotypages pour détecter a priori les variants délétères. Les variants avec une annotation forte et des régions génomiques montrant un déficit en homozygotes sont particulièrement ciblés. Ce WP représente la source majeure de variants candidats à étudier dans les autres WP. Dans le WP2, les syndromes cliniquement bien caractérisés au sein de l'ONAB sont étudiés en détail jusqu'à l'identification de la mutation causale probable, tirant profit des résultats du WP1. Le WP3 analyse quelques mutations responsables de pertes embryonnaires mises en évidence initialement par les déficits en homozygotes et les données de fertilité. Des embryons sont produits in vivo et in vitro à partir d'accouplements à risque entre parents porteurs pour définir les stades de développement altérés et étudier les mécanismes moléculaires impactés. Le WP4 cible des variants candidats sans impact durant la gestation. Des veaux homozygotes sont identifiés par génotypage et suivis en détail pour distinguer les défauts génétiques, y compris quand les signes cliniques sont non spécifiques. Enfin, le WP5 réalise une analyse fonctionnelle détaillée de certaines mutations avec des outils diversifiés, y compris des cultures cellulaires et des lignées de souris transgéniques.

Environ 35 anomalies génétiques ont été identifiées et caractérisées et les trois approches se sont révélées productives. L’ataxie progressive et l’épidermolyse bulleuse jonctionnelle en Charolaise, les syndromes SHGC et CHARGE en Montbéliarde, le syndrome des veaux « tourneurs » en Rouge des Prés, les yeux de verre ou le troncus arteriosus en Holstein, l’axonopathie en Blonde, l’épilepsie en Parthenaise, constituent des exemples de l’approche Bottom-Up. Certaines anomalies ont été validées expérimentalement sur modèle cellulaire ou souris. L’approche de déficit en homozygotes repose sur une réanalyse périodique de la base de données. Sept mutations ont été identifiées dans six races. Les mutations concernent en général des gènes essentiels de la vie (division cellulaire, syntèses des base nucléiques…). La validation fonctionnelle, relativement complexe, consiste à suivre des embryons génotypés et issus de parents porteurs. Une telle étude a été réalisée pour les locus MH1 et HABH1. Pour l’approche à partir de sélection de variants délétères sur les séquences, un important travail d’amont a été réalisé pour développer des pipelines informatiques de détection et d’annotation des variants. Nous avons détecté l’ensemble des variants induisant une perte de fonction ou fortement délétères et près de 1000 variants de ce type ont été ajoutés sur la puce de génotypage, ainsi que 1000 variants de structure. Parmi les résultats, notons l’identification du gène RP1 responsable de dégénérescence rétinienne, très présent en race Normande; EDAR responsable du syndrome « sans poils et sans dents » en race charolaise, MTCP, une mutation en race Montbéliarde induisant une mortalité des veaux ; CAD et CENPU, deux gènes responsables de mortalité embryonnaire.

* Observation clinique de produits nés normaux d'accouplements à risque entre porteurs de variants supposés très délétères
* Caractérisation clinique et génétique des émergences détectées par l'ONAB
* Caractérisation détaillée de plusieurs variants létaux au stade embryonnaire
* Analyse fine d'anomalies au travers de lignées de souris transgéniques et de cultures cellulaires
* Communication scientifique et auprès de la profession de l'élevage

Michot P et al. 2015. Whole-genome sequencing identifies a homozygous deletion encompassing exons 17 to 22 of the Integrin Beta 4 Gene in a Charolais calf with Junctional Epidermolysis Bullosa. Genet Sel Evol 47, 37
Floriot S et al. 2015. C-Nap1 mutation affects centriole cohesion and is associated with a Seckel-like syndrome in cattle. Nat Comm 6, 6894
Michot P et al. 2016. A reverse genetic approach identifies an ancient frameshift mutation in RP1 causing recessive progressive retinal degeneration in European cattle breeds. Genet Sel Evol 48, 56
Duchesne A et al. 2017. Bovine and murine models highlight novel roles for SLC25A46 in mitochondrial dynamics and metabolism, with implications for human and animal health. Plos Genet 13, e1006597
Michot P et al. 2017. A missense mutation in PFAS is likely causal for embryonic lethality associated with the MH1 haplotype in Montbeliarde dairy cattle. J Dairy Sci 100, 8176–8187
Bourneuf E et al. 2017. Rapid Discovery of De Novo Deleterious Mutations in Cattle Using Genome Sequence Data: Enhancing the Value of Farm Animals as Model Species. Sci Rep 7: 11466
Fritz S. et al. 2018. An initiator codon mutation in SDE2 causes recessive embryonic lethality in Holstein cattle. J Dairy Sci 101, 6220-6231
Duchesne A et al. 2018. Progressive ataxia of Charolais cattle highlights a role of KIF1C in sustainable myelination. Plos Genet 14: e1007550
Uddin MM et al. 2019. A missense mutation (p.Tyr452Cys) on CAD gene compromises reproductive success in dairy cattle. J Dairy Sci 102:6340–6356
Hozé C et al. 2019. A splice site mutation in CENPU is associated with recessive embryonic lethality in Holstein cattle. J Dairy Sci, accepté le 2/9/19
Escouflaire C et al. A de novo 3.8-Mb inversion affecting the EDA and XIST genes causes generalized Hypohidrotic Ectodermal Dysplasia in a heterozygous female calf. BMC Genom 20, 715
Dossier INRA Prod Anim 29-5, 2016
Savoir-faire 16022SF, deux licences de génotypage avec la puce EuroGenomics

Le projet BOVANO a pour ambition d’identifier des mutations responsables d’anomalies génétiques dans les races bovines françaises et, pour certaines de ces mutations, de réaliser une validation fonctionnelle. Parce que les émergences sont tardives pour les mutations récessives, une innovation forte du projet vise à les mettre en évidence en amont à partir de la séquence génomique d’un nombre élevé de taureaux. Les bovins constituent un modèle de choix, du fait de l’effectif génétique limité de chaque race (environ 100), de l’information phénotypique de qualité sur un grand nombre d’animaux et des ressources génomiques disponibles. Ce projet bénéficiera de trois initiatives en cours : (a) l’ONAB ou observatoire national des anomalies bovines, rassemblant les partenaires académiques, vétérinaires et industriels pour détecter précocément les émergences ; (b) une grande base de données de génotypages pangénomiques constituée à des fins de sélection génomique (plusieurs centaines de milliers d’individus) ; (c) une grande base de données de séquences de génomes complets capitalisée par différents projets de recherche conduits par les partenaires et au travers de collaborations internationales dans le cadre du projet « 1000 génomes bovins ».
Le projet rassemble cinq partenaires spécialistes de génétique, génomique, reproduction et développement de l’espèce bovine, une plateforme de bioinformatique avec de forte compétences dans l’annotation des génomes, une plateforme de séquençage et un partenaire industriel d’envergure nationale, directement concerné par les anomalies génétiques et conduisant une activité de recherches et développement en génétique et reproduction bovine.
Le projet comprend cinq tâches : (1) l’identification in silico de mutations candidate considérées comme délétères, à partir de l’analyse bioinformatique de l’ensemble des séquences génomiques disponibles, puis leur validation statistique dans les populations par des génotypages supplémentaires à l’aide d’une puce SNP enrichie avec ces mutations candidates ; la cartographie de mutations récessives responsables de mortalité embryonnaire par une approche de déficit en homozygotes ; (2) la cartographie et l’identification, par génotypage puis séquençage, d’anomalies génétiques observées dans les populations commerciales et détectées par l’ONAB; (3) la caractérisation des mutations létales au stade embryonnaire par suivi et analyse fine du développement d’embryons issus d’accouplements à risque entre porteurs hétérozygotes ; (4) la caractérisation des phénotypes associés à des mutations supposées très délétères sur la base de leur annotation bioinformatique mais observées comme non létales dans les population, à l’aide de l’observation et le suivi de jeunes animaux homozygotes mutés issus d’accouplements à risque ; (5) l’analyse fonctionnelle détaillée de certaines mutations avec des investigations poussées incluant l’analyse du transcriptome de tissus bovins et l’étude de souris transgéniques. Les résultats attendus sont à la fois académiques avec l’annotation et la caractérisation de gènes jusqu’à présent de fonction inconnue ou bien la production de nouveaux outils innovants d’annotation du génome, mais aussi finalisés avec une liste large d’anomalies ségrégeant dans les populations bovines, dont un certain nombre détectés avant toute émergence sur la base de la séquence ou la production d’outils de génotypages intégrés mis à la disposition de la profession bovine pour éradiquer ces défauts.