Stage Master 2

détection de QTL pour la résistance à la pasteurellose chez le lapin

Contexte

La pasteurellose est une maladie causée par une bactérie, Pasteurella multocida, qui est responsable de la moitié des réformes de lapines dans les élevages. Aucun traitement efficace n’existe pour cette maladie. Les traitements antibiotiques conduisent à de nombreuses rechutes et ne suffisent pas à réduire sa prévalence. Une solution pour contrer ce problème serait de pouvoir identifier des gènes, ou des portions génomes (QTL), associés à une meilleure résistance à la maladie. Ainsi, on pourra choisir comme reproducteurs les animaux porteurs de ces gènes ou QTL afin d’améliorer la résistance à la pasteurellose de la population.

Objectif du stage

Détecter des portions du génome associées à la résistance à la pasteurellose.

Déroulement du stage

  • Etude bibliographique, visite de l’unité expérimentale cunicole de l’INRA
  • Etude des données sous Excel ou sous R
  • Utilisation de GEMMA, logiciel permettant de faire des études d’association tout génome (GWAS)

Profil souhaité

Master ou dernière année d’école d’ingénieur

Encadrement

Mélanie GUNIA : melanie.gunia@toulouse.inra.fr; 05 61 28 51 40 Le stagiaire fera partie de l'équipe Modgen composée d’une dizaine de chercheurs et ingénieurs en génétique quantitative.

Détection de ARN circulaires dans des données de Total-RNAseq et analyse de ces transcrits et des gènes qui les produisent

Contexte
Depuis 2012, nous savons que beaucoup de gènes codant pour des protéines sont aussi capables de produire des transcrits circulaires. En ce qui concerne leurs fonctions potentielles, plusieurs mécanismes d'action des ARN circulaires ont été identifiés, mais la plupart du temps seulement pour quelques éléments spécifiques. La principale fonction généralement attribuée aux ARN circulaires (exoniques) est l'activité d'éponges à miRNA.
L'examen des données de séquençage des transcrits obtenues après épuisement des séquences ribosomiques et sans sélection de poly(A+) (total-RNAseq) permet de caractériser les lectures spécifiques de la jonction circulaire. L’exploitation de ces lectures signatures permet d’identifier les circRNAs.
●Pour le premier type de circRNA, on observe dans ces lectures signatures, la fin d'un exon et le début d'un autre exon situé en amont du premier. Ils sont assez faciles à caractériser car très bien formatés (à la base près).
●Pour le second type de circRNAs décrit, nous observons dans les lectures signatures la fin d'un intron (région du point de branchement) qui jouxte le début de ce même intron. Ces circRNAs introniques ne sont pas très faciles à caractériser car ils sont moins bien "formatés" et ils sont très rares.
Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés qu'à ces deux types de circRNA issus de gènes codant pour des protéines (Robic et al. 2019). Aujourd’hui, nous avons bien conscience que la diversité et la quantité des lectures signatures observées ne s'expliquent pas complètement par ces circRNA canoniques. La caractérisation de tous les ARN circulaires présents dans un tissu nous paraît une voie intéressante pour contribuer à la compréhension de leurs rôles biologiques.
Objectifs

Transcriptome et méthylome du duodénum avant et après un repas chez deux lignées de porcs divergeant sur un critère d'efficacité alimentaire

Contexte :
La régulation de la sensation d’appétit, et de son contraire la satiété, fait intervenir des acteurs hormonaux et non hormonaux, dans des tissus tels que l’hypothalamus, les cellules entéro-endocrines gastriques et intestinales, les adipocytes. Les cellules endocrines de l'intestin sécrètent, lors du passage du bol alimentaire, les hormones GLP-1, GLP-2, GIP, PYY, CCK, qui induisent une sensation de satiété. La plupart des études analysant l’expression de ces gènes dans l'épithélium intestinal ont eu lieu jusqu’à présent chez la souris ou le rat.

L’alimentation représente un des principaux postes budgétaires en élevage porcin. L'efficacité alimentaire des animaux est donc un critère de sélection pertinent pour la filière. Des animaux mangeant moins pour produire une même quantité de viande permettent aussi de réduire l’impact environnemental de l'élevage. L’INRA développe depuis une vingtaine d’années des lignée divergentes de porcs de race Large White sur un critère d'efficacité alimentaire, sélectionnant deux lignées produisant plus ou moins de viande pour une même quantité de nourriture ingérée.

Pour mieux caractériser les différences entre lignées efficace et peu efficace, nous comparerons le transcriptome et le méthylome du duodénum de porcs issus de ces deux lignées, à jeun ou après un repas. Nous pourrons ainsi identifier les gènes différentiellement exprimés dans le duodénum avant et après un repas, et comparer la réponse des deux lignées divergentes. Nous étudierons aussi dans quelle mesure les méthylomes (cartographie pangénomique de la méthylation de l’ADN) des deux lignées permettent d’expliquer ces différences de transcriptomes (n = 24).

Caractérisation de la structure génétique des abeilles françaises à partir de données de séquençage en mélange de colonies.

Description du travail stage

La mise en place d'une filière française compétitive pour la sélection génétique des abeilles mellifères nécessite de développer des connaissances sur la diversité et les origines génétiques des colonies utilisées en production. Au laboratoire, des travaux précédents ont permis d'établir un panel de plusieurs millions de marqueurs génétiques répartis sur le génome et ségrégeant dans quelques populations françaises. Plus récemment, dans le cadre de programmes d'évaluation de la résistance des colonies à l'acarien /Varroa/, des données de séquençage en mélange de plus de 1000 colonies ont été receuillies sur l'ensemble du territoire français. L'analyse bioinformatique de ces données a été effectuée et a abouti à la création d'un jeu initial de données consolidées. L'objectif du stage proposé est de participer à l'analyse statistique de ces données pour caractériser la structure génétique des abeilles françaises.

Identification de gènes soumis à empreinte parentale chez le porcelet via des approches haut-débit

Contexte
L'empreinte génomique parentale est un exemple particulièrement intéressant de régulation épigénétique, puisque dans la même cellule, l'un des deux allèles parentaux est réprimé de façon stable par des modifications épigénétiques alors que l'autre allèle est maintenu à l'état actif. Cette régulation spécifique de l'allèle dépend entièrement du fait que l'allèle est hérité de la mère ou du père. Les gènes soumis à empreinte sont souvent répartis en « cluster » de gènes dont la taille varie de 20 kb à 3,7 Mb d'ADN, bien qu'il existe quelques exemples de gènes isolés (Barlow et al, 2014). Depuis la découverte des mécanismes d’empreinte, environ 130 gènes murins et 80 gènes humains ont été identifiés. Chez les animaux d’élevage, seuls 25, 21 et 14 gènes soumis à empreinte ont été validés expérimentalement chez les bovins, les porcs et les ovins, respectivement (http://www.geneimprint.com/). Des études récentes suggèrent que la conservation de ces gènes atypiques chez les mammifères est plus limitée qu'on ne le pensait initialement (Monk et al., 2006). Par exemple, le gène DLX5 présente une expression maternelle chez le porc et l’homme alors qu’une expression bi-allélique est observée chez la souris. Bien qu'il existe des données sur les mécanismes d’empreinte parentale chez les animaux d’élevage (O’Doherty et al., 2015), tous les loci identifiés jusqu'à présent ont été mis en évidence par comparaison avec les régions orthologues humaine et/ou murine. Une approche sans a priori des gènes à étudier fait donc défaut à ce jour.

Mécanismes épigénétiques intergénérationnels mis en œuvre dans l'adaptation des animaux aux changements environnementaux chez la poule

Contexte
Le changement climatique, les contraintes économiques et les préoccupations sociales pour une agriculture durable vont fortement influencer les systèmes de production animale. La volaille est une source majeure de protéines pour l'alimentation humaine partout dans le monde. Améliorer les capacités d'adaptation des poulets à la variabilité du climat et de l'alimentation est une exigence pour nourrir une population humaine en croissance constante. Il manque actuellement une compréhension globale du contrôle génétique de la tolérance à la chaleur chez les poulets. Par ailleurs, la qualité des aliments est susceptible de fluctuer en raison de contraintes économiques. De plus en plus d'études, y compris chez les oiseaux, démontrent l'implication de phénomènes épigénétiques (modifications de l'expression des gènes, transmissibles par mitose et/ou méiose, sans modification de la séquence d'ADN {Feil, 2011 #81}) dans l'influence de l'environnement sur les phénotypes, sur une ou plusieurs générations {Guerrero-Bosagna, 2018 #19}.

Développement d’un modèle d’organoïdes pour étudier l’action du microbiote sur l’épithélium intestinal

Contexte du travail de stage
A la naissance, l’appareil digestif est colonisé par une vaste communauté de microorganismes constituant le microbiote intestinal. Le développement morphologique et fonctionnel de la muqueuse dans la période postnatale est en partie guidé par les bactéries présentes dans la lumière de l’intestin. Le microbiote contribue notamment à la mise en place de la barrière épithéliale et limite ainsi les infections entériques et l’inflammation digestive. Néanmoins, les mécanismes impliqués dans l’action des bactéries sur la maturation épithéliale ne sont pas totalement connus. Nous formulons l’hypothèse que les métabolites produits par le microbiote constituent le support moléculaire de ses effets sur l’épithélium. Au laboratoire, nous avons récemment observé chez le lapin (espèce modèle de développement intestinal) que la maturation postnatale de l’épithélium s’accompagne de variations marquées de la production de métabolites par le microbiote. Nous souhaitons désormais démontrer de manière directe l’implication de ces métabolites bactériens dans la mise en place de la fonction barrière épithéliale. Pour cela, nous proposons de développer un modèle d’organoïdes générés à partir de cryptes intestinales de lapins. Ce modèle complexe d’épithélium cultivé in vitro permettra de tester les effets des métabolites bactériens suspectés de contribuer à la maturation épithéliale.

Déterminisme génétique des patrons de recombinaison dans une population admixée

Contexte

La recombinaison est un processus biologique fondamental dont les caractéristiques fines et le déterminisme génétique peuvent être étudiés grâce à des données de génotypage dense. En ce qui concerne les mammifères, les premières études génomiques de la recombinaison ont été effectuées chez l’homme et la souris il y une dizaine d’années et ont démontré plusieurs phénomènes importants:
1. Les crossing-overs ne se répartissent pas de façon homogène sur le génome, en particulier à l’échelle de la kilobase. De petites régions génomiques nommées points chauds de recombinaison sont extrêmement enrichies en crossing overs lors des méioses.
2. Il est possible de caractériser la variabilité individuelle dans le processus de recombinaison, d’une part de par son intensité (nombre de crossing over par méiose) et d’autre part de par sa répartition sur le génome.
A partir de cette caractérisation il est possible de démontrer que la variabilité de ces deux phénotypes est soumise à un contrôle génétique et de détecter des QTLs de recombinaison.

Détection de mutations létales chez les ovins. Mise en évidence de segments chromosomiques homozygotes à partir d’informations moléculaires haute densité (60 000 SNP).

Chez les animaux d’élevage, la sélection génomique est en train de révolutionner l’amélioration génétique. Cette sélection est basée sur la prédiction d’une valeur génétique de l’animal grâce à l’analyse d’un grand nombre de marqueurs génétiques de type SNP (Single Nucleotide Polymorphism). L’avantage de cette sélection est qu’elle peut être réalisée dès la naissance des animaux sans attendre l’information tirée des performances de ses descendants. Mais pour cela, les effets des marqueurs sont prédits dans une population de référence préalablement phénotypée et génotypée.

Pour les ovins, nous disposons de milliers de données de référence (génotype et phénotype) obtenues à partir d’animaux de races laitières Lacaune (10000) et Manech tête rousse (4000) que l’on souhaite analyser au cours de ce stage pour l’identification spécifique de mutations létales. En effet, il est bien connu que dans toutes populations ségrégent des mutations qui, à l’état homozygote, altèrent le développement de l’embryon ou du très jeune animal. Ceci a pour conséquence une baisse de la fertilité. Certaines de ces mutations sont pourtant conservées à l’état hétérozygote dans le temps chez les populations car elles peuvent présenter un autre avantage sélectif, comme une production laitière améliorée par exemple.
L’objectif de ce stage est d’identifier et de valider fonctionnellement ces mutations létales.

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