Stage Master 2

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.

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.

Résumé du sujet de master :

Contexte​ ​ et​ ​ objectifs
Les​ ​ ARNs​ ​ chimériques​ ​ sont​ ​ des​ ​ ARNs​ ​ reliant​ ​ deux​ ​ gènes​ ​ différents​ ​ du​ ​ génome.​ ​ Leur présence​ ​ dans​ ​ les​ ​ génomes​ ​ eucaryotes​ ​ s’explique​ ​ par​ ​ des​ ​ mécanismes​ ​ génomiques​ ​ tels​ ​ que​ ​ les réarrangements​ ​ (translocations,​ ​ inversion,​ ​ délétion),​ ​ ou​ ​ transcriptionnels​ ​ tels​ ​ que​ ​ le <>​ ​ de​ ​ l’ARN​ ​ polymérase​ ​ ou​ ​ le​ ​ trans-épissage.​ ​ Ces​ ​ ARNs​ ​ peuvent​ ​ avoir​ ​ un​ ​ rôle régulateur​ ​ dans​ ​ la​ ​ cellule,​ ​ soit​ ​ en​ ​ tant​ ​ qu’ARNs,​ ​ soit​ ​ en​ ​ tant​ ​ que​ ​ protéines,​ ​ s’ils​ ​ sont​ ​ traduits.​ ​ La technique​ ​ RNA-seq​ ​ permet​ ​ aujourd’hui​ ​ de​ ​ les​ ​ détecter​ ​ plus​ ​ facilement​ ​ dans​ ​ les​ ​ génomes,
cependant​ ​ seule​ ​ une​ ​ infime​ ​ fraction​ ​ d’entre​ ​ eux​ ​ a ​ ​ jusqu’ici​ ​ pu​ ​ être​ ​ associée​ ​ à ​ ​ une​ ​ fonction. Une​ ​ façon​ ​ typique​ ​ de​ ​ pointer​ ​ vers​ ​ la​ ​ fonctionnalité​ ​ d’un​ ​ élément​ ​ ou​ ​ d’une​ ​ relation​ ​ entre éléments​ ​ du​ ​ génome,​ ​ est​ ​ de​ ​ montrer​ ​ qu’il/elle​ ​ a ​ ​ été​ ​ conservé(e)​ ​ au​ ​ cours​ ​ de​ ​ l’évolution.​ ​ Un​ ​ ARN chimérique​ ​ commun​ ​ (conservé?)​ ​ entre​ ​ deux​ ​ espèces​ ​ est​ ​ défini​ ​ comme​ ​ la​ ​ double​ ​ présence​ ​ d’un ARN​ ​ chimérique​ ​ reliant​ ​ les​ ​ gènes​ ​ A ​ ​ et​ ​ B ​ ​ de​ ​ la​ ​ première​ ​ espèce,​ ​ et​ ​ d’un​ ​ ARN​ ​ chimérique​ ​ reliant l’orthologue​ ​ du​ ​ gène​ ​ A ​ ​ et​ ​ l’orthologue​ ​ du​ ​ gène​ ​ B ​ ​ de​ ​ la​ ​ deuxième​ ​ espèce.

Contexte​ ​ et​ ​ objectifs
Une​ ​meilleure​ ​ compréhension​ ​ de​ ​la​ ​ relation​ ​ génotype/phénotype​ ​ semble​ ​ essentielle​ ​ aussi bien​ ​pour​ ​comprendre​ ​ les​ ​ maladies​ ​ humaines​ ​ (maladies​ ​ génétiques,​ ​ cancer,​ ​ ...)​ ​ que​ ​ pour​ ​ développer une​ ​sélection​ ​génétique​ ​ animale​ ​ de​ ​ précision​ ​ permettant​ ​ de​ ​ répondre​ ​ aux​ ​ défis​ ​ d’un​ ​ développement durable​ ​de​ ​l’élevage.​ ​ Or​ ​ la​ ​ compréhension​ ​ de​ ​ ce​ ​ lien​ ​ passe​ ​ par​ ​ une​ ​ meilleure​ ​ compréhension​ ​ du fonctionnement​ ​ du​ ​ génome,​ ​ qui​ ​ ne​ ​ se​ ​ limite​ ​ plus​ ​ aujourd’hui​ ​ aux​ ​ gènes​ ​ codant​ ​ pour​ ​ des​ ​ protéines mais​ ​qui​ ​doit​ ​ intégrer​ ​ des​ ​ éléments​ ​ régulateurs​ ​ nombreux​ ​ et​ ​ de​ ​ natures​ ​ diverses​ ​ (Elkon​ ​ and​ ​ Agami, Nature​ ​Biotechnology,​ ​ 2017).​ ​ En​ ​ effet,​ ​ si​ ​ l’expression​ ​ des​ ​ gènes​ ​ codants​ ​ est​ ​ un​ ​ facteur​ ​ majeur​ ​de différence​ ​entre​ ​ types​ ​ cellulaires,​ ​ individus​ ​ ou​ ​ espèces,​ ​ elle​ ​ est​ ​ en​ ​ fait​ ​ contrôlée​ ​ par​ ​ les​ ​ éléments régulateurs.​ ​De​ ​ plus​ ​ un​ ​ nombre​ ​ croissant​ ​ d’études​ ​ montrent​ ​ l’importance​ ​ des​ ​ éléments​ ​ régulateurs de​ ​type​ ​enhancer,​ ​ région​ ​ génomique​ ​ activant​ ​ l’expression​ ​ d’un​ ​ ou​ ​ plusieurs​ ​ gènes​ ​ par​ ​ le​ ​ biais​ ​ de facteurs​ ​de​ ​transcription​ ​ et​ ​ de​ ​ repliement​ ​ de​ ​ la​ ​ chromatine​ ​ les​ ​ rapprochant​ ​ physiquement​ ​ du promoteur​ ​du​ ​gène​ ​ (Schlyueva​ ​ et​ ​ al,​ ​ Nature​ ​ Reviews​ ​ Genetics,​ ​ 2014).

Travail​ ​ à ​ ​ faire

Contexte :
La sélection de lignées divergentes pendant plusieurs générations permet d'obtenir des populations très différentes phénotypiquement pour le caractère sélectionné. Ces lignées constituent un outil de choix dans l'analyse du déterminisme génétique du caractère étudié : après un grand nombre de générations de sélection, les régions du génome gouvernant la variabilité du caractère sélectionné sont très différentes entre les deux populations, voire fixées pour des allèles alternatifs. La détection de ces "traces de sélection" permet d'accéder à une liste de gènes candidats, potentiellement impliqués dans la variabilité du caractère d'intérêt.
Des lignées de cailles (Coturnix Japonica) sélectionnées à l’unité expérimentale INRA de Tours permettent l'étude de caractères comportementaux révélateurs de la capacité d’adaptation des animaux aux conditions d’élevage à travers leur sensibilité au stress, sujet qui entre dans le débat très sensible aujourd’hui du bien-être animal et de l’acceptabilité sociale de la sélection. La sensibilité à la peur et la motivation sociale sont des caractères complexes qui dépendent de nombreux facteurs et dont le contrôle génétique reste encore assez mal connu. Nous disposons de 2 populations de cailles, chacune constituée de 2 lignées sélectionnées de façon divergente depuis plus de 30 générations sur l'un des caractères étudiés : la durée d’immobilité tonique (temps pendant lequel l'animal - maintenu sur le dos quelques secondes pour induire le comportement catatonique - reste immobile), qui mesure la sensibilité à une peur intense, et la motivation sociale (distance parcourue par un animal sur un tapis roulant pour rejoindre ses congénères). En complément d'analyses QTL (Quantitative Trait Loci) déjà réalisées sur des croisements issus de ces lignées, nous avons obtenu les séquences de 10 individus de chaque lignée, en mélange.

Contexte : Les anomalies congénitales sont définies comme des défauts de structure ou de fonction présents à la naissance. Si les anomalies congénitales sont rencontrées chez différentes espèces de mammifères, leurs natures et importances (fréquence) respectives varient ; chez le porc les anomalies les plus fréquentes sont de type urogénital (hernies scrotales et inguinales, la cryptorchidie, l’intersexualité…). Comme pour d’autres espèces d’intérêt agronomique, l’existence d’anomalies congénitales chez le porc est une préoccupation importante en production porcine en raison du mal-être qu’elles peuvent provoquer aux animaux et des pertes économiques qu’elles entraînent (200 millions d’euros par an en Europe). Pour la majorité de ces anomalies, des études ont montré qu’une part de leur déterminisme était génétique et l’identification des bases moléculaires de ces défauts permettrait d’envisager une sélection et de réduire la fréquence d’apparition de ces anomalies dans les élevages. Par ailleurs plusieurs de ces maladies ont des équivalents dans d’autres espèces animales voire chez l’homme. L’identification de mutations causales chez le porc pourrait permettre simultanément de progresser dans la connaissance de ces maladies chez l’homme.