Génétique:Le rôle des QTL chez le porccroissance, composition de la carcasse, qualité de la viande…

Grignon IsabelleDerumier MarieLe Compasseur Créqui Montfort de Courtivron Thibault

PLAN

• Objectifs

• Matériel

• Méthode

• Résultats et conclusion

• Discussion

• Usages en pratique

• Remarques

• Bibliographie

Objectifs

• Isolement des QTL qui permettent d’augmenter la production de viande dans un élevage porcin.

• Détermination du mode de transmission de ces QTL.

Matériel

1. Animaux:

– 1187 porcs (génération F2) provenant de croisement à 4 voies

– Mères (F1) = truies hybrides obtenues par croisement entre 2 lignées distinctes:

Large White x Landrace– Pères (F1) = verrats hybrides obtenus par

croisement entre:

Large White x (Large White x Piétrain)

P x LW

Large white Piétrain

Large white Landrace Piétrain

Mère hybride Père hybride

Croisement commercial

– Mères sélectionnées pour:• nombre de porcelets vivants à la naissance.• poids au sevrage.• longévité

– pères sélectionnés pour:• croissance.• viande maigre.

– Lignée F0 sélectionnée au sein du troupeau et croisées avec de multiples troupeaux pour créer des hybrides (F1).

2. Lieu :

– Descendants élevés de mai 2000 à avril 2001.

– Tous nés dans la même ferme.– Transférés à l’âge de 2 mois dans la ferme

définitive.– Abattus à 215j à 109kg.

3. Caractères :

ADN extrait du sang ou du sperme de tous les hybrides (parents et descendants)

• 3 phénotypes étudiés– croissance.– composition de la carcasse.– qualité de la viande.

• 9 QTL (locus à effet quantitatif)– 1 pour la croissance (GQM)– 2 pour la composition de la carcasse (absence de

graisse et masse musculaire)– 6 pour la qualité de la viande (tendreté, couleur et

conductivité)

Méthode 1. Mesures phénotypiques :

• Croissance:

gain en poids vif (kg)• GQM = -----------------------------------

âge à l’abattage (j)

poids x %viande maigre (de la carcasse)

• GQM en viande maigre = -------------------------------âge à l’abattage (j)

• Composition de la carcasse :

• SKGFAT: épaisseur de graisse au niveau de la partie la plus étroite fessier moyen (mm).

SKGMAX: largeur maximale du semi-membraneux (mm).

SKGMIN: largeur minimale de la carcasse (mm).

SKGANGL: angle du semi-membraneux (°).

Combinés en SKGMEAP: estimation du % en viande maigre de la carcasse.

poids de la carcasse froide

• Rendement d’abattageRendement d’abattage = ---------------------------------(%) PV juste avant l’abattage

• Épaisseur de graisse de couvertureÉpaisseur de graisse de couverture (mesures manuelles): prise au niveau du longissimus:

Cotes 1 (FATRIB 1), côte 7 (FATRIB 7) et vertèbre lombaire 3 (FATLUMB 3)

• Effet sur la qualité de la viande :

24 heures post mortem, un morceau de longissimus du côté droit de la carcasse, de l’antérieur jusqu’à la dernière côte (+/- 7 cm d’épaisseur), a été:

• Prélevé• Coupé en rondelles (2,5 cm d’épaisseur, +/- 150g)

Les tranches ont été utilisées pour diverses mesures:

• pH :pH :• Mesuré à 40 min et 24h post mortem

• Au niveau du longissimus à la 13ème côte (PH1 LOIN, PH2 LOIN)

• Au niveau du semi-membraneux (PH1 HAM, PH2 HAM)

• Matériel: pH mètre

• Température :Température : mesurée à 40 min post mortem au niveau du longissimus (T1 LOIN (°C)) à une profondeur d’environ 7cm.

• ConductivitéConductivité (µs) : mesurée 24h post mortem:• Au niveau du longissimus (PQM2LOIN)• Au niveau du semi-membraneux (PQM2HAM)

Toutes ces mesures ont été calculées comme une moyenne des mesures correspondantes réalisées sur les demi carcasses gauches et droites.

• Couleur de la viande estiméeCouleur de la viande estimée• Par le système des couleurs standards en 6 points

japonais (JAPCOLOR)• En déterminant la couleur CIELAB (CIE-a, CIE-b et

CIE-l).

• Capacité de rétention d’eauCapacité de rétention d’eau (WATER) (mg): méthode du papier filtre (absorption du fluide par un papier filtre après une procédure standard).

• Perte à la décongélationPerte à la décongélation (THAWLOSS) (%)

poids initial de l’échantillon avant congélation de stockage* - poids après fonte** pendant la nuit

= --------------------------------------------------------------

poids initial*à -18°C dans un sac vacuum.

**à 4°C

• Perte à la cuissonPerte à la cuisson (COOKLOSS) (%) poids de l’échantillon avant ébullition* - après ébullition

= -------------------------------------------------------

poids avant ébullition

*dans un sac en plastique fermé, eau à 70°C pendant 40 min puis refroidissement sous un robinet d’eau froide pendant 15 min.

• Force de coupeForce de coupe (SF) (N), force maximaleforce maximale (first peak = SFP) (N) et travail total de coupetravail total de coupe (WORK) (J) de ces échantillons cuits ont été déterminés sur des trognons cylindriques (diamètre = 1,25cm), prélevés parallèlement et coupés (vitesse = 200mm/min) perpendiculairement à l’orientation longitudinal des fibres musculaires.

2. Génotypage des microsatellites:

– Le pedigree entier a été génotypé pour 198 marqueurs microsatellite du génome porcin.

– Des réactions de PCR multiples et un fractionnement de la taille ont été réalisés.

– les données de sortie du génotype ont mené à la construction d’une base de donnée.

3. Construction d’une carte et de l’information génétique.

– Des cartes de marqueur ont été construites.

– 2 fichiers « pedigree » ont été générés pour extraire l’information concernant la liaison entre les verrats hybrides (analyse paternelle) et les truies hybrides (analyse maternelle). Les fichiers paternel et maternel ont été réunis pour être analysés.

– Pour le fichier paternel: 5 demi-frères de même père et de mères non-apparentées. On les reproduit de multiples fois avec des truies d’origines inconnues.

– Pour le fichier maternel: 127 demi-sœurs de même mère et de pères non-apparentées. On les reproduit de multiples fois avec des verrats d’origines inconnues.

4. Cartographie QTL :

– Elle a été effectuée en utilisant une approche non paramétrique pour des modèles demi-frères et grâce aux fichiers pedigrees précédemment générés.

– À cause de leurs origines distinctes, les verrats et truies hybrides ne peuvent effectivement pas être présumés hétérozygotes pour le même QTL. De plus en estimant le QTL, les effets au sein des familles demi-frères écartent l’hypothèse selon laquelle les allèles QTL sont fixés dans les lignées de grand parent respectives.

– La signification statistique d’un QTL = log(1/P)

• Avec P=% de permutations phénotypiques pour lesquelles le test statistique QTL dépassait le seuil limite.

• QTL = significatif si log(1/P)>1,3 correspondant a la valeur p=0,05.

• QTL = suggestif si le test statistique dépasse un seuil atteints en moyenne 1 fois par permutation phénotypiques.

• Étant donné que les « événement dépassant le seuil » ont une distribution de Poisson, le % de permutation pour lesquels le seuil de suggestibilité n’est pas dépassé est de e-1 = 0,37. la valeur P correspondant au seuil de suggestibilité = % de permutation pour lesquelles ce seuil est dépassé au moins 1 fois = 1 – 0,37 = 0,63, et donc log(1/P) = 0,2.

– Quand on analyse n caractères distincts, on espère que le seuil de suggestibilité soit dépassé en moyenne n fois sous l’hypothèse H0 = pas de QTL.

– Si les n caractères ne sont pas corrélés, on espère un QTL suggestif différent pour chaque caractère, soit un total de n QTL suggestifs.

– Si on trouve m>n QTL suggestif avec les donnés réelles:

• La proportion attendus de vrai positif = (m-n)/n• La proportion attendus de faux positif = n/m

– Pour un caractère donné, on considère au maximum un QTL/chromosome.

– Quand 2 QTL suggestifs sont trouvés sur le même chromosome, il est souvent difficile de savoir si les 2 pics correspondent à 2 QTL distincts ou à un seul QTL.

– Les intervalles de confiance pour les emplacements des QTL ont été estimer par amorçage.

– Les effets de substitution d’allèle QTL ont été estimé par la pente de la régression linéaire.

Résultats et conclusion• Les tests ont été faits sur 180 autosomes et 9 liés au X

• Nombre de marqueurs par chromosome = 10 (4 à 15)

• Distance entre les marqueurs : – 12,6 +/- 9,6 (0 à 47) tous sexes confondus– 14,3 +/- 11,2 CM (0 à 52,2) – femelles uniquement– 11,5 +/- 10 CM (0 à 45,8) – mâles uniquement

• Taille moyenne des autosomes, sexes confondus = 21,64 M – Mâles = 19,84m– Femelles = 25,80M

• Taux de recombinaison du mâle dépasse celui de la femelle de 38,5%

• En moyenne, 61% du potentiel informationnel est tiré des chromosomes paternels et 56% des chromosomes maternels

• 7 QTL significatifs ont été trouvés chez le père et 2 chez la mère. Influence des QTL:

– Père

• Croissance (ADG/SSC1)• Dépôt de graisse (SKGFAT/SSC3)• Musculature (SKGMEAP/SSC15)• Qualité de la viande (4)

– Couleur (SSC5 et SSC6)– Tendreté (SSC14)– Conductivité (SSC16)

– Mère qualité de la viande• Tendreté (SSC4)• Couleur (SSCX)

• Les effets de substitution allélique ont été estimés séparément dans chacun des 5 groupes de porcs ayant le même père en utilisant une régression linéaire.

• Les effets de substitution allélique n’ont pas été estimés dans les analyses maternelles car le nombre de descendants par mère était trop petit pour donner des informations valables.

• Le seuil de suggestibilité de 0,2 est dépassé 78 fois dans l’analyse des gènes descendants de la lignée paternelle.

• L’analyse des gènes descendants de la lignée maternelle a montré 34 QTL suggestifs. Ces résultats inférieurs sont certainement dus au pouvoir plus faible des analyse de ces gènes (pour les raisons citées précédemment).

• Il n’y a pas eu de chevauchement entre les QTL significatifs découverts dans les analyses des gènes descendant des lignées paternelle et maternelle.

• Pour analyser plus profondément si les caractères pouvaient être influencés pas des QTL connus dans des lignées de truies et de verrats, on a mesuré la corrélation entre « chromosome wide » et la valeur P. La corrélation est très faible (0,27), correspondant à un coefficient de régression de 0,016. Ces résultats doivent être examinés avec prudence car la fiabilité de l’approche proposée n’est pas connue. Néanmoins, ils suggèrent que les caractères analysés étaient influencés le plus souvent par des gènes distincts situés dans les lignées hybrides mâles et femelles.

Discussion

• Dans cette étude, 1 QTL influençant la croissance, 2, la composition de carcasse et 6 la qualité de la viande, ont été identifiés.

• La plupart, voire tous ces QTL, sont assez certainement des vrais positifs parce que : – Le seuil de discrimination utilisé est très élevé– Des QTL similaires (de par leur effet et leur

localisation) ont été décrits par d’autres pour 8 des 9 QTL.

• Leurs effets sont assez larges pour qu’au moins certains d’entre eux puissent être utilisés pour la réalisation d’une bonne carte ou pour l’identification de la position du nucléotide à effet quantitatif (QTN) responsable.

• Identifier les QTN ou au moins les haplotypes dans les déséquilibres de liaison importants pourrait permettre la sélection assistée par marqueur, y compris la sélection du plus favorable allèle QTL dans la lignée des grands-parents afin d’augmenter l’homozygotie des parents hybrides aux loci correspondants.

• On a identifié de nombreux QTL, autres que les 9 initialement recherchés, ce qui tend à prouver la nature polygénique des caractères analysés. On retrouve peu de QTL avec des effets facilement détectables mais beaucoup plus avec des effets faibles à modérés.

Usages en pratique• Les éleveurs de porcs recherchent des

phénotypes répondant aux critères des consommateurs et des industriels.

• Rappel des phénotypes recherchés : – Volonté du consommateur / de l’industriel :

• Croissance• Composition de la carcasse (graisse/muscle)• Qualité de la viande (tendreté, couleur…)

– Volonté de l’éleveur : • Prolificité importante• Rusticité, résistance aux maladies (et au stress!)

0%2%4%6%8%

10%12%14%16%18%20%

Variationgénétique

Environnement InconnuGénétique

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Variationphénotypique

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Variationphénotypique

• P = µ + G + E + erésidu

Environnement (éleveur) Génotype (vétérinaire) Moyenne

• L’éleveur peut influencer tout ce qui concerne l’environnement par le logement, l’alimentation…

• Le vétérinaire peut conseiller l’éleveur sur la méthode de sélection à adopter. En effet, des techniques génétiques de plus en plus pointues améliorent constamment la qualité de cartographie des QTL et permettent donc une sélection plus ciblée des caractères recherchés.

Remarques

• Techniques de pointe

• Coût élevé

• Sélection de critères non désirés à long terme?

Bibliographie

[1] N. Harmegnies, F. Davin, S. De Smet, S. Buys, M. Georges, W. Coppieters . Results of a whole-genome quantitative trait locus scan for growth, carcass composition and meat quality in porcine four-way cross . Animal Genetics, 2006, 37, 543-553

[2] M. Sourdioux, S. Lagarrigue, M. Douaire . Analyse génétique d’un caractère quantitatif . INRA Prod. Anim.,1997, 10 (3), 251-258

[3] D. Kolbehdari., G. B. Jansen,L. R. Schaeffer, B. O. Allen . Power of QTL detection by either fixedor random models in half-sib designs . Genet. Sel. Evol., 2005, 37, 601–614

[4] J.P. BIDANEL, D. MILAN, C. CHEVALET, N. WOLOSZYN, F. BOURGEOIS, J.C. CARITEZ, J. GRUAND, P. LE ROY, M. BONNEAU, L. LEFAUCHEUR, J. MOUROT, Armelle PRUNIER,C. DÉSAUTÉS, P. MORMÈDE, C. RENARD, M. VAIMAN, Annie ROBIC, J. GELLIN, L. OLLIVIER . Détection de locus à effets quantitatifs dans le croisement entreles races porcines Large White et Meishan.Dispositif expérimental et premiers résultats . Journées Rech. Porcine en France, 1998, 30, 117-125.

C’est fini, bon appétit…