Travail de génétiqueTravail de génétique2ème DMV2ème DMVAnne-Sophie GALLERAnne-Sophie GALLER

Loïc MARTINLoïc MARTIN

Céline RETOUXCéline RETOUX

““Effet des gènes sur le comportement Effet des gènes sur le comportement au cours de la domesticationau cours de la domestication

et inversément”et inversément”PLANPLAN

1. Présentation du sujet1. Présentation du sujet

2. Matériel 2. Matériel

3. Méthode3. Méthode

4. Résultats obtenus et conclusions4. Résultats obtenus et conclusions

5. Applications en pratique5. Applications en pratique

6. Critiques éventuelles6. Critiques éventuelles

1. Présentation du sujet1. Présentation du sujet

But :But : recherche des mécanismes génétiques recherche des mécanismes génétiques intervenant lors de la domestication qui intervenant lors de la domestication qui expliqueraient les variations phénotypiques expliqueraient les variations phénotypiques entre l’ancêtre sauvage (Junglefowl) et une entre l’ancêtre sauvage (Junglefowl) et une espèce domestique (White Leghorn)espèce domestique (White Leghorn)

2. Matériel2. Matériel

Pourquoi le poulet?Pourquoi le poulet? Excellent modèle animal :Excellent modèle animal :

– C’est l’espèce qui a la plus grande variabilité de races C’est l’espèce qui a la plus grande variabilité de races

large choix de phénotypes (production d’œufs, large choix de phénotypes (production d’œufs, apparence, agressivité et croissance rapide)apparence, agressivité et croissance rapide)

– L’environnement peut être contrôlé totalement à partir L’environnement peut être contrôlé totalement à partir de l’éclosion diminution du poids des facteurs de l’éclosion diminution du poids des facteurs environnementauxenvironnementaux

– Contrairement aux mammifères, il n’y a pas d’influence Contrairement aux mammifères, il n’y a pas d’influence du comportement maternel (incubation artificielle)du comportement maternel (incubation artificielle)

– Le génome du poulet a été entièrement séquencé Le génome du poulet a été entièrement séquencé

2 races utilisées :2 races utilisées :– Junglefowl Junglefowl ou ou coq de Bakivacoq de Bakiva ( (Gallus gallusGallus gallus))

» Ancêtre sauvage à partir duquel la domestication a Ancêtre sauvage à partir duquel la domestication a été réaliséeété réalisée

– White LeghornWhite Leghorn» Espèce domestique sélectionnée pour sa production Espèce domestique sélectionnée pour sa production

d’oeufs d’oeufs

Placés en milieu semi-naturel, on a comparé Placés en milieu semi-naturel, on a comparé leur comportement dans différents tests de leur comportement dans différents tests de

situations situations

3. Méthode : analyse QTL3. Méthode : analyse QTL

ButBut : localiser les gènes responsables des : localiser les gènes responsables des différents phénotypes observésdifférents phénotypes observés

QTL (locus à effets quantitatifs)QTL (locus à effets quantitatifs) La quasi-totalité des traits observés ou mesurés La quasi-totalité des traits observés ou mesurés

sont liés à plusieurs gènes. Ces gènes qui sont liés à plusieurs gènes. Ces gènes qui contribuent à une proportion du trait sont appelés contribuent à une proportion du trait sont appelés Quantitative Trait Loci,Quantitative Trait Loci, ou QTL, autrement dit, ou QTL, autrement dit, gènes contribuant au trait de façon quantitativegènes contribuant au trait de façon quantitative. Il . Il est possible de les localiser sur les chromosomes.est possible de les localiser sur les chromosomes.

3. Méthode : analyse QTL3. Méthode : analyse QTL

Marqueur d’un gèneMarqueur d’un gène = fragments d'ADN qui servent de = fragments d'ADN qui servent de repères pour suivre la transmission d'un segment de repères pour suivre la transmission d'un segment de chromosome d'une génération à l'autre.Ce segment d’ADN chromosome d'une génération à l'autre.Ce segment d’ADN est proche du gène considéré et sa séquence de nucléotides est proche du gène considéré et sa séquence de nucléotides peut varier d’un individu à l’autre. Un marqueur peut être peut varier d’un individu à l’autre. Un marqueur peut être un gène, un minisatellite ou un microsatellite.un gène, un minisatellite ou un microsatellite.

Qu'est-ce qu‘un bon marqueur?Qu'est-ce qu‘un bon marqueur? - un bon marqueur est polymorphe, codominant- un bon marqueur est polymorphe, codominant - représente un site unique dans le génome- représente un site unique dans le génome - disponible en grand nombre- disponible en grand nombre

Quelques rappels :Quelques rappels :

PolymorphismePolymorphisme: l'existence de différents allèles : l'existence de différents allèles possible à un locus définit le polymorphisme possible à un locus définit le polymorphisme génétique.génétique.

Le polymorphisme d'un marqueur nous permettra Le polymorphisme d'un marqueur nous permettra de distinguer les chromosomes reçus du père et de de distinguer les chromosomes reçus du père et de la mère.la mère.

CodominanceCodominance: la codominance est un cas de : la codominance est un cas de dominance incomplète où les deux allèles dominance incomplète où les deux allèles s'expriment avec la même intensité. s'expriment avec la même intensité.

Quelques rappels :Quelques rappels :

ExempleExemple : si on croise un taureau roux avec une : si on croise un taureau roux avec une vache blanche, les descendants ne sont ni roux, ni vache blanche, les descendants ne sont ni roux, ni blancs, mais rouans.blancs, mais rouans.

Ainsi, avec un marqueur codominant , Ainsi, avec un marqueur codominant , tous les tous les allèles peuvent êtreallèles peuvent être déduits simplement de déduits simplement de l'observation du phénotypel'observation du phénotype ( ( ≠ marqueur ≠ marqueur dominant, où l'allèle récessif n'est observable qu'à dominant, où l'allèle récessif n'est observable qu'à l'état homozygote).l'état homozygote).

Quelques rappels :Quelques rappels :

Gènes liésGènes liés: gènes dont les 2 couples : gènes dont les 2 couples d'allèles sont portés par le même d'allèles sont portés par le même chromosome homologue, en 2 locus chromosome homologue, en 2 locus différents.différents.

Utilisation de marqueursUtilisation de marqueurs

En pratiqueEn pratique: la distance recherchée entre : la distance recherchée entre marqueurs et gènes ne dépasse pas 20 cM marqueurs et gènes ne dépasse pas 20 cM (centimorgans).(centimorgans).

Taille du génome: Taille du génome: ± 3000 cM± 3000 cM 150 marqueurs bien placés constituent 150 marqueurs bien placés constituent

donc un maillage théoriquement suffisant donc un maillage théoriquement suffisant des 100.000 gènes qui constituent le des 100.000 gènes qui constituent le patrimoine génétique d'une espèce animale.patrimoine génétique d'une espèce animale.

Utilisation de marqueursUtilisation de marqueurs

Enfin, on localise les marqueurs les uns par Enfin, on localise les marqueurs les uns par rapport aux autres sur une carte génétique et rapport aux autres sur une carte génétique et on vérifie que le génome est totalement on vérifie que le génome est totalement couvert.couvert.

Méiose et crossing-overMéiose et crossing-over

Marqueurs et QTLMarqueurs et QTL

La recherche à l'aide de marqueurs des La recherche à l'aide de marqueurs des régions chromosomiques impliquées dans régions chromosomiques impliquées dans l'expression de traits phénotypiques d'intérêt l'expression de traits phénotypiques d'intérêt ne permet pas de déterminer la nature du ne permet pas de déterminer la nature du gène responsable ni son mode d'action.gène responsable ni son mode d'action.

Mais la localisation de ces gènes par Mais la localisation de ces gènes par marqueurs permet son utilisation, par marqueurs permet son utilisation, par exemple en sélection.exemple en sélection.

QTL : principesQTL : principes Plus un marqueur est Plus un marqueur est procheproche du QTL, plus du QTL, plus

l'effet apparent du marqueur est l'effet apparent du marqueur est élevéélevé

Plus un marqueur est Plus un marqueur est éloignééloigné du QTL, plus du QTL, plus l’efficacité du marqueur l’efficacité du marqueur diminuediminue

Efficacité = 0 si marqueurs et QTL ne sont Efficacité = 0 si marqueurs et QTL ne sont pas liés.pas liés.

QTL : principesQTL : principes Si on analyse des marqueurs un par un: il est Si on analyse des marqueurs un par un: il est

possible de détecter un QTL, mais pas de le possible de détecter un QTL, mais pas de le localiser précisément par rapport à un marqueur localiser précisément par rapport à un marqueur lié, ni d'en estimer son effetlié, ni d'en estimer son effet

PourquoiPourquoi? car il est difficile de distinguer:? car il est difficile de distinguer:

- un QTL proche à petit effet- un QTL proche à petit effet

- d'un QTL plus éloigné mais à gros effet- d'un QTL plus éloigné mais à gros effet

- les 2 situations conférant au marqueur le même - les 2 situations conférant au marqueur le même effet apparenteffet apparent

QTL : principesQTL : principes

Ainsi, l'analyse de marqueurs adjacents Ainsi, l'analyse de marqueurs adjacents ( "interval mapping" ) permet:( "interval mapping" ) permet:

- d'estimer l- d'estimer l'effet'effet d'un QTL d'un QTL

- d'estimer la - d'estimer la positionposition d'un QTL d'un QTL

Enfin, utilisation de méthodes statistiques pour Enfin, utilisation de méthodes statistiques pour valider ou rejeter l'hypothèse "absence de QTL"valider ou rejeter l'hypothèse "absence de QTL"

QTL : protocoleQTL : protocole

Dans le cas de croisement de races différentes ou Dans le cas de croisement de races différentes ou de lignées différents:de lignées différents:

F0 = croisement de populations de phénotypes F0 = croisement de populations de phénotypes extrêmesextrêmes

F1F1 F2 = (F1 x F1) : le déséquilibre de liaison existant F2 = (F1 x F1) : le déséquilibre de liaison existant

en 2ème génération permet d'établir les en 2ème génération permet d'établir les associations entre marqueurs et QTLassociations entre marqueurs et QTL

Retour à l'expérience :Retour à l'expérience :

F0 = 1 coq Bankiva x 4 white LeghornF0 = 1 coq Bankiva x 4 white Leghorn F1 = obtention de 36 descendantsF1 = obtention de 36 descendants F2 (F1 x F1) = plus de 1000 animaux F2 (F1 x F1) = plus de 1000 animaux

Retour à l'expérience :Retour à l'expérience :

M et N sont 2 marqueurs à 2 allèles (1 et 2) M et N sont 2 marqueurs à 2 allèles (1 et 2) La position du QTL est noté "Q"La position du QTL est noté "Q" en F1: 100 % d'hétérozygotes pour les marqueurs en F1: 100 % d'hétérozygotes pour les marqueurs

et les QTLet les QTL en F2: intervention de la recombinaison (puisque en F2: intervention de la recombinaison (puisque

population hétérozygotes)population hétérozygotes) déduction des distances entre marqueurs et QTLdéduction des distances entre marqueurs et QTL

N.B: 1cM (centimorgan) correspond à une fréquence N.B: 1cM (centimorgan) correspond à une fréquence de 1% de recombinaisonde 1% de recombinaison

4. Résultats4. Résultats On a pu associer deux caractères particuliers à On a pu associer deux caractères particuliers à

une zone spécifique du chromosome :une zone spécifique du chromosome : 1.1. Un nombre limité de QTL explique une grande Un nombre limité de QTL explique une grande

proportion des différences de croissance entre le proportion des différences de croissance entre le Junglefowl et le White LeghornJunglefowl et le White Leghorn– 4 QTL expliquent 50% de la différence du poids des 4 QTL expliquent 50% de la différence du poids des

femelles et 80% de celle des males femelles et 80% de celle des males

– Les 2 QTL les plus importants associés à la croissance Les 2 QTL les plus importants associés à la croissance ont été localisés au niveau du chromosome 1 : ont été localisés au niveau du chromosome 1 : growth1 growth1 et et growth2growth2

Growth1Growth1 est également significativement est également significativement relié à la production d’œufsrelié à la production d’œufs

Growth1Growth1 et et Growth2Growth2 sont en plus reliés à sont en plus reliés à différents aspect du comportement :différents aspect du comportement :Ex : Comportements liés à la peur (ex : le temps Ex : Comportements liés à la peur (ex : le temps

avant d’approcher un nouvel objet, l’activité et avant d’approcher un nouvel objet, l’activité et les secrétions de corticostérone dans un nouvel les secrétions de corticostérone dans un nouvel environnement)environnement)

2.2. Des QTL associés à la couleur du Des QTL associés à la couleur du plumage ont également été identifiés en plumage ont également été identifiés en comparant la séquence des génomes avec comparant la séquence des génomes avec celles d'autres génomes connuscelles d'autres génomes connus– On a identifié une mutation dans le gène On a identifié une mutation dans le gène MCIRMCIR

qui code pour un récepteur de la mélanocortinequi code pour un récepteur de la mélanocortine– De plus, on a identifié une mutation dans le De plus, on a identifié une mutation dans le

gène gène PMEL17 PMEL17 entrainant un dysfonctionnement entrainant un dysfonctionnement des eumélanomes et qui serait responsable du des eumélanomes et qui serait responsable du phénotype blanc caractéristique de la phénotype blanc caractéristique de la domesticationdomestication

PMEL17PMEL17 semble également impliqué dans semble également impliqué dans un comportement particulier : un comportement particulier : le picagele picage– Les homozygotes du type sauvage semblent Les homozygotes du type sauvage semblent

prédisposées à être victimes de picage alors que prédisposées à être victimes de picage alors que les homozygotes et les hétérozygotes du type les homozygotes et les hétérozygotes du type mutant (blanc) sont protégésmutant (blanc) sont protégés

– De plus, le risque d'être victime de ce De plus, le risque d'être victime de ce comportement augmente avec la proportion de comportement augmente avec la proportion de type sauvage dans un groupe type sauvage dans un groupe

ConclusionsConclusions La domestication implique des changements La domestication implique des changements

rapides et complexes de différents phénotypesrapides et complexes de différents phénotypes Chez les poulets, une grande partie de ces Chez les poulets, une grande partie de ces

changements s'opèrent via seulement quelques changements s'opèrent via seulement quelques locis ce qui pourrait indiquer que peu de gènes locis ce qui pourrait indiquer que peu de gènes sont responsables, ceux-ci agissant peut-être sur sont responsables, ceux-ci agissant peut-être sur des fonctions de régulationdes fonctions de régulation

La domestication a permis d’augmenter la La domestication a permis d’augmenter la productivité des animaux mais a également productivité des animaux mais a également entrainé l’apparition de comportements entrainé l’apparition de comportements anormaux diminution du bien-êtreanormaux diminution du bien-être

5. Applications en pratique5. Applications en pratique

Sélectionner les races les plus adaptées au Sélectionner les races les plus adaptées au type d’élevagetype d’élevage grâce à une meilleure grâce à une meilleure compréhension des mécanismes reliant les compréhension des mécanismes reliant les gènes sélectionnés pour la domestication et gènes sélectionnés pour la domestication et la production et leurs implications directes la production et leurs implications directes sur le comportement animal sur le comportement animal

évite les erreurs de sélection mettant en danger évite les erreurs de sélection mettant en danger le bien-être de ces animauxle bien-être de ces animaux

Ne pas oublier que le bien-être peut être Ne pas oublier que le bien-être peut être amélioré en agissant sur l’environnement amélioré en agissant sur l’environnement – Diminuer la densité d’animaux par cageDiminuer la densité d’animaux par cage– Améliorer la conception des cages (sciure ou Améliorer la conception des cages (sciure ou

paille)paille)– Maintenir une température idéaleMaintenir une température idéale– Ventilation adaptée (climatisation)Ventilation adaptée (climatisation)– Maintenir les poules dans l’obscurité afin de Maintenir les poules dans l’obscurité afin de

diminuer le stressdiminuer le stress– Placer des objets inanimés dans la cagePlacer des objets inanimés dans la cage

6. Critiques éventuelles6. Critiques éventuelles

Les conditions d’élevage des animaux de Les conditions d’élevage des animaux de l’expérience ne sont pas suffisament précisées l’expérience ne sont pas suffisament précisées

si ils avaient été élevés dans un environnement si ils avaient été élevés dans un environnement différent, les phénotypes comportementaux différent, les phénotypes comportementaux observés auraient peut-être variéobservés auraient peut-être varié

Une étude plus approfondie sur le fonctionnement Une étude plus approfondie sur le fonctionnement de ces gènes et leur action sur les différentes de ces gènes et leur action sur les différentes fonctions de régulation de l’organisme est prévue. fonctions de régulation de l’organisme est prévue. Il serait intéressant d’en avoir les résultatsIl serait intéressant d’en avoir les résultats

BibliographieBibliographie

JENSEN ,2006, Domestication_From behaviour to JENSEN ,2006, Domestication_From behaviour to genes and back again, genes and back again, Applied Animal Behaviour Applied Animal Behaviour Science vol. 97, issue 1, pages 3-15 Science vol. 97, issue 1, pages 3-15

BOICHARD D. ; LE ROY P. ; LEVEZIEL H. ; BOICHARD D. ; LE ROY P. ; LEVEZIEL H. ; ELSEN J.-MELSEN J.-M.,1998, .,1998, Utilisation des marqueurs Utilisation des marqueurs moléculaires en génétique animale (use of genetic moléculaires en génétique animale (use of genetic markers in animal breeding),markers in animal breeding), InIn Productions Productions AnimalesAnimales, vol. 11, no1, pages 67-80 , vol. 11, no1, pages 67-80