Génétique - génomique: généralités

Introduction

La génétique est la science de la transmission de caractères (aptitudes, caractéristiques) des parents à leur descendance. L’objectif de l’élevage consiste à renforcer les caractères souhaités dans la descendance en accouplant les parents sélectionnés de manière ciblée. Pour atteindre cet objectif, les éleveurs tentent de tirer des renseignements sur la composition génétique des animaux d’élevage en se basant sur l’aspect des caractères (phénotype) qu’ils peuvent observer. Le phénotype d’un reproducteur n’est pas seulement déterminé par les gènes, mais aussi par les influences de l’environnement.

Fondamentalement, on distingue :

Les caractères qualitatifs (monogéniques ou oligogéniques)
Les caractères quantitatifs (polygéniques)

La génétique moléculaire ouvre de nouvelles perspectives: elle permet d’identifier des gènes et des marqueurs génétiques et donne la possibilité d’analyser et d’expliquer des mécanismes héréditaires complexes. Le potentiel héréditaire d’un reproducteur pourrait ainsi être déduit directement de ces informations génétiques.

Génétique moléculaire et génomique

Par génomique, on comprend l’examen de l‘ensemble des informations de l’ADN d’un individu avec des méthodes de biologie moléculaire. Avec les nouvelles techniques de séquençage, on peut lire la suite complète des « lettres » de l’ADN. Après l’insémination artificielle, la génomique est en mesure de déclencher un saut quantique dans l’élevage chevalin.

« La demande croissante de produits sains dans un contexte de ressources limitées et de pressions économiques et écologiques accrues sera l’un des défis majeurs que la production animale devra relever au cours des prochaines décennies. (…) Les progrès techniques dans le domaine de l’analyse du génome et du traitement des données permettent aujourd’hui d’évaluer de manière directe les animaux de rente au moyen de marqueurs génétiques. (…) Un progrès techniques entraîne des conséquences: il s’agira, entre autres, de préserver la diversité génétique des races entre elles et dans leurs populations pour des raisons de durabilité (progrès d’élevage, consanguinité, résistance aux maladies, maladies héréditaires, aptitude aux performances, fécondité, capacité d’adaptation ». (Hasler H. et al, 2009)

Les connaissances en génomique (génomique structurelle et fonctionnelle) permettent aujourd’hui des recherches scientifiques dans les domaines suivants (Bailey E 2015; Ibanez-Escriche N & Simianer H 2016):

Analyse de gènes responsables de caractères qualitatifs économiquement importants (avant tout le contrôle d’ascendance et le diagnostic permettant d’identifier des caractères monogéniques: maladies héréditaires, couleurs de la robe, endurance et vitesse, allures)
Identification et caractérisation de QTL (Quantitative trait locus) et de gènes liés à des marqueurs génétiques pour des caractères quantitatifs et des phénotypes complexes (performances, santé, maladies multifactorielles, comportement, etc.); ; les études d'association pangénomiques (GWAS, genome-wide association studies) permettent aussi d'étudier les corrélations des phénotypes (p. ex. maladies héréditaires polygéniques) avec des variations du génome (SNP, Single Nucleotide Polymorphism). (Adam EN 2016; Willet CE & Wade CM 2015).
Sélection génomique, estimation de valeurs d’élevage génomiques (valeurs d’élevage basées sur de nombreux marqueurs répartis sur l’ensemble du génome) et optimalisation de programmes d’élevage
Recherches sur l’expression, la fonction et la régulation de gènes spécifiques; ARNm, micro-ARN (Kim MC et al 2014), épigénétique (Adam EN 2016; Chavatte-Palmer P et al 2016, Grandjean V 2010), génomique fonctionnelle
Caractérisation et analyse de la structure de populations dans le but de conserver avec efficacité les ressources génétiques et leur diversité (Bruford MW et al 2015; Heuer C et al 2016)
Recherche sur la domestication et l’évolution des équidés (phylogénétique); os d’équidés archéologiques, ADN fossile (Der Sarkissian C et al 2015; Librado P et al 2015; Metzger J et al 2015)

Exigences futures

Les méthodes de génétique moléculaires modernes permettent d'étudier les corrélations entre les phénotypes et les variations du génome. Si l’objectif est d’introduire des valeurs d’élevage génomique, que la population d’élevage s’y prête et que les moyens financiers sont à disposition, les exigences en matière de récolte de données phénotypiques devront être fortement augmentées, en particulier en ce qui concerne les caractères importants pour l’économie de l’élevage et le bien-être des animaux: la santé, la fertilité, le comportement, les performances, ainsi que le modèle et les allures.

Les phénotypes devront à l’avenir être de haute qualité et définis de manière beaucoup plus précise, explicite et fiable (mise en évidence de la variance); de nouvelles procédures de saisie et d’enregistrement des données devront être élaborées. Les programmes d’élevage devront être adaptés. Cette adaptation entraînera aussi un processus de reconversion qui touchera en profondeur le travail éleveurs et des juges: appréciation et description plus précise, plus objective et répétable, contrôle de qualité de résultats, harmonisation des méthodes et des procédures, saisie électronique des données, transparence, formation et perfectionnement, etc. Les éleveurs devront aussi être motivés: leur organisation d’élevage et les milieux scientifiques devront intensifier la communication et la formation en apportant des éléments tangibles pour les convaincre de l’intérêt que présentent ces nouvelles méthodes et vaincre leurs réticences et leurs peurs. Des coopérations internationales devront également être envisagées.

De nouveaux aspects juridiques devront aussi être précisés: protection des données, droits de propriété des génomes et des valeurs d’élevage génomiques, accords des propriétaires des reproducteurs, etc..

Caractères qualitatifs (monogéniques)

L’expression génique des caractères qualitatifs (maladies héréditaires, couleurs de la robe, groupes sanguins, etc.) est le résultat de l’action d’un seul ou d’un petit nombre de gènes. Le caractère s’exprime clairement. L’expression n’est pas influencée, ou seulement de manière faible, par les facteurs environnementaux et varie à peine entre les individus. On peut attribuer un caractère à des classes (p. ex. couleur de la robe: bai, alezan, noir).

Ces caractères sont transmis selon les règles mendéliennes. Ils présentent plusieurs modes de transmission héréditaire. Pour les caractères qualitatifs, on distingue la transmission récessive et la transmission dominante.

Maladies héréditaires monogéniques
Couleurs de la robe
Autres caractères monogéniques ou oligogéniques

Transmission héréditaire autosomique récessive

Lors de transmission héréditaire récessive, un caractère monogénique ne peut se manifester que si les deux parents sont porteurs de l’allèle modifié. Par contre, le caractère ne se manifeste pas chez les parents. Aussi bien le père que la mère peut transmettre soit la variante saine (A), soit la forme modifiée (a) de l’allèle avec ses gamètes (spermatozoïde ou ovule). Ainsi le caractère ne se manifeste pas à chaque génération.

Transmission héréditaire autosomique dominante

Lorsque la transmission est dominante, un seul allèle défectueux suffit pour que la maladie se manifeste. Ainsi la maladie ne peut pas sauter une génération.

Possibilités d'accouplement

Possibilités d'accouplement en un coup d'oeil (pdf 132 ko)

Diagnostic et test ADN de dépistage

Le gène ou la mutation responsable d’un caractère peut souvent être mis en évidence par des analyses de génétique moléculaire. Des tests génétiques peuvent ensuite être mis au point et utilisés en pratique.

Lorsque l’on ne connaît pas précisément le gène ou la mutation responsable du caractère, on peut utiliser une analyse par couplage pour rechercher la présence d’un marqueur génétique lié au gène par sa proximité sur le même chromosome. Pour identifier les marqueurs, il faut dans de nombreux cas examiner plusieurs membres de la famille. De cette manière on peut mettre au point un test ADN indirect.

ll est pourtant parfois difficile de diagnostiquer de manière univoque certains caractères monogéniques. Le marqueur et le gène sont étroitement reliés entre eux et sont, en principe, transmis ensemble à la descendance. Toutefois, lors de la formation des gamètes, un échange d’ADN (recombinaison) s’opère entre les chromosomes paternels et maternels (les chromosomes respectifs s’enjambent mutuellement; angl. crossing-over). Les allèles paternels et maternels sont ainsi mélangés. Si la distance entre le gène et le marqueur est faible (lien étroit), la recombinaison ne se produit que rarement (taux de recombinaison faible). Plus la distance entre le marqueur et le gène est grande, plus la fréquence de recombinaison entre les deux endroits est élevée. Lors d’une telle recombinaison, le lien entre le marqueur et le gène peut être rompu. Le taux de recombinaison correspond donc au risque d’erreur du diagnostic de laboratoire et explique la possibilité de résultats positifs ou négatifs erronés ou faussement négatifs.

Liste de laboratoires avec adresse internet qui offrent des tests génétiques pour les chevaux (pdf 157 ko)

Caractères quantitatifs (polygéniques)

Certaines fonctions et certains caractères sont le résultat de l’action de plusieurs gènes (caractères quantitatifs ou caractères polygéniques). La plupart des caractères intéressants sur le plan économique (p. ex. les maladies multifactorielles, la taille, la conformation, les performances) appartiennent à cette catégorie et sont multifactoriels: ils se manifestent sous l’action conjointe de plusieurs gènes (nombreux gènes avec un petit effet et peu de gènes avec beaucoup d’effet) et de conditions environnementales (facteurs de risque). L’expression génique de ces caractères varie chez chaque animal en raison de ces importantes influences environnementales. Dès lors que l’un de ces caractères varie de manière continue entre les individus d’une population (variabilité), il ne peut pas être attribué à des groupes clairement distincts les uns des autres.

Pour diagnostiquer ces caractères, il n’existe pas de test génétique. La prédisposition génétique (potentiel héréditaire, valeur d‘élevage) d’un reproducteur peut être estimée en se basant sur ses performances propres et celles de ses collatéraux. Les méthodes de génétique quantitative (données d’élevage, héritabilité, méthode BLUP, valeur d’élevage génomique, etc.) doivent être appliquées pour sélectionner.

Maladies héréditaires polygéniques ou maladies multifactorielles
Autres caractères polygéniques (taille, conformation, allures, performances, comportement, etc.)

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