Travail de génétique 2ème DMV Anne-Sophie GALLER Loïc MARTIN Céline RETOUX

“Effet des gènes sur le comportement au cours de la domestication et inversément” PLAN 1. Présentation du sujet 2. Matériel 3. Méthode 4. Résultats obtenus et conclusions 5. Applications en pratique 6. Critiques éventuelles

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

2. Matériel Pourquoi le poulet? Excellent modèle animal : C’est l’espèce qui a la plus grande variabilité de races large choix de phénotypes (production d’œufs, apparence, agressivité et croissance rapide) L’environnement peut être contrôlé totalement à partir de l’éclosion diminution du poids des facteurs environnementaux Contrairement aux mammifères, il n’y a pas d’influence du comportement maternel (incubation artificielle) Le génome du poulet a été entièrement séquencé

2 races utilisées : Junglefowl ou coq de Bakiva (Gallus gallus) Ancêtre sauvage à partir duquel la domestication a été réalisée White Leghorn Espèce domestique sélectionnée pour sa production d’oeufs

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

3. Méthode : analyse QTL QTL (locus à effets quantitatifs) But : localiser les gènes responsables des différents phénotypes observés QTL (locus à effets quantitatifs) La quasi-totalité des traits observés ou mesurés sont liés à plusieurs gènes. Ces gènes qui contribuent à une proportion du trait sont appelés Quantitative Trait Loci, ou QTL, autrement dit, gènes contribuant au trait de façon quantitative. Il est possible de les localiser sur les chromosomes.

3. Méthode : analyse QTL Marqueur d’un gène = fragments d'ADN qui servent de repères pour suivre la transmission d'un segment de chromosome d'une génération à l'autre.Ce segment d’ADN est proche du gène considéré et sa séquence de nucléotides peut varier d’un individu à l’autre. Un marqueur peut être un gène, un minisatellite ou un microsatellite. Qu'est-ce qu‘un bon marqueur? - un bon marqueur est polymorphe, codominant - représente un site unique dans le génome - disponible en grand nombre

Quelques rappels : Polymorphisme: l'existence de différents allèles possible à un locus définit le polymorphisme génétique. Le polymorphisme d'un marqueur nous permettra de distinguer les chromosomes reçus du père et de la mère. Codominance: la codominance est un cas de dominance incomplète où les deux allèles s'expriment avec la même intensité.

Quelques rappels : Exemple : si on croise un taureau roux avec une vache blanche, les descendants ne sont ni roux, ni blancs, mais rouans. Ainsi, avec un marqueur codominant , tous les allèles peuvent être déduits simplement de l'observation du phénotype ( ≠ marqueur dominant, où l'allèle récessif n'est observable qu'à l'état homozygote).

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

Utilisation de marqueurs En pratique: la distance recherchée entre marqueurs et gènes ne dépasse pas 20 cM (centimorgans). Taille du génome: ± 3000 cM 150 marqueurs bien placés constituent donc un maillage théoriquement suffisant des 100.000 gènes qui constituent le patrimoine génétique d'une espèce animale.

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

Méiose et crossing-over

Marqueurs et QTL La recherche à l'aide de marqueurs des régions chromosomiques impliquées dans l'expression de traits phénotypiques d'intérêt ne permet pas de déterminer la nature du gène responsable ni son mode d'action. Mais la localisation de ces gènes par marqueurs permet son utilisation, par exemple en sélection.

QTL : principes Plus un marqueur est proche du QTL, plus l'effet apparent du marqueur est élevé Plus un marqueur est éloigné du QTL, plus l’efficacité du marqueur diminue Efficacité = 0 si marqueurs et QTL ne sont pas liés.

QTL : principes Si on analyse des marqueurs un par un: il est possible de détecter un QTL, mais pas de le localiser précisément par rapport à un marqueur lié, ni d'en estimer son effet Pourquoi? car il est difficile de distinguer: - un QTL proche à petit effet - d'un QTL plus éloigné mais à gros effet - les 2 situations conférant au marqueur le même effet apparent

QTL : principes Ainsi, l'analyse de marqueurs adjacents ( "interval mapping" ) permet: - d'estimer l'effet d'un QTL - d'estimer la position d'un QTL Enfin, utilisation de méthodes statistiques pour valider ou rejeter l'hypothèse "absence de QTL"

QTL : protocole Dans le cas de croisement de races différentes ou de lignées différents: F0 = croisement de populations de phénotypes extrêmes F1 F2 = (F1 x F1) : le déséquilibre de liaison existant en 2ème génération permet d'établir les associations entre marqueurs et QTL

Retour à l'expérience : F0 = 1 coq Bankiva x 4 white Leghorn F1 = obtention de 36 descendants F2 (F1 x F1) = plus de 1000 animaux

Retour à l'expérience : M et N sont 2 marqueurs à 2 allèles (1 et 2) La position du QTL est noté "Q" en F1: 100 % d'hétérozygotes pour les marqueurs et les QTL en F2: intervention de la recombinaison (puisque population hétérozygotes) déduction des distances entre marqueurs et QTL N.B: 1cM (centimorgan) correspond à une fréquence de 1% de recombinaison

4. Résultats On a pu associer deux caractères particuliers à une zone spécifique du chromosome : 1. Un nombre limité de QTL explique une grande proportion des différences de croissance entre le Junglefowl et le White Leghorn 4 QTL expliquent 50% de la différence du poids des femelles et 80% de celle des males Les 2 QTL les plus importants associés à la croissance ont été localisés au niveau du chromosome 1 : growth1 et growth2

Growth1 est également significativement relié à la production d’œufs Growth1 et Growth2 sont en plus reliés à différents aspect du comportement : Ex : Comportements liés à la peur (ex : le temps avant d’approcher un nouvel objet, l’activité et les secrétions de corticostérone dans un nouvel environnement)

2. Des QTL associés à la couleur du plumage ont également été identifiés en comparant la séquence des génomes avec celles d'autres génomes connus On a identifié une mutation dans le gène MCIR qui code pour un récepteur de la mélanocortine De plus, on a identifié une mutation dans le gène PMEL17 entrainant un dysfonctionnement des eumélanomes et qui serait responsable du phénotype blanc caractéristique de la domestication

PMEL17 semble également impliqué dans un comportement particulier : le picage Les homozygotes du type sauvage semblent prédisposées à être victimes de picage alors que les homozygotes et les hétérozygotes du type mutant (blanc) sont protégés De plus, le risque d'être victime de ce comportement augmente avec la proportion de type sauvage dans un groupe

Conclusions La domestication implique des changements rapides et complexes de différents phénotypes Chez les poulets, une grande partie de ces changements s'opèrent via seulement quelques locis ce qui pourrait indiquer que peu de gènes sont responsables, ceux-ci agissant peut-être sur des fonctions de régulation La domestication a permis d’augmenter la productivité des animaux mais a également entrainé l’apparition de comportements anormaux diminution du bien-être

5. Applications en pratique Sélectionner les races les plus adaptées au type d’élevage grâce à une meilleure compréhension des mécanismes reliant les gènes sélectionnés pour la domestication et la production et leurs implications directes sur le comportement animal évite les erreurs de sélection mettant en danger le bien-être de ces animaux

Ne pas oublier que le bien-être peut être amélioré en agissant sur l’environnement Diminuer la densité d’animaux par cage Améliorer la conception des cages (sciure ou paille) Maintenir une température idéale Ventilation adaptée (climatisation) Maintenir les poules dans l’obscurité afin de diminuer le stress Placer des objets inanimés dans la cage

6. Critiques éventuelles Les conditions d’élevage des animaux de l’expérience ne sont pas suffisament précisées si ils avaient été élevés dans un environnement différent, les phénotypes comportementaux observés auraient peut-être varié Une étude plus approfondie sur le fonctionnement de ces gènes et leur action sur les différentes fonctions de régulation de l’organisme est prévue. Il serait intéressant d’en avoir les résultats

Bibliographie JENSEN ,2006, Domestication_From behaviour to genes and back again, Applied Animal Behaviour Science vol. 97, issue 1, pages 3-15 BOICHARD D. ; LE ROY P. ; LEVEZIEL H. ; ELSEN J.-M.,1998, Utilisation des marqueurs moléculaires en génétique animale (use of genetic markers in animal breeding), In Productions Animales, vol. 11, no1, pages 67-80