Projet ANR-14-CE19-0011 – BOVANO : Identification et analyse fonctionnelle d’anomalies génétiques bovines
Programme : Productions durables (DS0501)
Année de financement : 2014
Coordinateur du projet : Monsieur Didier BOICHARD (UMR Génétique Animale et Biologie Intégrative)
Partenaires : Département Génétique Animale; Biologie du Développement et Reproduction; Laboratoire public; PME
Montant : 498990.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 60 mois
Résumé : Découverte et analyse fonctionnelles d’anomalies génétiques bovinesCe projet a pour objectif d'identifier des mutations responsables d'anomalies génétiques dans les races bovines et de réaliser leur validation fonctionnelles. Parce que l'émergence d'anomalies est tardive, une innovation du projet est de les identifier précocement à partir des séquences du génome d'un grand nombre de taureaux. Les races bovines sont un modèle de choix par leur effectif génétique réduit, leur information phénotypique de qualité et leurs ressources génomiques disponibles.
La détection précoce des anomalies génétiques par l'analyse des séquences de génomes complets, une approche complémentaire de l'observation des cas cliniquesCe projet combine trois initiatives en cours : (a) l’ONAB ou observatoire national des anomalies bovines, rassemblant les partenaires académiques, vétérinaires et industriels pour détecter précocément les émergences ; (b) la base de données de génotypages pangénomiques constituée à des fins de sélection génomique ; (c) la base de données de séquences de génomes complets obtenues par les partenaires et au travers du projet « 1000 génomes bovins ». Le projet comprend cinq tâches : (1) l’identification in silico de mutations candidate considérées comme délétères, à partir de l’analyse bioinformatique de séquences génomiques, puis leur validation statistique dans les populations par des génotypages supplémentaires ; la cartographie de mutations récessives responsables de mortalité embryonnaire par une approche de déficit en homozygotes ; (2) la cartographie et l’identification, par génotypage puis séquençage, d’anomalies génétiques observées dans les populations commerciales et détectées par l’ONAB; (3) la caractérisation des mutations létales au stade embryonnaire par suivi et analyse fine du développement d’embryons issus d’accouplements à risque ;  (4) la caractérisation des phénotypes associés à des mutations supposées très délétères sur la base de leur annotation mais non létales dans les populations, à l’aide de l’observation de jeunes animaux homozygotes mutés ; (5) l’analyse fonctionnelle détaillée de mutations avec des investigations poussées incluant l’analyse du transcriptome de tissus bovins et l’étude de souris transgéniques.
Combiner l'analyse de la séquence de génomes, l'observation phénotypique et clinique, et la validation fonctionnelle pour caractériser les anomalies génétiquesLe projet inclut cinq tâches (WP) plus une de coordination. Le WP1 est une tâche de fouille de données de séquence et de génotypages pour détecter a priori les variants délétères. Les variants avec une annotation forte et des régions génomiques montrant un déficit en homozygotes sont particulièrement ciblés. Ce WP représente la source majeure de variants candidats à étudier dans les autres WP. Dans le WP2, les syndromes cliniquement bien caractérisés au sein de l'ONAB sont étudiés en détail jusqu'à l'identification de la mutation causale probable, tirant profit des résultats du WP1. Le WP3 analyse quelques mutations responsables de pertes embryonnaires mises en évidence initialement par les déficits en homozygotes et les données de fertilité. Des embryons sont produits in vivo et in vitro à partir d'accouplements à risque entre parents porteurs pour définir les stades de développement altérés et étudier les mécanismes moléculaires impactés. Le WP4 cible des variants candidats sans impact durant la gestation. Des veaux homozygotes sont identifiés par génotypage et suivis en détail pour distinguer les défauts génétiques, y compris quand les signes cliniques sont non spécifiques. Enfin, le WP5 réalise une analyse fonctionnelle détaillée de certaines mutations avec des outils diversifiés, y compris des cultures cellulaires et des lignées de souris transgéniques.
Résumé de la soumission : Le projet BOVANO a pour ambition d’identifier des mutations responsables d’anomalies génétiques dans les races bovines françaises et, pour certaines de ces mutations, de réaliser une validation fonctionnelle. Parce que les émergences sont tardives pour les mutations récessives, une innovation forte du projet vise à les mettre en évidence en amont à partir de la séquence génomique d’un nombre élevé de taureaux. Les bovins constituent un modèle de choix, du fait de l’effectif génétique limité de chaque race (environ 100), de l’information phénotypique de qualité sur un grand nombre d’animaux et des ressources génomiques disponibles. Ce projet bénéficiera de trois initiatives en cours : (a) l’ONAB ou observatoire national des anomalies bovines, rassemblant les partenaires académiques, vétérinaires et industriels pour détecter précocément les émergences ; (b) une grande base de données de génotypages pangénomiques constituée à des fins de sélection génomique (plusieurs centaines de milliers d’individus) ; (c) une grande base de données de séquences de génomes complets capitalisée par différents projets de recherche conduits par les partenaires et au travers de collaborations internationales dans le cadre du projet « 1000 génomes bovins ». Le projet rassemble cinq partenaires spécialistes de génétique, génomique, reproduction et développement de l’espèce bovine, une plateforme de bioinformatique avec de forte compétences dans l’annotation des génomes, une plateforme de séquençage et un partenaire industriel d’envergure nationale, directement concerné par les anomalies génétiques et conduisant une activité de recherches et développement en génétique et reproduction bovine.Le projet comprend cinq tâches : (1) l’identification in silico de mutations candidate considérées comme délétères, à partir de l’analyse bioinformatique de l’ensemble des séquences génomiques disponibles, puis leur validation statistique dans les populations par des génotypages supplémentaires à l’aide d’une puce SNP enrichie avec ces mutations candidates ; la cartographie de mutations récessives responsables de mortalité embryonnaire par une approche de déficit en homozygotes ; (2) la cartographie et l’identification, par génotypage puis séquençage, d’anomalies génétiques observées dans les populations commerciales et détectées par l’ONAB; (3) la caractérisation des mutations létales au stade embryonnaire par suivi et analyse fine du développement d’embryons issus d’accouplements à risque entre porteurs hétérozygotes ;  (4) la caractérisation des phénotypes associés à des mutations supposées très délétères sur la base de leur annotation bioinformatique mais observées comme non létales dans les population, à l’aide de l’observation et le suivi de jeunes animaux homozygotes mutés issus d’accouplements à risque ; (5) l’analyse fonctionnelle détaillée de certaines mutations avec des investigations poussées incluant l’analyse du transcriptome de tissus bovins et l’étude de souris transgéniques. Les résultats attendus sont à la fois académiques avec l’annotation et la caractérisation de gènes jusqu’à présent de fonction inconnue ou bien la production de nouveaux outils innovants d’annotation du génome, mais aussi finalisés avec une liste large d’anomalies ségrégeant dans les populations bovines, dont un certain nombre détectés avant toute émergence sur la base de la séquence ou la production d’outils de génotypages intégrés mis à la disposition de la profession bovine pour éradiquer ces défauts.
Résultats : Une liste de 2300 mutations candidates a été établie et incluse sur la puce de génotypage utilisée très largement en sélection génomique, apportant ainsi des résultats à grande échelle dans les populations commerciales. Cette approche a fourni un grand nombre de variants candidats affectant principalement les fonctions nerveuses et sensorielles, sans doute moins sélectionnées chez les animaux domestiques qu'à l'état sauvage. Une mutation fréquente dans le gène RP1 a été identifiée, responsable de dégénérescence rétinienne chez les adultes. Simultanément, plusieurs régions ont été détectées avec de forts déficits en homozygotes  (HH6, NH2 ...). Plusieurs anomalies ont été complètement caractérisées jusqu'à la mutation causale : cheiloschisis, épilepsie, axonopathie, ataxie, épidermolyse bulleuse jonctionnelle, syndrome de Charge. Plusieurs variants sont en cours d'étude au travers d'approches cliniques et d'analyses fonctionnelles avec des souris transgéniques.
Perspectives : * Observation clinique de produits nés normaux d'accouplements à risque entre porteurs de variants supposés très délétères
* Caractérisation clinique et génétique des émergences détectées par l'ONAB
* Caractérisation détaillée de plusieurs variants létaux au stade embryonnaire
* Analyse fine d'anomalies au travers de lignées de souris transgéniques et de cultures cellulaires
Publications et brevets : * Michot P., Fantini O., Braques R., Allais-Bonnet A., Saintilan R., Grohs C., Barbieri J., Genestout L., Danchin C., Gourreau J.M., Boichard D., Pin D., Capitan A. 2015. Whole-genome sequencing identifies a homozygous deletion encompassing exons 17 to 22 of the Integrin Beta 4 Gene in a Charolais calf with Junctional Epidermolysis Bullosa. Genetics Selection Evolution, 47, 37.
* Michot P., Chahory S., Chambrial M., Barbey S., Grohs C., Deloche M.C., Danchin-Burge C., Fritz S., Boichard D., Capitan A. 2015. Intérêt du séquençage de génome complet pour la détection précoce des anomalies génétiques. 22èmes Renc Rech Rum, 95-98. (manuscrit soumis à une revue scientifique).
* La puce SNP EuroG20k, un outil de génotypage à haut débit des populations commerciales pour la sélection génomqiue et la recherche.