Le point Vétérinaire n° 277 du 01/07/2007
 

Géromique animale

Mise à jour

LE POINT SUR…

Roger Hanset

Université de Liège
Unité de génomique animale
CBIG
Tour GIGA - B34
1, avenue de l’Hôpital
4000 Liège Belgique

Il devient possible de produire des bovins dont la musculature hypertrophiée se développe après la naissance et exclusivement chez les mâles.

Résumé

La preuve de l’existence en race blanc-bleu-belge d’un gène mh (musculature hypertrophiée) autosomal, partiellement récessif a été apportée en 1985. L’explosion des technologies relatives aux marqueurs ADN a ensuite permis la localisation chromosomique du gène, son clonage, son séquençage, ainsi que l’identification moléculaire de la mutation. La mutation pour le caractère culard est une délétion sur le gène codant pour la myostatine, un régulateur négatif de la prolifération et de la différenciation des myoblastes. Certaines races hébergent à des degrés divers une mutation du gène de la myostatine : charolais, maine-anjou, aubrac, gascon, limousin, parthenais. Pour échapper à la dystocie, tout en conservant les qualités bouchères, la myostatine a pu être bloquée après la naissance.

Le caractère culard est connu des éleveurs bovins depuis très longtemps (encadre 1). Il est mentionné par écrit pour la première fois en 1807. Ubiquitaire, la plupart des langues européennes ont un nom pour le désigner : double muscle, dikbil, paardenbil, doppellender, groppa doppia, groppa di cavallo, culon, etc. Bien que son origine génétique ne fasse aucun doute, son déterminisme exact est resté incertain jusqu’en 1985.

Depuis lors, les découvertes se sont multipliées, mettant en évidence une importante variabilité génétique au sein du génotype culard et rendant possible une modulation temporelle de l’action du gène.

Un gène autosomal récessif

En 1985, nous avons apporté la preuve de l’existence en race blanc-bleu-belge (BBB) d’un gène autosomal, partiellement récessif, baptisé mh, pour musculature hypertrophiée (ou muscular hypertrophy) :

- l’homozygote mh/mh présente le phénotype culard ;

- l’homozygote +/+ est de phénotype conven-tionnel ;

- l’hétérozygote mh/+ est plus musclé que le +/+ sans être culard [5].

L’explosion des technologies relatives aux marqueurs ADN (polymorphisme de longueur des fragments de restriction ou RFLP, variable number of tandem repeats ou VNTR, microsatellites, etc.) a permis d’envisager la localisation chromosomique du gène, son clonage, son séquençage, ainsi que l’identification de la mutation au niveau moléculaire. Un pedigree “informatif” a été créé pour révéler la liaison ou l’indépendance du gène vis-à-vis des différents marqueurs (études de coségrégation). Des vaches issues du croisement entre vaches pie-noir holstein et taureaux BBB (F1) ont été croisées en retour (backcross) avec des taureaux BBB. Si les vaches pie-noire étaient de génotype +/+ et les taureaux BBB de génotype mh/mh, les vaches F1 devaient être mh/+ et le rétrocroisement devait produire 50 % de veaux mh/+ (phénotype conventionnel) et 50 % de veaux mh/mh (culards) [6]. Ainsi, 108 produits du backcross ont été obtenus, dont 53 du phénotype culard et 55 du type conventionnel.

L’appréciation du phénotype a été visuelle, mais la suite a démontré une parfaite coïncidence entre phénotype et génotype.

Des mutations du gène myostatine

• Michel Georges et ses collaborateurs ont rapidement localisé le gène sur l’extrémité centromérique du chromosome 2 du bovin [1]. Ils ont identifié la mutation en cause : une délétion de onze paires de bases sur le gène codant pour la myostatine, un régulateur négatif de la prolifération et de la différenciation des myoblastes [2].

• Quelques mois plus tôt, une équipe américaine avait produit des souris présentant une très forte hypertrophie musculaire, en inactivant le gène codant pour le facteur GDF-8 de la superfamille des facteurs de croissance et de différenciation (TGF ß) [7]. Ces auteurs ont renommé ce facteur de croissance “myostatine”. Il s’agit d’une pré-pro-protéine, c’est-à-dire qu’elle doit subir des transformations avant de devenir active via des récepteurs membranaires.

• Chez des bovins culards de races autres que BBB, l’équipe du professeur Georges a révélé la présence de quatre autres mutations du même gène se traduisant également par une perte de fonction de la myostatine [3].

Une sixième mutation a été mise en évidence () [a].

Hétérogénéité allélique

• Certaines des mutations mises en évidence dans les différentes races sont ponctuelles : un seul nucléotide (mutation Q204X chez le charolais, E226X chez le maine-anjou, C313Y chez le piémontais et le gascon, E291X chez le marchigiana, en Italie) subit une transition ou une transversion. Ces mutations ponctuelles correspondent à des codons stop. D’autres consistent en des remaniements (délétion et/ou insertion) de la séquence nucléotidique (nt419 en maine-anjou et nt821 en BBB, parthenais, aubrac, etc.). Des tests ADN spécifiques permettant un diagnostic infaillible des génotypes ont été développés.

• Des homozygotes présentent le phénotype culard (six possibilités, une par mutation), mais aussi des hétérozygotes composés. Ceux-ci sont porteurs de deux mutations différentes (quinze combinaisons sont possibles si toutes les mutations étaient réunies dans une même population). Par commodité, toutes ces mutations sont désignées par un symbole unique, mh, de sorte qu’un culard, qu’il soit homozygote ou hétérozygote composé, s’écrit mh/mh.

• Cette hétérogénéité allélique rend évidemment caduque l’hypothèse d’une origine unique pour la mutation mh. Des mutations différentes sont apparues dans des lieux divers, mais elles ont pu migrer, par exemple du parthenais vers l’aubrac, ou du piémontais vers le gascon.

Des culards postnataux

Pour échapper à la dystocie associée au caractère culard, tout en conservant les qualités bouchères qui lui sont associées, la myostatine a pu être bloquée après la naissance, plutôt que dès l’embryogenèse, comme l’avait réalisé l’équipe américaine de McPherron et coll. [7]. Chez des souris, une construction génique a ainsi induit, après la naissance, une inactivation muscle spécifique du gène de la myostatine [4].

Cette inactivation conditionnelle a bien eu un effet majeur sur la croissance musculaire. La myostatine exerce donc bien un rôle régulateur depuis les premiers stades de l’embryogenèse jusqu’à la période adulte. Chez l’adulte, la myostatine inhibe l’activation des cellules satellites, cellules souches résidant dans le muscle squelettique. Des antagonistes de la myostatine pourraient donc être utilisés pour promouvoir la croissance musculaire chez les animaux de rente.

Une piste mâle spécifique

Pour aller plus loin, l’équipe liégeoise a produit des souris pour lesquelles l’inactivation de la myostatine survient seulement chez les mâles [9]. Le chromosome Y est alors porteur dans sa portion mâle spécifique de transinactivateurs de la myostatine. Ce travail a conduit à des masses musculaires augmentées de 5 à 20 % chez les mâles seulement. L’étape ultime serait de produire, en race holstein par exemple, des taureaux dont le chromosome Y serait porteur de transinactivateurs de la myostatine agissant après la naissance. Ainsi, seule la descendance mâle aurait les aptitudes bouchères propres au culard, et celles-ci seraient acquises après la naissance. La descendance femelle aurait les performances laitières propres à la race holstein. Une telle perspective paraît accessible.

Un caractère diversement perçu

• Le volume du veau culard à la naissance, sa conformation et celle du bassin de la mère (cularde) sont défavorables au bon déroulement de la mise bas par les voies naturelles (). En Belgique, où la race cularde BBB constitue 50 % du cheptel bovin, les vétérinaires et leurs clients éleveurs ont opté pour la généralisation de la césarienne précoce, sans tractions préalables. Dans ces conditions, la mortalité périnatale est nettement plus faible que la normale, ce qui constitue un critère objectif de bien-être pour la mère et son fœtus. L’opinion publique accepte donc que soit poursuivie la sélection pour des qualités bouchères optimales. Satisfaisante en Belgique, cette approche pourrait être perçue différemment ailleurs. De nombreux facteurs socio-économiques entrent en ligne de compte parmi lesquels la productivité agricole, la densité de cheptel, la démographie vétérinaire, la taille des troupeaux et la race locale. Des arguments économiques, tels que le coût de la césarienne, le différentiel de prix en faveur du culard et la rentabilité globale de cette approche, interviennent aussi.

• En définitive, presque toutes les races mixtes ou à viande ont “flirté” un jour ou l’autre avec le gène culard. Dans certaines races, il a été adopté pour ses qualités bouchères, dans d’autres il n’est pas souhaité, mais seulement toléré. Les inconvénients du bovin culard l’emportent ainsi sur les avantages ou inversement, selon le contexte (encadre 2).

Le caractère culard a même été considéré comme une tare létale. L’animal culard serait incapable de se reproduire, de se déplacer ou de grandir correctement. L’existence de la race BBB va à l’encontre de telles affirmations (encadre 3).

Des culards surprises

• L’inactivation (naturelle ou provoquée) du gène codant pour la myostatine laisse le champ libre aux gènes dont elle modifie l’expression.

Entre bovins de génotype mh/mh, la variabilité phénotypique est considérable. Des animaux qualifiés simplement de conformés se sont révélés d’authentiques culards génétiques (mh/mh). Certaines races hébergent plus que prévu l’une ou l’autre mutation : charolais, maine-anjou, aubrac, gascon et limousin.

Le parthenais, traditionnellement classé race mixte à dominante allaitante, peut même désormais être considéré comme culard.

• Dans un contexte où l’attitude à adopter vis-à-vis du gène mh est encore en question pour diverses races, le génotypage des bovins pour les mutations de ce gène se révèle riche d’enseignements. Il permet de baliser la route conduisant à un objectif génétique choisi en connaissance de cause. Pour expliquer la variation observée entre races culardes, il n’est pas nécessaire d’invoquer une spécificité particulière des différentes mutations. La variation est le fait de gènes autres que celui porteur de la mutation mh concernée.

• Pour la mutation baptisée “nt 821 - del 11”, commune au BBB, au blanc-bleu mixte mh/mh, au parthenais et à l’asturienne des vallées, les différences de développement musculaire entre races sont manifestes.

L’histoire génétique de chaque race, la diversité des objectifs de sélection, notamment sur l’aptitude au vêlage, même à l’intérieur d’une race, sont à l’origine des différences observées (encadre 4).

• De plus, le degré d’hypertrophie musculaire à attendre de l’inactivation provoquée du gène de la myostatine et l’impact économique sont influencés par le contexte génique (racial) au sein duquel cette inactivation est réalisée.

L’hétérozygote : de la viande sans difficulté de vêlage

Le gène mh à l’état hétérozygote (mh/+) augmente la masse musculaire pour un phénotype conventionnel (toutes choses égales par ailleurs). Cet effet explique le maintien des différentes mutations dans des lieux différents mais pour les mêmes raisons économiques, alors que chacune d’elles aurait pu disparaître (avantage à l’hétérozygote). De plus en plus de taureaux mh/mh (BBB, mais aussi piémontais, parthenais, etc.) sont utilisés comme mâles de croisement terminal sans entraîner de difficultés de vêlage particulières. Si tous les produits de ces croisements sont mh/+, le résultat global varie avec la race du taureau culard, c’est-à-dire avec tous les autres gènes transmis par le père en même temps que la mutation mh. Des races à viande non culardes pourraient ainsi créer une branche annexe cularde afin de continuer d’exister sur le marché des taureaux reproducteurs destinés au croisement, comme cela a été réalisé dans le programme Excellence du charolais culard.

En présence d’un nouveau type biologique comme le culard, il revenait en définitive aux éleveurs et à leurs vétérinaires d’en découvrir les besoins particuliers et d’apporter les corrections qui s’imposent par une sélection appropriée, sans oublier l’appoint d’une sélection naturelle jamais absente. Cela a été décliné spontanément dans les différentes races concernées, en lien avec le contexte socio-économique. La biologie moléculaire a révélé combien le phénotype culard est modulable, dans ses aspects positifs comme négatifs. Cette avancée a modifié la perception du caractère culard et de son exploitation. Les découvertes sur le gène mh ont aussi des répercussions bien au-delà de l’espèce bovine (encadré 5, ). Mais quelle que soit l’espèce concernée, d’éventuelles dérives de la manipulation de la croissance musculaire (dopage, eugénisme) vis-à-vis desquelles la société ne pourrait rester indifférente doivent être aussi envisagées.

Encadré 1 : Davantage de viande maigre

• Le bovin culard est un phénomène de boucherie. Riche en viande tendre, pauvre en tissu adipeux, il est commercialisé à des prix élevés.

• Entre deux carcasses pesant chacune 400 kg, l’une classée en S (culard), l’autre en U (conventionnel), la différence est de l’ordre de 550 à 600 €.

• Qualitativement, le bovin culard a une plus grande proportion de muscles épais et tendres, liée à l’hyperplasie des fibres musculaires et à l’amenuisement de la trame conjonctive. Cela autorise la promotion de certains morceaux de la découpe vers les catégories supérieures.

• Riche en protéines et pauvre en graisses, le culard a aussi un indice de consommation favorable.

POINTS FORTS

• Six mutations mh, se traduisant par une perte de fonction de la myostatine, ont été découvertes chez les bovins.

• Les homozygotes mh/mh, ainsi que certains hétérozygotes composés, porteurs de deux mutations différentes, présentent le phénotype culard.

• Entre bovins de génotype mh/mh, la variabilité phénotypique est considérable.

• Le gène mh à l’état hétérozygote (mh/+) augmente la masse musculaire pour un phénotype conventionnel.

Encadré 2 : Défauts du culard

• Deux défauts sont assez communs en race cularde :

- la macroglossie (langue sortie), souvent légère et transitoire, peut dans certains cas extrêmes (1,3 % chez les mâles et 0,8 % chez les femelles), compromettre l’aptitude à téter ou à boire ;

- la rigidité articulaire congénitale (RAC) se rencontre surtout chez le fœtus mâle en présentation postérieure. Elle est le plus souvent limitée aux membres antérieurs (bouleture : 1,12 % chez les mâles, 0,25 % chez les femelles ; genou fléchi : 3,21 % chez le mâle, 0,9 % chez la femelle).

• D’autres faiblesses sont associées au culard :

- la détresse respiratoire du nouveau-né ou dyspnée néonatale (une septicémie ou une entérotoxémie d’origine digestive serait à l’origine de l’insuffisance pulmonaire) ;

- la susceptibilité aux affections respiratoires d’origine virale ;

- les défauts d’aplombs chez les taureaux à l’engrais.

Ces affections sont présentes dans des races non culardes et seraient multifactorielles. Le caractère culard est un facteur prédisposant, mais la gestion de l'alimentation (essentielle, par exemple, dans le traitement de la dyspnée néonatale), les conditions d’hébergement, l’hygiène, ou encore la race participent à leur survenue [b].

Encadré 3 : Race blanc-bleu-belge en chiffres

• La race blanc-bleu-belge (BBB) compte environ 500 000 vaches en Belgique et 20 000 en France, pratiquement toutes de génotype mh/mh. L’âge moyen au premier vêlage est de 30 mois et l’intervalle entre vêlages de 13,5 mois. En station de testage, le poids moyen des taureaux est de 540 kg à 13 mois avec un gain quotidien de 1,5 kg entre 7 et 13 mois. Les vaches adultes pèsent en moyenne 750 kg, mais certaines atteignent 900, voire 1 000 kg, alors que les taureaux pèsent en moyenne 1 100 kg avec des pointes jusqu’à 1 400 kg.

• La BBB assure 75 % de la viande rouge produite en Belgique. Ainsi, 68 % des carcasses de jeunes bovins sont classées dans ce pays en S + E (grille SEUROP) contre 18 % en Italie et seulement 5 % en France.

Encadré 4 : Phénotype modulable au sein d’une race

• En race blanc-bleu-belge (BBB), la sélection sur le développement musculaire s’est poursuivie après la fixation de la mutation vers 1980 (tout en veillant au maintien du gabarit, à la qualité des aplombs et à la mobilité), sauf pour la blanc-bleu mixte. Ce type plus ancien, également de génotype mh/mh, représente 4,3 % des inséminations en BBB. Dans ce rameau, la sélection tient compte du rendement laitier et de la facilité de vêlage. Entre taureaux des deux types (mais tous mh/mh), au même âge (13 mois) et élevés dans les mêmes conditions, la différence de prix au kilo vif sur le marché belge est de l’ordre de 1 € (soit 600 € à 600 kg par bovin).

• De nettes différences sont aussi observées entre taureaux mh/mh pour la fréquence des défauts telles la macroglossie et la rigidité articulaire congénitale. Les taureaux BBB destinés à l’insémination artificielle sont indexés pour ces critères, comme ils le sont pour l’aptitude à téter ou à boire et pour la mortalité. En agissant sur cette variabilité génétique résiduelle, le phénotype culard peut être modulé.

Encadré 5 : Implications en médecine humaine de la découverte du gène mh

• Inhiber la myostatine pourrait se révéler utile dans le traitement de maladies responsables d’une dégénérescence musculaire ou encore d’états dégénératifs rencontrés plus fréquemment chez des personnes âgées. Une inhibition, même partielle, par l’intervention d’anticorps, a permis d’obtenir une augmentation de la masse musculaire, chez des souris normales ou atteintes de dystrophie musculaire héréditaire.

• Toutefois, un excès de myostatine peut entraîner une diminution de la masse et de la fonction musculaires : la sur-expression de la myostatine chez des souris s’est accompagnée de cachexie. Des variants du gène de la myostatine qui seraient responsables de taux élevés de la myostatine pourraient réduire la masse musculaire.

En Allemagne, en 2004, le cas d’un enfant présentant à la naissance une très nette hypertrophie musculaire a été décrit. Il était homozygote pour une mutation du gène de la myostatine (transition G → A) [10]. Sa mère (père non révélé), une ancienne athlète professionnelle, était hétérozygote pour la mutation. À quatre ans, cet enfant avait gardé une masse musculaire développée ainsi qu’une force musculaire particulière. Comme des athlètes de deuxième et de troisième génération ne sont pas rares, il est possible que leurs prouesses sportives soient dues en partie à la sélection naturelle de variants de gènes comme celui de la myostatine, conférant une prédisposition à des performances sportives supérieures (voir aussi le cas du lévrier, ).

VOIR AUSSI

Chamard V. Une mutation génétique est liée à la hausse des aptitudes athlétiques du whippet. Sem. Vét. 2007;1269:32.

  • 3 - Grobet L. Poncelet D. Royo LJ et coll. Molecular definition of an allelic series of mutations disrupting the myostatin function and causing double-muscling in cattle Mamm. Genome. 1998;9:210-213.
  • 4 - Grobet L. Pirottin D. Farnir F et coll. Modulating skeletal muscle mass by postnatal, muscle-specific inactivation of the myostatin gene. Genesis. 2003;35:227-238.
  • 8 - Mosher DS, Quignon P, Bustamente CD et coll. A mutation in the myostatin gene increases muscle mass and enhances racing performance in heterozygote dogs (à paraître). Genet. 2007 consultable en ligne Pgen.0030079.
  • 9 - Pirottin D, Grobet L, Adamantidis A et coll. Transgenic engineering of male-specific muscular hypertrophy. Proc. Natl. Acad. Sci, États-Unis. 2005;102(18):6413-6418.
  • 10 - Schuelke M, Wagner KR, Stolz LE et coll. Myostatin mutation associated with gross muscle hypertrophy in a child. N. E. J. Med. 2004;350(26):2682-2688.

1 Aspect du bovin culard. Les caractéristiques du type culard sont un large poitrail, des épaules à la musculature saillante, une côte ronde et charnue juste en arrière de l’épaule, un garrot large et plein, une gouttière dorso-lombaire, une large arrière-main, une croupe double et inclinée, des hanches effacées, des fesses particulièrement rebondies avec des sillons séparant les muscles, une attache de queue haute, une finesse de l’ossature et de la peau.

2 Mutation du gène de la myostatine chez le whippet. En mai dernier, une mutation du gène de la myostatine a été découverte chez le petit lévrier whippet. Les éleveurs ont donné le nom de “bully” au phénotype homozygote mh/mh. Les hétérozygotes mh/+ sont plus musclés que les animaux +/+ (gène récessif partiel) et plus rapides à la course [8].

Tableau : Localisation des mutations du gène codant pour la myostatine

La partie codante du gène codant pour la myostatine est fragmentée (gène interrompu : trois exons séparés par deux intros non condants). Les exons II et III sont chacun le siège de trois mutations.