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GÉNÉTIQUE BOVINE
Article de synthèse
Auteur(s) : Arnaud Sartelet*, Nico Tamma**, Samuel Chapon***, Carole Charlier****
Fonctions :
*Unité de génomique animale,
Faculté de médecine vétérinaire & GIGA-R,
Université de Liège, Belgique
**Unité de génomique animale,
Faculté de médecine vétérinaire & GIGA-R,
Université de Liège, Belgique
***Association régionale sanitaire
et d’identification animale, Ciney, Belgique
****Unité de génomique animale,
Faculté de médecine vétérinaire & GIGA-R,
Université de Liège, Belgique
La déclaration systématique des anomalies congénitales observées par les vétérinaires permet de recenser les tares génétiques et de déterminer la mutation causale afin de les éradiquer.
Depuis une cinquantaine d’années, les éleveurs favorisent l’accouplement de bovins présentant les meilleures caractéristiques afin de sélectionner ou de fixer ces caractères favorables, et/ou utilisent massivement l’insémination artificielle (IA), réduisant de manière importante la taille efficace de la population. Les mutations délétères portées à l’état hétérozygote par chaque individu sont ainsi rapidement disséminées dans la population et entraînent l’apparition de tares récessives dans les générations suivantes [2, 3].
La race blanc bleu belge (BBB) représente la moitié du cheptel bovin belge et environ 90 % des bovins à viande, fournissant près de deux tiers de la viande rouge. Elle est sélectionnée pour son développement musculaire et l’insémination est à l’origine de 50 % des naissances. Dans ce contexte, une cellule d’hérédo-surveillance de la race a été mise en place afin de développer un réseau -d’observation en temps réel de l’émergence des anomalies congénitales [5]. Cela nécessite une collaboration étroite avec les praticiens, les éleveurs, l’Association wallonne de l’élevage(1), les centres d’insémination(2), les services sanitaires régionaux(3) et le Herd-Book blanc bleu belge (HBBBB)(4) (encadré 1).
Depuis 2007, près de 200 vétérinaires et 500 éleveurs ont contribué au recensement de près de 1 200 cas d’anomalies congénitales.
Dans la mesure du possible, tous les cas morts collectés en ferme ont été rapatriés à la Faculté de médecine vétérinaire (FMV) de Liège afin de réaliser les examens complémentaires nécessaires à la caractérisation la plus complète de chaque individu : biochimie, imagerie médicale, et surtout anatomo-pathologie et histopathologie avec des examens systématiques et approfondis.
L’analyse épidémiologique consiste, dans un premier temps, à exclure toute étiologie autre que génétique. Dans un second temps, les pedigrees des cohortes de cas similaires sont analysés avec la consultation de la base de données des pedigrees des taureaux d’IA disponibles en ligne(5) et sur demande pour les autres individus inscrits. Un mode de transmission récessif est suspecté lorsque l’origine des phénotypes paternel et maternel peut être retracée vers un ancêtre commun. En raison du faible nombre de taureaux fondateurs utilisés en race BBB, il est souvent facile de remonter vers plusieurs ancêtres communs.
Ainsi, quand une cohorte de cas similaires est constituée et que l’analyse épidémiologique permet de suspecter un mode de transmission autosomal récessif, le génotypage est réalisé à l’aide de puces à SNPs de moyenne densité.
Le génotypage du génome entier est devenu une étape rapide et efficace dans la gestion des défauts mendéliens chez les animaux de production [4]. Les cas étant homozygotes mutés, une région du génome homozygote chez tous les cas, et qui l’est rarement chez les contrôles, est recherchée. Un très faible nombre d’individus d’une cohorte suspecte, environ cinq, est suffisant pour cartographier le locus associé au défaut étudié. L’augmentation du nombre d’individus génotypés permet de réduire l’intervalle de localisation sur le génome et par conséquent le nombre de gènes candidats potentiels. La constitution de cohortes de cas très similaires est nécessaire et déterminante pour le succès de la cartographie de ces défauts, afin de ne pas confondre des causes. Toutefois, malgré l’augmentation du nombre de cas génotypés pour les sept maladies étudiées dans la race BBB, la structure du génome bovin n’a pas permis une grande réduction de la taille des intervalles, qui est comprise entre 1,2 et 3,6 Mb avec un nombre de gènes situé entre 10 et 100.
Cette cartographie peut être compliquée par les anomalies :
– qui ont une expressivité variable comme le syndrome de la queue tordue (SQT) (photo 1) [6, 8] ;
– qui ont des phénocopies (phénotypes semblables d’origines différentes) comme les dystonies musculaires congénitales (DMC) 1 et 2, a prioriconsidérées par certains comme des expressions différentes d’un même défaut [4] ;
– dont l’apparition des premiers cas est concomitante de l’émergence d’autres maladies non génétiques provoquant des anomalies congénitales. Cela a été le cas à deux reprises pour la cellule d’hérédo-surveillance. Une première fois lors de l’augmentation du nombre de veaux qui présentaient un hamartome gingival congénital et/ou du brachygnatisme (photo 2). Si le virus de la bluetongue était peu décrit auparavant, en revanche, des virus de la même famille étaient connus pour engendrer un brachygnathisme congénital [9, 11]. Une seconde fois, plus récemment, avec le syndrome d’arthrogrypose létale d’origine génétique et les formes d’arthrogrypose sévère dues à la contamination in utero par le virus de Schmallenberg (photo 3) [1, 10].
La présence de phénocopies d’origines multiples (multifactorielle, infectieuse, toxique, mécanique) peut ainsi brouiller les résultats de cartographie, mais les méthodes statistiques ont toutefois démontré leur puissance à exclure ces cas d’une cohorte dont le mode de transmission autosomal récessif est confirmé. Elles offrent également la possibilité d’identifier, au sein d’un groupe, un sous-groupe d’individus dont le phénotype est expliqué par la présence d’un seul locus ayant un effet majeur, dans le cas d’études de caractères ayant une architecture complexe avec un nombre de loci et un effet pour chaque locus indéterminés. Par exemple, l’étude menée chez des individus présentant un retard de croissance majeur comme seul symptôme, caractère considéré comme complexe, a localisé une région homozygote associée de manière significative à ce phénotype chez 14 des 33 cas initialement génotypés [7].
A contrario, la cartographie a également exclu le mode de transmission autosomal récessif simple pour certaines cohortes collectées possédant une épidémiologie suggestive de ce mode d’héritabilité pour des anomalies congénitales bien connues, telles que les atrésies digestives, la cardiomyopathie dilatée, les perosomus elumbis, etc.
L’IDENTIFICATION DE LA MUTATION CAUSALE RESTE L’ÉTAPE LIMITANTE
L’identification de la mutation causale reste l’étape limitante de ce processus. Le délai nécessaire entre la cartographie et l’identification de la mutation causale peut varier de quelques mois à quelques années. Celle de la gestation prolongée, par exemple, reste non validée (photo 4). Les principaux facteurs à l’origine de cette difficulté sont la taille de l’intervalle et le nombre de gènes qu’il contient, l’absence de gène candidat fonctionnel vis-à-vis des phénotypes observés et l’annotation de la région cartographiée et le type de mutation. L’absence de gène candidat en fonction des mutations connues dans d’autres espèces et contenues dans les régions orthologues ne permet pas d’ordonner les gènes candidats par ordre d’importance et de choisir les plus intéressants. Lorsqu’en l’absence de gène candidat fort, le nombre de gènes devient trop élevé, le séquençage systématique des régions codantes devient long et contraignant. La méthode classique qui consiste à séquencer les régions codantes des gènes sélectionnés n’identifie que les mutations situées dans cet espace.
Le développement des nouvelles méthodes de séquençage à haut débit de l’acide désoxyribonucléique (ADN) et de l’acide ribonucléique (ARN) a accéléré et amélioré cette étape par le reséquençage du génome entier, la capture de la région d’intérêt ou le reséquençage du transcriptome. De plus, cette méthode permet d’identifier des mutations localisées à l’extérieur des régions codantes [9, 10].
Après la validation de la mutation et la mise au point d’un test diagnostique indirect (fondé sur l’haplotype) ou direct (fondé sur la mutation), une sélection assistée par marqueurs (SAM) visant à identifier les individus porteurs et à éviter les accouplements à risque est possible. Elle poursuit deux objectifs : à court terme, prévenir la naissance de veaux mutés lors de la gestation suivante et, à plus long terme, éradiquer les mutations dans la population. En Belgique, contrairement à d’autres pays comme l’Allemagne, aucune consigne n’a été délivrée au niveau de la race, de la région ou de l’État concernant la gestion de ces défauts. Initialement et spontanément, les éleveurs et les centres d’insémination artificielle ont écarté les mâles porteurs de la reproduction dès la mise à disposition des tests pour DMC 1 et 2, respectivement en décembre 2005 et décembre 2006 (tableau 1). Pourtant, après le développement des tests, respectivement courant 2008 et courant 2009 pour le SQT et le nanisme, cette stratégie d’élimination systématique des taureaux porteurs est devenue problématique. En effet, l’élimination des reproducteurs porteurs, avec pour la majorité une ou deux tares sur les sept identifiées, a réduit de plus de la moitié la population des taureaux d’IA (tableau 2). Cette diminution drastique du nombre de reproducteurs a favorisé l’augmentation de la consanguinité par diminution de la taille efficace de la population et l’utilisation accrue de lignées dites “indemnes”, augmentant le risque de diffusion de nouvelles mutations et d’émergence future.
Les objectifs principaux de la mise en place de la cellule d’hérédo-surveillance sont la détection et la gestion de ces défauts génétiques. La sélection fondée sur les mâles est suffisante pour l’éradication complète et rapide des veaux mutants (figure 1). Les cas disparaissent l’année qui suit la mise en place des tests diagnostiques respectifs, au minimum 9 mois après l’utilisation des derniers taureaux porteurs (temps moyen d’une gestation), car aucun homozygote ne naît. Une exception toutefois concerne le nanisme, pour lequel la mutation identifiéen’explique que 40 % des cas présentant un retard de croissance [7]. C’est pourquoi ce défaut, considéré comme un caractère complexe, est toujours recensé par la cellule d’hérédo-surveillance.
En l’absence de connaissances de la mutation causale, des tests indirects peuvent être développés pour déterminer les individus porteurs du ou des haplotypes associés aux défauts. Ces tests indirects ou haplotypiques souffrent cependant d’une perte de sensibilité et de spécificité. Leur mise en place dans la race BBB pour l’hamartome, l’arthrogrypose et la gestation prolongée est globalement efficace sur l’éradication et la diminution de l’allèle à risque dans la population (figure 2).
L’éradication des défauts devrait faire baisser le taux de mortalité dans les élevages BBB, car, avant l’âge de 6 mois, les DMC 1 et 2, l’hamartome, la gestation prolongée et l’arthrogrypose sont létales, 25 % des SQT sont euthanasiés et 40 % des nains meurent (encadré 2) [4, 6-10].
La gestion des défauts génétiques dans la race BBB repose principalement sur l’éradication des reproducteurs mâles porteurs (92 %) et de quelques vaches à haut potentiel génétique susceptibles de devenir des donneuses d’embryons (8 %). Les taureaux d’IA porteurs ont rapidement disparu dès la disponibilité des tests.
Quelle que soit la fréquence initiale de la mutation, elle diminue lentement pour ce type de sélection (figure 3 complémentaire sur WK-Vet.fr). La très faible sélection contre les femelles porteuses et l’utilisation de certains mâles testés pour seulement une tare ou non testés contribuent au maintien de ces mutations dans la population BBB. Pour les défauts ayant une fréquence initiale élevée (25 %), la fréquence actuelle est de 15 %, comme pour le nanisme et le SQT. Pour ceux dont elle était de 10 à 15 %, elle est actuellement d’environ 5 %. Une analyse de cette diminution à plus long terme, d’ici à une dizaine de générations, va permettre d’évaluer la SAM mise en place en BBB.
Bien que les données disponibles ne soient pas aussi précises qu’il est souhaité, l’éradication de ces sept défauts a significativement amélioré la rentabilité des élevages en diminuant le taux de mortalité. La disparition rapide des cas et l’amélioration globale du taux de mortalité en BBB sont favorables et renforcent l’intérêt de cette cellule. Il est donc nécessaire de recenser rapidement les anomalies congénitales et de stimuler les éleveurs à les déclarer pour le bien de leur élevage et l’image des différentes races bovines.
(1) www.awe.be
(2) Belgian Blue Cattle International, Belgian Blue Group, Fabroca et Génétique Avenir Belgimex
(3) Arsia et DGZ
(4) www.hbbbb.be
(7) www.onab.fr
Aucun.
→ La cellule a été créée afin :
– d’établir un recensement épidémiologique des tares existantes ayant un impact négatif majeur sur l’économie des élevages blanc bleu belge (BBB) ;
– d’alimenter une base de données et une biobanque ;
– de cartographier les gènes et les mutations responsables pour les défauts dont l’origine génétique est suspectée ;
– de développer un test diagnostique, de le mettre à la disposition des éleveurs et de permettre la gestion raisonnée de ces tares génétiques.
→ L’intégration complète de ce type de cellule dans les programmes de sélection repose sur plusieurs facteurs :
– la superficie de la Belgique permet à une seule personne de se déplacer dans tout le pays de façon à récolter rapidement un maximum de cas. En effet, la race BBB est principalement concentrée sur le territoire belge et la distance maximale à parcourir est d’environ 200 km, soit 2 heures et demie de route. Cela améliore la cohérence du phénotypage de cas rares et isolés. En France, cela n’est pas possible, mais une solution alternative peut être le recours à des sites vétérinaires, comme Vétofocus(6), qui permettent de mettre en ligne l’émergence d’anomalies congénitales et de pouvoir attirer l’attention et obtenir rapidement l’avis d’experts des différents domaines, ou de mettre en place un système de déclaration en ligne comme pour l’Observatoire nationale des anomalies bovines (Onab)(7) ;
– la césarienne est effectuée dans 99 % des vêlages, et la présence du vétérinaire facilite la détection et le renseignement d’anomalies congénitales visibles à la naissance ;
– les éleveurs et les vétérinaires ont rapidement pris conscience de la nécessité et de l’intérêt de déclarer leurs cas d’anomalies congénitales en toute transparence afin d’en déterminer la cause et de pouvoir les gérer au plus vite.
→ Toutes les informations et les échantillons biologiques collectés (chez les cas et leurs apparentés) ont été centralisés au sein de l’Unité de génomique animale, favorisant une analyse immédiate et efficace des différentes cohortes.
→ Pour tester l’hypothèse d’une baisse de la mortinatalité, nous avons analysé, à l’aide des données Sanitel (système d’identification animale), le taux de mortalité dans la population blanc bleu belge (BBB). Les données Sanitel sont les seules disponibles en Belgique pour suivre le mouvement des animaux de production et ce système souffre d’un manque de précision car la race n’y est pas renseignée. Sur les passeports des bovins figurent notamment l’espèce, le type racial (allaitant, laitier ou mixte), la date de naissance, la couleur de la robe, la date de sortie du troupeau, son motif (vente, abattoir, clos d’équarrissage) et l’identification auriculaire. Les animaux doivent obligatoirement être inscrits dans les 7 jours qui suivent la naissance. Comme 90 % des individus de type allaitant sont de race BBB, ceux de robe blanche, pie bleue ou bleu pie et pie noire ou noir pie sont repris comme appartenant à la race BBB dans les données Sanitel. Le taux de mortalité (nombre de morts/nombre de naissances) chez les veaux de 0 à 6 mois dans la population BBB a été comparé à celui des veaux de la population laitière entre 2002 et 2010. Il apparaît que, depuis la mise en place du premier test diagnostique en 2005, le taux de mortalité en race BBB n’a fait que diminuer, d’environ 10 % en 2002 à 7 % en 2010, sauf en 2006 et 2007, en raison du virus de la bluetongue responsable d’avortements et de mortinatalité. Cette diminution est cohérente avec la baisse attendue du fait de l’élimination des anomalies.
→ Cette analyse n’est qu’une estimation et souffre de certaines carences. Tout d’abord, le système Sanitel ne tient pas compte de veaux non bouclés, qui peuvent représenter une proportion non négligeable d’animaux mort-nés ou morts dans les 7 jours après la naissance, et qui ne sont pas repris dans l’inventaire des élevages et dans le calcul du taux de mortalité. De plus, la sélection assistée par marqueurs (SAM) évite les accouplements à risque et élimine la mortinatalité liée aux défauts héréditaires. Les veaux vivants obtenus grâce à la SAM sont inscrits et diminuent ainsi le taux de mortalité. L’absence d’indication de la race dans le système est également une source de biais. Parallèlement à la mise en place de la SAM pour la gestion de ces mortalités néonatales d’origine génétique, le Herd-Book blanc bleu belge (HBBBB) a mis une priorité dans les critères de sélection sur l’amélioration des caractères fonctionnels chez les veaux tels que la vitalité, la mortalité, l’aptitude à boire, etc. Les taureaux ayant de mauvaises évaluations pour ces caractères lors des tests sur la descendance ont été écartés du programme de sélection, réduisant ainsi le taux de mortalité.
→ Depuis 2007, près de 1 200 cas d’anomalies congénitales et 7 défauts génétiques ont été recensés.
→ Les tares génétiques doivent être différenciées de symptômes similaires d’origine infectieuse, parasitaire ou toxique.
→ La cartographie des mutations causales est une étape difficile, mais elle permet de mettre au point des tests diagnostiques afin de détecter les porteurs.
→ Le taux de mortalité des nouveau-nés est fortement diminué depuis la lutte contre les sept défauts génétiques recensés.
Toutes ces recherches ont été financées par le ministère de l’Agriculture de la région wallonne. Je voudrais remercier chaleureusement les centres d’insémination : BBCI, BBG, Fabroca et Génétique Avenir Belgimex, le Herd-Book blanc-bleu belge, l’Association wallonne de l’élevage, l’Arsia, la DGZ, les facultés de médecine vétérinaire de Liège et de Gand, et tous les praticiens et les éleveurs qui ont largement contribué au succès de cette cellule d’hérédo-surveillance.
