Développement de la génomique équine : vers la médecine personnalisée

L’avancée des connaissances en génétique puis en génomique équines, amorcée il y a 25 à 30 ans, a permis le développement d’outils de sélection des chevaux et des poneys de plus en plus performants. Ces outils, utilisés par les éleveurs et les vétérinaires, permettent désormais de planifier des accouplements de manière raisonnée, de prédire la survenue de différents caractères, désirés ou délétères, de prédispositions, favorables ou défavorables, chez le futur poulain et ainsi d’adapter les conditions de vie, d’entraînement et de soins de chaque cheval ou poney. Cependant, les caractères héréditaires équins et les tests qui leurs sont associés possèdent certaines propriétés qu’il convient de connaître afin d’utiliser à bon escient le dépistage ADN (acide désoxyribonucléique). Le vétérinaire est un interlocuteur privilégié pour l’éleveur. Il le conseille, l’oriente et le soutient dans le choix de ses reproducteurs et les croisements raisonnés, afin que les qualités et la diversité génétique de chaque lignée puissent être conservées et que les risques de faire naître des poulains prédisposés défavorablement soient minimaux. Le vétérinaire conseille également l’éleveur et le propriétaire pour le suivi personnalisé de chaque animal, en fonction du statut génétique individuel.

Génome équin et génomique

Bases de génétique équine

L’espèce équine (Equus caballus) possède 32 paires de chromosomes réparties en 31 paires d’autosomes et la paire des chromosomes sexuels. Dans chaque paire de chromosomes, l’un a été hérité de l’étalon et l’autre de la jument. Sur ces chromosomes sont présentes les unités de structure et de fonction du génome : les gènes. Chaque gène possède un emplacement propre et fixe qui est appelé le locus du gène. Les différents variants d’un même gène (apparus à la suite de mutations) sont appelés les allèles du gène. À chaque locus, un individu possède deux allèles, l’un hérité de son père, l’autre de sa mère. L’ensemble des allèles d’un individu est appelé le génotype de l’individu, le résultat de l’expression du génotype, le phénotype de l’individu.

Développement de la génomique équine

L’étude du génome équin a pris son essor dès le début des années 1990. En 1995, un premier workshop portant sur la cartographie du génome du cheval s’est tenu et a lancé une collaboration internationale qui a permis d’aboutir en 2008 à la publication d’une carte intégrée du génome équin. L’année suivante, la première séquence complète du génome d’un cheval (Twilight, une jument pur-sang) a été publiée. Ce séquençage a permis d’identifier des marqueurs SNP (single nucleotide polymorphism) et de développer une puce à marqueurs SNP [⁴, ¹⁷]. Par la suite, de nouveaux séquençages de génomes entiers ont été effectués (Sugar, un quarter horse) et une puce à marqueurs SNP de haute densité a été commercialisée [⁵, ¹⁵]. Ces outils permettent désormais des recherches accélérées et efficaces de gènes et de mutations impliquées dans des caractères héréditaires simples (mendéliens ou monogéniques) et d’entreprendre la recherche de locus impliqués dans le déterminisme de caractères complexes (multifactoriels ou polygéniques).

Particularités des caractères héréditaires équins

Maladies héréditaires

En mai 2019, 235 caractères héréditaires ont été répertoriés dans l’espèce équine⁽¹⁾. Parmi eux, 58 caractères monogéniques ont été dénombrés. Ces derniers regroupent des affections héréditaires et des caractères d’intérêt (couleur de la robe, par exemple).

Les maladies héréditaires équines sont fréquemment spécifiques de races ou de groupes de races, telles que le syndrome de séparation de la paroi du sabot (hoof wall separation disease, HWSD ) du connemara ou les anomalies squelettiques (skeletal atavism) du shetland [⁶, ¹²].

Cependant, certaines mutations sont apparues avant la séparation des races que nous connaissons et la mise en place d’une sélection organisée (studbooks), et elles se sont disséminées dans des races très variées. Par exemple, la mutation responsable de la myopathie PSSM1 (polysaccharide storage myopathy 1) a été identifiée dans plus d’une trentaine de races aussi variées que le shire, l’appaloosa, l’exmoor, le cob normand, le haflinger, le selle français ou le comtois. La mutation causale serait apparue entre 1 200 et 1 500 ans avant la séparation des différentes races [¹⁰].

Enfin, certaines mutations, au départ apparues dans une seule race, se sont propagées à d’autres à la faveur de métissages. La mutation responsable de l’abiotrophie cérébelleuse (CA) du pur-sang arabe a été identifiée chez le welsh, le trakehner et le north american curly horse, races qui ont bénéficié ou bénéficient de l’apport de sang arabe (^{photo 1}) [²].

Caractères d’intérêt

À l’inverse des maladies héréditaires qui sont souvent spécifiques de races, les caractères d’intérêt (couleurs et patrons de robes par exemple) sont plutôt partagés entre celles-ci⁽¹⁾.

Parmi les caractères esthétiques, certains peuvent être associés à un phénotype délétère. Par exemple, les mutations gouvernant les patrons de panachure splashed white (SW) peuvent engendrer de la panachure, parfois associée à la présence d’un ou de deux yeux bleus, mais également d’une surdité (^{photo 2}) [⁹].

Stratégies de recherche de mutations

Il existe deux stratégies majeures pour rechercher des gènes et des mutations responsables de caractères d’intérêt ou délétères chez le cheval.

Approche gène candidat

La stratégie la plus ancienne et la plus simple est appelée “approche gène candidat”. Elle consiste à faire l’hypothèse qu’un gène impliqué dans un phénotype équivalent ou identique à celui étudié dans une autre espèce que le cheval (souvent l’homme ou la souris) peut également être responsable du même phénotype chez le cheval. Le gène équin homologue est alors analysé pour y rechercher des mutations. Cette stratégie, simple et rapide, a permis de mettre en évidence des mutations équines. Par exemple, la mutation responsable de la robe unie noire a été identifiée dans le gène ASIP (agouti signal protein) en 2001, par l’équipe de Rieder et coll. qui a émis l’hypothèse qu’ASIP était un bon gène candidat pour cette couleur de robe : en effet celui-ci avait auparavant été caractérisé chez la souris et les bovins, et était connu pour gouverner la répartition des deux types de pigments (eumélanine et phéomélanine) dans la robe de la souris [¹⁴]. L’approche gène candidat a l’avantage d’être simple (un seul gène est testé), rapide et peu coûteuse. Cependant, elle peut très souvent se révéler infructueuse et, même lorsqu’un variant a été identifié dans le gène candidat, cette approche est très réductrice car elle omet d’analyser tout le reste du génome. Il existe donc un risque de passer à côté de la vraie mutation causale (qui peut se trouver juste à côté du variant identifié et être transmise en même temps) ou d’identifier seulement une des différentes mutations en cause si l’affection étudiée n’est pas purement monogénique.

Approche pangénomique et séquençage des génomes

La deuxième stratégie, appelée “approche pangénomique” ou “clonage positionnel” consiste à ne faire aucune hypothèse concernant le gène recherché, mais à tenter de l’identifier à partir de sa position dans le génome. Pour ce faire, des chevaux présentant le caractère étudié et des contrôles doivent être recrutés. Ils peuvent appartenir à une ou à des familles ou être non apparentés. Les animaux sont génotypés pour un ensemble de marqueurs génétiques répartis sur tous les chromosomes. Actuellement, les puces à marqueurs SNP constituent un outil de référence pour ce génotypage. Une étude statistique permet de rechercher le ou les locus associés ou liés au caractère observé : une étude d’association de type cas-témoins, si les chevaux sont non apparentés, ou une analyse de liaison réalisée dans une ou des familles, s’ils sont apparentés. Une fois le ou les locus candidats identifiés, l’analyse des gènes présents dans ces derniers permet de rechercher le ou les mutations en cause (^{figure 1}). Pour la recherche de la mutation responsable de syndrome du poulain lavande, l’équipe de Brooks et coll. a génotypé 6 poulains atteints et 30 chevaux contrôles. Une étude d’association leur a permis de mettre en évidence un locus candidat situé sur le chromosome 1, puis d’identifier une mutation (de type délétion) dans le gène MYO5A codant la Myosin Va [³]. L’approche pangénomique présente l’avantage d’être exhaustive et sans a priori, car elle passe par une étape de criblage de tout le génome. En revanche, elle peut être longue et coûteuse et nécessite d’avoir accès à l’ADN de nombreux chevaux présentant le phénotype étudié et des contrôles.

Les progrès récents de la technique de séquençage de l’ADN (séquençage de nouvelle génération, next generation sequencing [NGS]) permettent maintenant de séquencer le génome entier d’un individu pour un coût et un temps réduits, par rapport au séquençage classique dit Sanger. Ainsi, il devient possible de rechercher la mutation responsable d’un phénotype à l’aide du séquençage du génome entier d’un seul individu présentant ce phénotype et des séquences d’individus contrôles. Pour identifier la mutation responsable d’un nanisme chez le shetland, l’équipe de Metzger et coll. a séquencé le génome d’un poulain atteint et l’a comparé aux séquences des génomes de 25 chevaux et 1 âne contrôles. Ils ont ainsi identifié une mutation dans le gène ACAN (Aggrecan) [¹¹].

Choix et interprétation des tests ADN

Les particularités des caractères héréditaires équins et la manière dont les mutations qui les gouvernent ont été identifiées conditionnent l’utilisation et l’interprétation des résultats des tests ADN.

Des tests souvent spécifiques de races

Les affections héréditaires équines étant souvent spécifiques de races et les caractères d’intérêt plutôt partagés entre races, le choix d’un test ADN pour un individu donné doit donc être réfléchi en fonction de la race de l’individu, en particulier s’il s’agit d’un test ADN pour une maladie héréditaire.

Corrélation génotype-phénotype

Différentes stratégies sont possibles pour l’identification d’une mutation lors des étapes de recherche. Or l’une de ces stratégies, l’approche “gène candidat”, n’est pas exhaustive.

De plus, même si une approche pangénomique a été utilisée, le mode de recrutement des individus inclus dans l’étude est primordial. Certains caractères héréditaires, donc certaines mutations, sont races spécifiques mais peuvent parfois être spécifiques d’une lignée particulière au sein d’une même race. Le test ADN qui repose sur la détection d’une telle mutation n’est donc pertinent que pour la lignée concernée.

Dans tous les cas, et surtout si une approche “gène candidat” a été utilisée pour identifier la mutation sur laquelle repose le test que l’on souhaite utiliser, il convient de prendre en compte un paramètre appelé la “corrélation génotype-phénotype” pour interpréter le résultat du test ADN. Cette corrélation permet d’évaluer le lien qui existe entre le statut génétique (génotype) et le statut clinique (phénotype). Une corrélation génotype-phénotype forte indique un test ADN de diagnostic et de dépistage, qui permet, avec une forte probabilité, de prédire le statut clinique de l’animal selon son statut génétique. Une corrélation génotype-phénotype faible indique un test ADN de prédisposition : la présence de la mutation détectée dans le génome de l’individu ne constitue qu’un facteur de risque (^{figure 2}).

Limites des tests ADN

Le résultat d’un test ADN est confidentiel et valable à vie. Il renseigne sur le statut génétique de l’animal : présence de zéro, une ou deux copies de la mutation recherchée. L’interprétation de ce résultat doit ensuite être réalisée par le vétérinaire. Un test ADN est souvent valable pour une race ou un groupe de races. Un test ne détecte qu’une mutation, pas une maladie. Il ne renseigne pas sur l’âge à la déclaration des symptômes, l’évolution de la maladie ou la sévérité des symptômes. Le test ADN ne renseigne pas non plus sur le statut du cheval concernant les autres formes acquises ou héréditaires de la maladie. De plus, si la maladie héréditaire est caractérisée par une pénétrance incomplète, un individu génétiquement atteint peut ne pas déclarer les symptômes cliniques.

Diversité génétique

De manière générale, la lutte contre les affections héréditaires ne doit pas se faire au détriment des qualités de chaque lignée ou de chaque race. L’élimination des affections héréditaires doit se réaliser progressivement, dans le cadre d’une politique globale de gestion de la lignée ou de la race et en tenant compte des qualités que chaque reproducteur peut apporter. Le travail de sélection doit être raisonné de manières négative (éviter les caractères délétères) et positive (conserver les qualités et les aptitudes). Lorsqu’un plan de lutte est mis en place contre une affection héréditaire, la conservation du potentiel et de la diversité génétique de la lignée ou de la race doit faire partie intégrante du plan.

Des outils génétiques au service de l’élevage

Les progrès de la génomique équine ont permis le développement d’outils, autres que les tests ADN pour les maladies ou les caractères d’intérêt.

L’identification ADN et la vérification des filiations repose sur le génotypage de marqueurs génétiques qui permettent d’établir un profil ADN unique pour un cheval donné⁽²⁾. Ces mêmes marqueurs génétiques peuvent également être utilisés pour évaluer la composition raciale d’un cheval⁽³⁾.

Lors d’un transfert d’embryon, il est possible de réaliser un dépistage préimplantatoire de l’embryon pour le sexe, des maladies héréditaires et des caractères d’intérêt⁽⁴⁾.

La technologie du clonage des équidés ayant pris son essor, il est désormais possible de différencier un ou des clones de l’individu cloné, en analysant l’ADN mitochondrial⁽⁵⁾. En effet, les mitochondries ne sont transmises que par les mères lors de la fécondation, via l’ovocyte. Un clone aura donc l’ADN mitochondrial de l’ovocyte receveur énucléé et pas l’ADN mitochondrial du cheval cloné donneur du noyau.

Enfin, l’utilisation des index génomiques, fondés sur le génotypage de marqueurs génétiques (grâce aux puces à SNP), améliore les possibilités de sélection des reproducteurs pour des aptitudes sportives ou des affections dont le déterminisme génétique est complexe.

Vers la pharmacogénétique, la médecine personnalisée et la prédiction des aptitudes et des sensibilités individuelles

Les progrès de la génomique équine et ses outils permettent maintenant de rechercher des locus gouvernant des caractères complexes, comme des sensibilités à des maladies infectieuses, des aptitudes, de la performance sportive ou des caractères comportementaux (encadré).

En 2011 et en 2012, Go et coll. ont mis en évidence et publié une association entre le phénotype d’une population de lymphocytes T CD3+ et le statut de porteur chronique du virus de l’artérite virale équine chez des étalons, après une exposition naturelle au virus. Ces chercheurs ont également identifié un locus, à l’aide d’une approche pangénomique, situé sur le chromosome 11 et associé au phénotype des lymphocytes T CD3+ [⁷, ⁸]. Un test ADN reposant sur ces découvertes a été commercialisé. Ce test ADN consiste à génotyper un cheval pour des marqueurs génétiques situés sur le chromosome 11. Il s’agit donc d’un test de prédisposition, dont le résultat ne constitue qu’un facteur de risque. De la même manière, des études pangénomiques ont permis de mettre en évidence des locus de prédisposition à des aptitudes ou à la performance sportive. En 2012, l’équipe d’Andersson a identifié, à l’aide d’une approche pangénomique, une mutation associée à l’aptitude à marcher à l’amble chez le cheval islandais [¹]. Cette mutation s’est révélée être également associée à la performance en course de chevaux trotteurs (trotteurs américain, suédois et français) [¹, ¹³]. Le test ADN SynchroGait® permet de tester un cheval pour cette mutation.

La découverte de nombreux variants génétiques impliqués dans des phénotypes aussi divers que des maladies héréditaires monogéniques, la couleur de la robe, des sensibilités variées ou des aptitudes a conduit certaines sociétés à proposer des panels de tests ADN équins. Par exemple, la société Etalon diagnostics propose trois panels de tests, allant du plus simple au plus complet. Il convient cependant de garder en mémoire que nombre de maladies héréditaires équines sont spécifiques de races ou de groupes de races. Les résultats d’un panel de test “toutes races” doivent donc être interprétés avec précaution, certains tests n’étant pas pertinents pour certaines races.

Ce type de panels de tests préfigure l’avenir de la génétique équine. Il est probable que d’ici quelques années, ces panels, qui représentent des compilations de mutation, soient abandonnés au profit du séquençage entier des génomes. Le séquençage du génome d’un individu va permettre de mettre en évidence à la fois tous les variants dépistés par les panels actuels de tests, mais également des variants rares, parfois restreints à quelques individus. Ces derniers peuvent intéresser les locus gouvernant les caractères cités précédemment, mais aussi des locus impliqués dans des différences de sensibilité ou de réponse à des agents thérapeutiques. Ainsi, il sera possible d’adapter les conditions de vie et d’entraînement et même les traitements médicamenteux à chaque cheval. Cette adaptation des traitements au patrimoine génétique de chaque individu s’appelle la pharmacogénétique. Elle constitue un préalable à la médecine personnalisée (^{figure 3}). La baisse du coût et la rapidité des séquençages de 2^e et 3^e générations (NGS) en font certainement les futurs outils de la pharmacogénétique et de la médecine personnalisée du cheval, comme c’est déjà le cas chez l’homme [¹⁶].

Conclusion

Depuis le début des années 1990, la génétique équine progresse. Ces 10 dernières années, la mise au point d’outils performants d’analyse du patrimoine génétique des individus et les avancées technologiques dans le domaine de la génomique ont permis l’identification de nombreux variants impliqués dans des caractères d’intérêt, des affections héréditaires, des sensibilités et prédispositions variés. Une première évolution dans l’élevage équin est venue du dépistage de ces variants, grâce à des tests ADN. Ces tests fournissent des indicateurs au vétérinaire, à l’éleveur et au propriétaire pour entretenir, entraîner et, dans certains cas, soigner au mieux son cheval. Cependant, il est probable que nous soyons à l’aube d’une nouvelle évolution dans le domaine de la génétique équine. Le séquençage entier des génomes devrait sous peu permettre de développer la pharmacogénétique équine et d’aboutir à une véritable médecine équine personnalisée.

• (1) https://omia.org/home/

• (2) https ://www.isag.us

• (3) http://vetmed.tamu.edu/animalgenetics/horse-ancestry

• (4) http://www.vgl.ucdavis.edu/services/HorseEmbryo.php

• (5) http://www.vgl.ucdavis.edu/services/horse.php

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