Effet pléiotrope de la mutation R96C dans le gène SOCS2 chez la brebis laitière

Pleiotropic effect of R96C SOCS2 mutation in dairy sheep

• Auteur / Autrice : Claire Oget
• Direction : Rachel Rupp, Gwenola Tosser
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Pathologie, Toxicologie, Génétique et Nutrition
• Date : Soutenance le 06/11/2019
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences écologiques, vétérinaires, agronomiques et bioingénieries (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Génétique Physiologie et Systèmes d'Élevage (Castanet-Tolosan, Haute-Garonne ; 2014-....)
• Jury : Président / Présidente : Olivier Sandra
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Rachel Rupp, Gwenola Tosser, Olivier Sandra, Sébastien Fritz
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Carole Charlier, Pascale Le Roy

Mots clés

Mots clés contrôlés

Amélioration génétique

Mammite chez les animaux

Mouton -- Élevage

Mots clés libres

Ovis aries

Mouton

Pléiotropie

Mammites

Sélection génomique

Ovis aries

Sheep

Pleiotropy

Mastitis

Genomic selection

Résumé

Les mammites représentent un gros fardeau pour l'industrie laitière en raison de l'altération de la qualité du lait et de l'augmentation du coût de production. En plus des mesures d'hygiène mises en oeuvre, la sélection en faveur d'une plus grande immunité contre les infections mammaires et de la résistance aux mammites est considérée et implémentée dans les programmes d'amélioration de plusieurs races laitières. Cependant,la résistance aux mammites est un caractère complexe dont les bases biologiques de détermination génétique restent peu connues. Depuis une dizaine d'années, le décryptage des bases génétiques et immunologiques des mammites est un sujet de recherche majeur pour les unités partenaires GenPhySE et IHAP de l'INRA. A partir d'études d'association pangénomique sur le taux de cellules somatiques dans le lait, un caractère lié aux mammites, ils ont identifié une mutation ponctuelle dans le domaine de liaison SH2 du gène SOCS-2, entraînant la perte de reconnaissance du ligand (Rupp et al., 2015). La fréquence de cette mutation était étonnamment élevée (21%) dans la population étudiée. De plus, la taille, le poids et la production laitière étaient significativement augmentés chez les brebis porteuses de l'allèle mutant socs2 en comparaison au phénotype sauvage. Tous ces résultats ont apporté des preuves solides en faveur d'une mutation causale contrôlant l'inflammation mammaire chez le mouton et ont mis en lumière le rôle majeur du gène SOCS-2 comme étant un potentiel facteur concurrentiel entre la réponse inflammatoire provoquée par des pathogènes lors des infections mammaires et la production laitière. Le projet de thèse s'inscrit dans le cadre des travaux en cours sur l'étude du rôle du gène SOCS-2 dans la prédisposition aux infections bactériennes, et de ses effets pléiotropes à la fois sur la santé et sur les caractères de production, au sein du projet ANR REIDSOCS (2016-2020). Le premier objectif est d'établir la fréquence de l'allèle "T" muté socs2 associé à une augmentation de la prédisposition aux mammites dans la population ovine. Les relations entre mammites et caractères de production (lait et croissance) seront étudiées afin d'émettre des hypothèses concernant les forces de sélection qui ont conduit à la propagation de l'allèle 'T' délétère socs2 dans la population ovine. Des analyses d'association pangénomique sur de nouveaux phénotypes (bactériologie du lait) permettront ensuite d'évaluer les effets du gène SOCS-2 et d'autres régions du génome sur le caractère de résistance aux mammites. Puis, le deuxième objectif est de réaliser une étude prospective sur la gestion de cette mutation. Diverses méthodes seront testées en conséquence afin de représenter la mutation au sein de l'évaluation génomique actuelle et à pour l'optimisation du schéma de sélection. • Le troisième objectif est d'explorer les gènes et mécanismes sous-jacents de la réponse aux infections modifiée en lien avec la mutation ponctuelle du gène SOCS-2. Des génotypes d'individus des variants Socs2 seront produits au sein d'une ferme expérimentale INRA afin de réaliser des profils de transcription après des tests expérimentaux. Enfin, un dépistage systématique du polymorphisme de Socs2 chez les espèces de ruminants (bovins, ovins, caprins) sera effectué à l'aide d'analyses in silico de données de séquence publiques. La dernière étude sera étendue à des gènes en interaction avec le gène SOCS-2 qui seront identifiés par d'autres partenaires du projet REIDSOCS.

In this PhD thesis, we investigated a mutation in the SOCS2 gene (Suppressor Of Cytokine Signaling 2) with a pleiotropic effect, i.e. it affects several traits of interest in the Lacaune dairy sheep. This mutation is unfavourable for mastitis resistance (udder inflammation), and favourable for growth and milk production traits..T Located in the highly conserved binding domain of the SOCS2 protein, this point mutation (SNP - Single Nucleotide Polymorphism), l ocated in the highly conserved binding domain of the SOCS2 protein, causes the loss of functionality of the protein that is involved in a major signalling pathway in mammals:, the JAK (Janus Kinase) / STAT (Signal Transducer and Activator of Transcription) pathway, regulating a large spectrum of cytokines and growth factors. The first objective of this PhD thesis was to provide a basis for considering this mutation in the context of genomic selection in the Lacaune breed. Weighted evaluation methods, and the addition of the SOCS2 SNP among the chip markers, brought gains in accuracy on predictions (+3.99% and +0.26% respectively on average), suggesting the possibility of more efficient selection. The Gene Content method was also interesting because it made it possibleallowed to dissociate the genetic value due to the SOCS2 gene from that of the other genes (polygene). Thus, we have shown that the current selection in Lacaune breed allows reducing the frequency of the unfavourable SOCS2 allele while improving the resistance to mastitis explained by the remaining part of the genome. The second objective was to study the effects of SOCS2 on traits of interest not yet investigated: udder infection status and reproduction in females, and growth in males. Association studies with a 960 SNP chip, including SOCS2 SNP, confirmed the effect of SOCS2 on milk production and mammary inflammation, and showed a direct effect on infection using new fine phenotypes (bacteriology, clinical examinations). Linear models showed that the SOCS2 mutation was associated with: i) an increase in weight in young males (+1.5%), as observed in ewes, and ii) a decrease in the artificial insemination success rate in ewes (+1.3 times the risk of failure), with no effect on prolificacy. These striking and original results on reproduction pave the way for further analyses to determine in particular at what biological stage (ovulation, fecundation, embryonic implantation, etc.) the SOCS2 protein could be involved. The last objective was to determine the role of the SOCS2 protein in the underlying biological immune mechanisms of immunity by investigating the response of 14 homozygous carrier and non-carrier ewes to intramammary infection by Staphylococcus aureus. All ewes developed two peaks of immune cell recruitment to the udder at 20 and 88 hours post-inoculation (T20 and T88). Differential analysis of the expressed genes confirmed a modification of the transcriptome from T16 related to the activation of the immune system, the DNA repair and the cellular apoptosis pathways. Ewes carrying the SOCS2 mutation were distinguished from wild ewes by an increased clinical response at T56 and a difference in T lymphocyte recruitment at the time of the inflammatory peaks. At T56, a total of 177 genes were differentially expressed between the two genotypes. A functional analysis of these genes, and the integration between gene expression and phenotypes, suggest that the mutation leads to an over activation of signal transmission and regulatory pathways (interferons, STAT3) with a deleterious impact on the clinical status of ewes.