Mécanismes génétiques et épigénétiques sous-jacents aux relations phénotype - environnement chez les petits ruminants

Genetic and epigenetic mechanisms involved in phenotype-environment relationships in small ruminants

• Auteur / Autrice : Laure Denoyelle
• Direction : François Pompanon, Gwenola Tosser
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biodiversité écologie environnement
• Date : Soutenance le 17/12/2020
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'écologie alpine (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Olivier François
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Pompanon, Gwenola Tosser, Anne Blondeau-Da Silva
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christophe Plomion, Laurence Flori

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mouton

Chèvre domestique

Méthylome

Génomique

Mots clés libres

Génomes complets

Méthylation de l'ADN

Environnement

Capra hircus

Ovis aries

Whole Genomes

Methylation

Environment

Capra hircus

Ovis aries

Résumé

Les organismes vivants peuvent être confrontés à des variations plus ou moins importantes de leur environnement (qu’il soit climatique, sanitaire, etc…). En réponse à ces variations, trois types de mécanismes peuvent être mis en place pour ajuster leur phénotype et l’environnement : le choix d’un habitat favorable, l’adaptation et l‘acclimatation. Dans le cas des animaux domestiques, le choix de de l’habitat n’est pas possible mais les deux derniers mécanismes peuvent être mis en évidence en étudiant respectivement la présence de marques génétiques et épigénétiques dans le génome des individus. Le but de cette thèse a été de mettre en évidence ces deux types de mécanismes chez les petits ruminants (chèvres et moutons) en rapport avec l’histoire des races et leur environnement.Dans un premier temps, nous avons analysé des données de génomes complets pour chercher des signatures de sélection chez onze races caprines françaises. Cette analyse nous a d’abord permis d’explorer leurs histoires, de comprendre les croisements possibles entre elles et de confronter ces résultats aux données historiques collectées. De plus des gènes sous sélection en rapport avec des caractères d’intérêt agronomique tels que la production laitière (21 gènes), la reproduction (14 gènes), l’immunité (11 gènes), ainsi que des caractères morphologiques spécifiques aux races étudiées (28 gènes) ont été mis en évidence.Dans un second temps, nous avons étudié les deux types de mécanismes chez des chèvres et des moutons marocains qui ont été choisis pour former deux groupes à chaque extrémité d’un gradient de variation de températures. L’analyse des différences génétiques entre les deux groupes, pour chaque espèce, nous a permis de localiser des régions sous sélection en relation avec des gènes impliqués dans la perception de l’environnement (5 gènes), l’immunité (4 gènes), la reproduction (8 gènes) et la production (11 gènes). Nous avons aussi séquencé les régions du génome portant des groupements méthyles chez ces mêmes animaux. L’analyse des régions différentiellement méthylées (DMR) entre les deux groupes nous a permis de trouver 2 DMRs (une chez chaque espèce) en relation, entre autre, avec la production et la qualité du lait. Cette étude des mécanismes d’adaptation et d’acclimatation chez les petits ruminants marocains est la première à chercher des marques épigénétiques en relation avec l’environnement chez des animaux d’élevage et à les comparer avec les marques génétiques présentes chez ces mêmes animaux. Au vu de nos résultats nous supposons que la variation de températures pourrait avoir deux types d’effet sur les animaux pouvant impacter les voies biologiques que nous avons détectées. Un premier effet, direct, qui influencerait les mécanismes de thermorégulation, et un second effet, indirect, en relation avec la quantité et la qualité des ressources alimentaires disponibles. La comparaison entre les deux mécanismes et les deux espèces nous a permis de trouver des voies biologiques impactées similaires, mais aucun gène en commun.Ces résultats montrent le rôle des mécanismes génétiques et épigénétiques dans l’ajustement des phénotypes à l’environnement. Dans un contexte de changements climatiques, il semble important de les prendre en compte pour développer des stratégies d’élevage en lien avec ces variations.

Organisms can be confronted with more or less important variations in their environment (climate, health, etc...). In response to these variations, three types of mechanisms can be put in place to adjust their phenotype with the environment: choice of a favorable habitat, adaptation and acclimatization. In the case of domestic animals, the choice of habitat is not possible, but the last two mechanisms can be revealed by studying the presence of respectively genetic and epigenetic markers in the genome of individuals. The aim of this thesis was to highlight these two types of mechanisms in small ruminants (sheep and goats) in relation to the breeds history and their environment.First, we analyzed whole genome data to search selection signatures in 11 French goat breeds. On one hand, this analysis allowed us to explore their histories, to understand possible crossbreeding between them and to compare these results with the historical data collected. On the other hand, selected genes related to agronomic traits of interest such as milk production (21 genes), reproduction (14 genes), immunity (11 genes), as well as morphological traits specific to the breeds studied (28 genes) were highlighted.In a second step, we studied the two types of mechanisms in Moroccan goats and sheep which were chosen to form two groups at each end of a temperature variation gradient. The analysis of genetic differences between the two groups, for each species, allowed to locate selected regions in relation to genes involved in environmental perception (5 genes), immunity (4 genes), reproduction (8 genes) and production (11 genes). We have also sequenced regions of the genome bearing methyl groups in these same animals. Analysis of the differentially methylated regions (DMRs) between the two groups allowed to find 2 DMRs (one in each species) in relation, among other things, to milk quality and production. This study of adaptation and acclimatization mechanisms in Moroccan small ruminants is the first to look for epigenetic marks in relation to the environment in farm animals and to compare them with genetic marks present in these same animals. Based on our results, we hypothesize that temperature variation could have two types of effects on animals that could impact the biological pathways we detected. A first effect, direct, which would influence the thermoregulation mechanisms, and a second effect, indirect, in relation to the quantity and quality of available food resources. The comparison between the two mechanisms, and the two species, allowed to find similar impacted biological pathways, but no gene in common.These results show the role of genetic and epigenetic mechanisms in the adjustment of phenotypes to the environment. In a context of climate change, it seems important to take them into account to develop breeding strategies related to these variations.