Utilisation des informations génomiques pour la conservation de la diversité génétique des populations domestiques

Using genomic information to conserve genetic diversity in livestock

• Auteur / Autrice : Sonia Eynard
• Direction : Mario Calus, Etienne Verrier, Denis Laloe
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génétique animale
• Date : Soutenance en 2018
• Etablissement(s) : Paris, Institut agronomique, vétérinaire et forestier de France en cotutelle avec Wageningen University
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Agriculture, alimentation, biologie, environnement, santé (Paris ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GABI - Génétique animale et Biologie intégrative UMR1313
• Jury : Président / Présidente : Hans Komen
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mario Calus, Gwendal Restoux, Windig Jack
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Bas J Zwaan, Beatriz Villanueva, Coralie Danchin burge, Sijne Van der beek

Mots clés

Mots clés libres

Diversité génétique

Animal

Bétail

Génomique

Genetic diversity

Livestock

Genomics

Résumé

Un intérêt grandissant pour le statut des populations domestiques ainsi que leur conservation a vu le jour à mesure que la sélection et la diminution en taille des populations a causé une perte de diversité génétique. Pendant ce temps-là, les puces SNP à haute densité et les séquences complètes (WGS) se sont démocratisées, amenant une opportunité de quantifier précisément l’impact de la sélection sur la diversité génétique et de développer des outils permettant de mieux conserver cette diversité génétique sur le long terme. Cette thèse a pour but d’analyser l’impact de la sélection et de mitiger son effet sur la diversité génétique en utilisant pour ce faire des données génomiques. Un des principaux avantages des données de WGS, par rapport aux données de généalogies et de puces SNP, est que les informations sur tous les variants sont accessibles, même sur les variants rares, et que les apparentements ‘réels’ entre individus sont estimables et par conséquent utilisables pour une évaluation de la diversité génétique. La prise en compte des variants rares a eu un impact significatif sur les estimations d’apparentements. De plus, la méthode de contribution optimal (OC) a été utilisée pour réaliser un choix de sélection correspondant à un schéma de sélection, maximisant le gain génétique tout en minimisant la perte de diversité génétique, ou pour construire une banque de gènes, seulement maximisant la conservation de la diversité, avec pour but de quantifier la perte de diversité génétique due à la sélection. Une augmentation de la diversité génétique conservée a été observée lorsque les données génomiques ont été utilisées pour réaliser le choix des individus reproducteurs au lieu des généalogies, de plus, les données de WGS ont mis en lumière une forte perte de diversité génétique par perte de variants rares. Des façons de réduire cette perte de diversité génétique au cours de schémas de sélection utilisant la sélection génomique ont été étudiées. Une proposition s’est portée sur le choix des individus pour actualiser la population de référence et par là même mieux conserver la diversité génétique de la population de reproduction. En effet, les modifications dans la population de référence s’accompagnent de changements dans les équations de prédiction et en résulte des transformations des schémas de sélection sur le long terme. Les différences au sein des populations de références mise à jour aléatoirement, par troncature ou par la méthode d’OC, sur la population se reproduisant étaient faible mais OC permet d’atteindre plus de diversité génétique dans la population de reproduction avec seulement une légère perte de gain génétique à long terme. Finalement, le potentiel du matériel stocké dans les banques de gènes comme source de diversité génétique additionnelle à celle de la population de reproduction a été inspecté, en utilisant la race bovine Hollandaise MRY comme cas d’étude. Inclure des taureaux anciens, plus divers génétiquement que les taureaux plus récents, dans la population de males reproducteurs sélectionnés par OC, a résulté en une amélioration simultanée du gain génétique attendu et de la diversité génétique conservée. L’impact de la sélection sur la diversité génétique peut être suivi par l’estimation de la perte des variants rares au cours du temps. Dans le but de fournir des perspectives à long terme pour les populations domestiques il est important d’utiliser des méthodes spécialisées et les données génomiques disponibles pour équilibrer la réponse à la sélection et la conservation de la diversité génétique.

Concern about the status of livestock breeds and their conservation has increased as selection and small population sizes caused loss of genetic diversity. Meanwhile, dense SNP chips and whole genome sequences (WGS) became available, providing opportunities to accurately quantify the impact of selection on genetic diversity and develop tools to better preserve such genetic diversity for long-term perspectives. This thesis aimed to infer the impact of selection and mitigate its effects on genetic diversity using genomic information. One of the advantages of WGS information, compared to pedigree and SNP chip information, is that it provides information on all variants, including rare ones, and ‘true’ relationships between individuals may be estimated thus being useful for evaluating genetic diversity. Taking into account rare variants had significant effects on estimated relationships. Moreover, optimal contribution (OC) strategy was used to perform selection either in a breeding program, maximising genetic merit while minimising loss of genetic diversity, or to build a gene bank, only maximising the conserved genetic diversity, with the aim to quantify loss of genetic diversity due to selection decisions. More genetic diversity was conserved when genomic information was used for selection decisions instead of pedigree and WGS information revealed a high loss of genetic diversity due to losing rare variants. Ways to reduce the loss of genetic diversity during a genomic selection program were investigated. The choice of individuals to update the reference population was proposed as a promising way to better conserve genetic diversity in a breeding population. In fact, changes in the reference population will lead to changes in prediction equations and thus ultimately to a shift in long-term selection decisions. Differences between reference population design using either random, truncation or OC selection of individuals, on the breeding population were modest but OC achieved conservation of more genetic diversity in the breeding population with only a small reduction in long-term genetic gain. Finally the potential of gene bank material as additional source of genetic diversity in the breeding population was examined, using the Dutch MRY cattle breed as a case study. Including old bulls, containing more genetic diversity than recent bulls, in the population of fathers for the next generation, selected with OC, resulted in both a slightly higher genetic merit and more genetic diversity conserved. The impact of selection on genetic diversity can be monitored by estimating the loss of rare variants over time. For the long-term perspectives of populations it is important to use specialised methods and genomic information to balance between selection response and conservation of genetic diversity.