Introduction de diversité génétique dans les populations animales à partir de collections cryoconservées

Introducing genetic diversity in animal populations from germplasm collections

• Auteur / Autrice : Alicia Jacques
• Direction : Michèle Tixier-Boichard, Gwendal Restoux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génétique animale
• Date : Soutenance le 20/12/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Agriculture, Alimentation, Biologie, Environnement, Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Génétique animale et biologie intégrative (Jouy-en-Josas,Yvelines ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : AgroParisTech (France ; 2007-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Biosphera (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Christine Dillmann
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nadir Alvarez, Sylvie Oddou Muratorio, Sonia Eynard, Jérôme Raoul
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nadir Alvarez, Sylvie Oddou Muratorio

Mots clés

Mots clés contrôlés

Races canines

Races bovines

Races ovines

Races caprines

Races porcines

Animaux -- Ressources génétiques -- Cryoconservation

Diversité animale

Mots clés libres

Biodiversité

Cryobanque

Ressources génétiques

Porcs

Ruminants

Chiens

Biodiversity

Cryobank

Genetic resources

Pigs

Ruminants

Dogs

Résumé

La diversité génétique est essentielle pour la conservation et l'adaptation des populations animales. Or dans une population fermée, la variabilité génétique diminue inévitablement sous l'effet de la dérive génétique, de la consanguinité ou de la sélection. Ce constat est d'autant plus vrai chez les animaux domestiques où la sélection est forte dans certaines races dominantes, réduisant drastiquement la taille efficace de ces populations et mettant les autres races en danger d'abandon. Les ressources génétiques ex situ, et en particulier cryoconservées, telles que la semence ou les embryons congelés, sont une opportunité unique pour réintroduire ou gérer la diversité génétique des populations animales domestiques in situ. Toutefois, ces ressources sont très peu utilisées dans cette optique. En effet, il n'existe pas de recommandations pour aider les gestionnaires de population à les utiliser de manière adaptée à leurs objectifs (e.g. conservation, sélection…) et à l'espèce considérée (e.g. prolificité). En effet, réintroduire de la diversité à partir de matériel “ancien” pourrait augmenter la consanguinité et réduire les performances si cette réintroduction n'est pas bien planifiée. En combinant l'analyse de données réelles et des simulations, cette thèse a donc pour but de i) proposer un cadre d'évaluation des ressources génétiques ex situ dans une optique de gestion de la diversité des populations in situ, ii) comprendre les paramètres d'une utilisation efficace, et iii) proposer des recommandations générales pour leur utilisation future et la constitution de nouvelles collections. L'analyse des données de la Cryobanque Nationale Française a permis de proposer plusieurs indices standardisés de mesure de la diversité présente en collection à différentes échelles, de la race à l'individu. Cela a aussi permis de montrer que l'effort de collection dépendait fortement de l'espèce considérée ainsi que de son contexte d'utilisation (e.g. insémination artificielle répandue ou non). L'analyse d'un cas concret en race Abondance, où la semence d'un taureau né en 1977 a été réutilisée entre 2004 et 2009, a permis de démontrer l'impact positif de l'utilisation des ressources cryoconservées sur la diversité génétique des populations in situ, même sélectionnées. Cet exemple montre qu'on peut réintroduire de la variabilité génétique, et améliorer certains caractères détériorés au cours du temps tout en limitant l'impact négatif sur les performances de production pour lesquelles un certain retard était attendu. Ce potentiel des ressources génétiques ex situ “anciennes” a pu être confirmé dans d'autres contextes en simulant divers schémas de sélection allant de la conservation à la sélection avec des objectifs changeants ou non. Quel que soit la situation, peu d'individus étaient utilisés mais cela suffisait à significativement réintroduire de la diversité génétique tout en maintenant les objectifs fixés dans chaque situation. En revanche, la prolificité ne semble que peu affecter les résultats. Finalement, toujours par le biais de simulations, des recommandations ont pu être émises pour la constitution d'une collection afin d'optimiser son utilisation dans le cadre de la gestion de la diversité des populations in situ. Ceci a été réalisé avec une collection de taille fixée afin de mimer les limitations financières et humaines inhérentes à de tels programmes. Cette thèse apporte donc une validation de l'utilité des collections ex situ pour la gestion de la diversité génétique des populations in situ tout en fournissant des recommandations pour les utilisateurs finaux et les gestionnaires. Ces résultats pourraient être transposés aux populations sauvages.

Genetic diversity is essential for the conservation and adaptation of animal populations. However, in a closed population, genetic variability inevitably decreases under the effect of genetic drift, inbreeding or selection. This is all the more true in the case of domestic animals, where strong selection takes place in a few breeds, drastically reducing their effective population size whereas other breeds become endangered. Ex situ genetic resources, particularly cryopreserved ones such as semen or embryos, offer a unique opportunity to reintroduce or manage genetic diversity in domestic animal in situ populations. However, these resources are rarely used for this purpose. Indeed, there are no recommendations to help population managers use them in a way that addresses their objectives (e.g. conservation, selection...) and to the species involved (e.g. prolificity). In fact, reintroducing diversity from "old" material might increase inbreeding and decrease performances if not carefully planned. By combining the analysis of real data with simulations, this thesis aims at i) proposing a framework for evaluating ex situ genetic resources in the perspective of using them to manage the diversity of in situ populations, ii) understanding the determinants of their effective use, and iii) proposing general recommendations for their future use and the setting of new collections. Analysis of data from the French National Cryobank has enabled us to propose several standardized indices for measuring the diversity present in collections at different scales, from the breed to the individual. It has also shown that collection effort is highly dependent on the species in question, as well as on the context in which it is used (e.g. whether or not artificial insemination is widespread). Analysis of a specific case in the Abondance breed, where semen from a bull born in 1977 was re-used between 2004 and 2009, demonstrated the positive impact of using cryopreserved resources on the genetic diversity of in situ populations, even when under selection. This made it possible to reintroduce genetic variability, as well as to improve certain traits that had deteriorated over time, while limiting the negative impact on production performance, for which a certain lag was expected. This potential of "old" ex situ genetic resources has been confirmed in other contexts, by simulating various selection schemes ranging from conservation to selection with changing or unchanging objectives. Whatever the situation, few individuals were used, but this was enough to significantly reintroduce genetic diversity while maintaining the objectives set in each situation. Prolificity, on the other hand, seemed to have little effect on results. Finally, still using simulations, recommendations were made for building up a collection in order to optimize its use in managing the diversity of in situ populations. This was done with a gene bank collection of fixed size to mimic the financial and human limitations inherent in such programs. This thesis has therefore provided validation of the long-term usefulness of ex situ collections for managing the genetic diversity of in situ populations, while also providing recommendations for end-users and managers. These results could be transposed to wild populations in zoos or parks.