Sélection génomique (Accordion)

Qu’est-ce que la sélection génomique?

Une fois que les relations entre les SNPs et les caractères qui nous intéressent sont établies, les informations tirées des SNPs en laboratoire permettent de calculer des valeurs d’élevage (valeur d'élevage génomique directe, VEGD). Pour améliorer la sécurité des "valeurs d’élevage déterminées en laboratoire", les sources d’informations traditionnelles (VE des parents) et - si disponibles - les indications sur les propres performances ainsi que les informations sur la descendance sont également prises en compte et rassemblées en une valeur d’élevage combinée, appelée valeur d'élevage génomique optimisée (VEGO). Lorsqu’elles sont correctement estimées et pour les jeunes animaux notamment, les valeurs d’élevage génomiques sont plus sûres que les valeurs d’élevage traditionnelles (voir Sécurité des valeurs d'élevage). De nouvelles perspectives en élevage se dessinent ainsi à l’horizon.

La sélection génomique (GS) est un moyen d’estimer le potentiel héréditaire d’un animal (soit ses valeurs d’élevage, VE), grâce à la prise en compte de milliers de marquers répartis sur l’ensemble du patrimoine héréditaire. Dans ce cas, un marqueur est un SNP (abréviation du terme anglais Single Nucleotide Polymorphism, prononcée Snip; traduction française (peu utilisée): polymorphisme lié à un seul nucléotide). Les SNPs peuvent être déterminés en laboratoire, à un prix relativement avantageux et ce, aujourd'hui, pour les embryons déjà. 

Quelques bases génétiques

Le patrimoine héréditaire (génome) des êtres vivants est contenu dans les noyaux des cellules et répartis sur différents chromosomes. Une cellule de l’espèce bovine - à l’exception des cellules sexuelles - contient en tout 2 x 30 chromosomes, dont la moitié provient du père et l’autre moitié de la mère. Les chromosomes sont constitués d’ADN, une longue molécule filiforme composée de différentes bases (quatre bases différentes: A, C, G et T). Sur le double brin d’ADN, les bases respectivement A ou C et G ou T forment une paire (paire de bases, voir graphique). L’ordre des bases sur le double brin d’ADN (par exemple TCGGATA…) forme un code génétique.

L’ensemble du génome bovin compte 3 milliards de paires de bases. Une section du brin d’ADN, qui renferme la «recette» (code) pour la formation d’une protéine donnée, est appelée gène. En moyenne, un gène est constitué de 4'000 paires de bases. On admet que le génome bovin compte en moyenne 30'000 gènes. Les gènes ne représentent que le 5 % de l’ensemble du génome. La fonction des 95 % de paires de bases restantes dans le génome demeure en partie inconnue. 

Une variation du génome concernant une seule paire de bases (par exemple AAGGTTA et ATGGTTA) est appelée Single Nucleotide Polymorphism (SNP, prononcée Snip). Les SNPs sont relativement fréquents sur le génome (à plus d’un million d’endroits), mais n’ont généralement pas d’influence sur un caractère. Les SNPs sont relativement faciles à déterminer en laboratoire (voir Comment les SNPs sont-ils déterminés en laboratoire?) et sont de ce fait des marqueurs intéressants.

Quelle est l’utilité de la sélection génomique?

La sélection génomique apporte des valeurs d’élevage plus sûres (voir des SNPs aux valeurs d'élevage), en particulier pour les jeunes animaux. En effet, une sécurité de 70 % et plus peut être garantie, pour le veau déjà. Pour le lait, cela équivaut à un testage avec quelque 24 filles. 

Grâce à une plus grande sécurité des valeurs d’élevage, 

• les animaux d’élevage peuvent être sélectionnés avec plus de garantie; 
• des décisions zootechniques peuvent être prises bien plus tôt; 
• le progrès en élevage sera plus rapide. 

La plus grande sécurité ne se résume pas aux critères de production; en effet, tous les caractères pour lesquels une relation a pu être établie avec les SNPs bénéficient de la sélection génomique. Ce sont notamment les critères fonctionnels (longévité, santé etc.) qui profitent dans une large mesure de cette nouvelle technologie. Fondamentalement, la question se pose de savoir si, avec une sécurité de 70 % et plus, il n’est pas possible de renoncer complètement au testage par la descendance par ailleurs relativement onéreux (coûts de Fr. 40'000.-- et plus par taureau) → potentiel d’économie important.

Cependant, une certaine forme de testage par la descendance reste nécessaire car

• la sélection génomique doit encore se confirmer 
• de nombreux éleveurs trouvent une sécurité de 70 % insuffisante 
• les valeurs d’élevage traditionnelles restent nécessaires, pour pouvoir entretenir les bases de la sélection génomique (relations entre les SNPs et les caractères intéressants).

Entre-temps, dans de nombreux pays, le genre de testage par la descendance a été adapté à la nouvelle technologie.

Résumé

La sélection génomique apporte une plus grande sécurité des valeurs d’élevage - en particulier chez les jeunes animaux - et, de ce fait, elle permet un plus rapide progrès zootechnique ainsi qu’un potentiel d’économie non négligeable. 

Série d'articles TORO sur le marché de la génétique

QTL et marqueurs

Certaines caractéristiques des animaux, par exemple le fait d’avoir des cornes ou non, ainsi que de nombreuses tares héréditaires, sont dirigées par un seul endroit du génome. D’autres caractères, tels que la performance, la taille ou la longévité, dépendent de différents endroits du génome, en plus des influences du milieu. De tels caractères sont appelés caractères quantitatifs. L’illustration ci-dessous montre l’influence des différentes régions du chromosome sur la fécondité des vaches (VanRaden et al, 2008). Plus la déviation est grande, plus l’influence est grande.

On peut reconnaitre aisément que

• tous les chromosomes influencent la fécondité;
• certains endroits du génome jouent un rôle beaucoup plus important que d’autres.

Un endroit du génome qui est étroitement associé à un caractère quantitatif est appelé QTL (abréviation anglaise de Quantitative Trait Locus, appelé Locus de caractère quantitatif en français). L’endroit exact des QTLs sur le génome n’est souvent pas connu. Par contre, on connaît de plus en plus souvent desdits marqueurs, qui se situent à proximité des QTLs et qui sont relativement simples à déterminer. 

Un marqueur n’est toutefois utile que si, dans la population, il 

• existe sous différentes variantes (par exemple M et m) et 
• qu’une des variantes apparaît plus souvent en combinaison avec la variante (+) du QTL.

Plus le marqueur est proche du QTL, plus il y a de chance qu’il puisse représenter le QTL. La relation entre marqueur et QTL peut être rompue d’une génération à la suivante et dépend généralement de la race.

De bons marqueurs sont des SNPs qui sont souvent présents dans le génome et pour lesquels la détermination en laboratoire peut être automatisée.

Comment les SNP sont-ils déterminés en laboratoire?

Pour effectuer les analyses en laboratoire, les spécialistes ont recours à des puces SNP. En ce moment, la puce standard pour les bovins (races laitières) s’appelle Illumina ® BovineSNP50 BeadChip; elle permet d’analyser douze différents échantillons en même temps, en déterminant plus de 54'000 SNPs pour chacun d’eux.  Illumina a développé d'autres puces SNP, celles avec initialement 3'000 et maintenant 6'000 SNP "Low Density Chip" (également appelée LD-Chip) et celles avec plus de 777'000 SNP "High Density Chip" (également appelée HD-Chip). S'y ajoutent d'autres puces produites sur demande de GeneSeek® de Neogen (Genomic Profiler™ Dairy-LD avec presque 10'000 SNP et Genomic Profiler™ for Dairy-HD avec plus de 78'000 SNP), qui en plus des SNP pour l'estimation des valeurs d'élevage offrent des tests de tares héréditaires (par ex. SMA, Weaver, BLAD, CVM) et quelques tests pour des caractères héréditaires monogènes (par ex. facteur rouge, kappa caséine, absence de cornes pour certaines races).  Les génotypes obtenus avec les puces basse densité (LD-Chips) peuvent être extrapolés à une densité plus élevée (Standard-Chip et même HD-Chip).

Des SNPs aux valeurs d’élevage

La majorité des SNPs, tels qu’ils sont déterminés en laboratoire, n’expriment pas encore le potentiel héréditaire d’un animal. C’est n’est qu’à partir d’animaux avec des profils héréditaires bien connus (à savoir les taureaux testés) et des méthodes statistiques élaborées qu’il est possible de mettre en évidence les relations entre leurs SNPs et les caractéristiques qui nous intéressent. Pour mettre en place tout un système, il faut de très nombreux taureaux testés, très probablement plus de mille; plus il y en a, mieux c’est. Les vaches qui ont des valeurs d'élevage sûres peuvent également apporter leur contribution.
Une fois que ces relations sont déterminées, il est possible d’estimer des valeurs d’élevage pour les jeunes animaux, sur la base des analyses des SNPs et des valeurs d’élevage des parents, valeurs qui ont une nettement plus grande sécurité que les valeurs projetées sur la base de l’ascendance. La fiabilité effective des valeurs d’élevage génomiques dépendra de la précision avec laquelle les relations entre les SNPs et les valeurs d’élevage auront pu être estimées d’une part et de l’héritabilité du caractère en question d’autre part. 
Quelle est la sécurité des valeurs d’élevage génomiques optimisées (VEGO) en comparaison avec les valeurs d’élevage traditionnelles (VE)? Différentes études ont été faites à ce propos, telle que celle de Van Doormaal (2009) chez la population Holstein canadienne pour une série de caractères choisis: 
Sécurité des valeurs d’élevage (coefficient de détermination, S%) Holstein Canada (Van Doormaal, 2009)

La prise en compte des informations livrées par les SNPs apporte une amélioration de la sécurité par rapport à la méthode traditionnelle, notamment pour les veaux. Mais, les vaches aussi peuvent être évaluées avec une meilleure sécurité que sur la simple base de leur ascendance et de leurs propres performances. Par contre, l’amélioration potentielle de la sécurité est minime pour les taureaux testés dans le propre pays.

Quelle est la sécurité des valeurs d'élevage génomiques optimisées?

Les valeurs d’élevage, qu’elles soient génomiques optimisées ou traditionnelles, sont toujours de simples estimations. Etant estimées, les valeurs ont une certaine sécurité. Cette sécurité est généralement exprimée par un paramètre statistique (coefficient de détermination, S) en pour-cent. La sécurité prend en compte le fait que la valeur d’élevage ne repose pas sur un nombre indéfini de descendants mais qu’elle a été estimée sur la base d’une quantité limitée d’informations.

Une autre valeur qui permet d’exprimer la sécurité d’une valeur d’élevage estimée est l'intervalle de confiance à 95%. Cette valeur indique dans quel intervalle (fourchette) se situe la véritable valeur d’une valeur d’élevage estimée, et ce dans 95 cas sur 100. 
Le nombre correspondant de filles, nécessaires pour atteindre la même sécurité par le testage par la descendance, permet également de se faire une idée du concept de la sécurité.

A l’exemple de la valeur d’élevage lait, la tabelle suivante indique, pour un coefficient de détermination défini, respectivement l’intervalle de confiance et le nombre de filles pour le testage par la descendance.

Explications

La valeur d’élevage ascendance traditionnelle d’un veau a une sécurité d’environ 35%, ce qui correspond à la sécurité du testage par la descendance pour un taureau avec 5 filles. Si la valeur d’élevage d’un veau projeté sur la base de son ascendance est estimée à +800 kg, la vraie valeur se situe, dans 95 cas sur 100, à +800 ±790 kg, c.-à-d. dans l’intervalle de +10kg à +1’590kg. Des études américaines ont permis d’atteindre une sécurité pour la valeur d’élevage génomique optimisée lait de 70% déjà, chez le veau. Cela correspond à la valeur d’un taureau testé par la descendance avec 24 filles. Si nous admettons la même valeur d’élevage estimée de +800kg, la vraie valeur d’élevage se situe, dans 95 cas sur 100, dans l’intervalle de +263kg à +1’337kg. 

Pour les taureaux de Swissgenetics, le testage traditionnel par la descendance permet d’atteindre une sécurité de 85 - 90% pour un taureau testé. Dans ce contexte, une sécurité de 90% repose sur les informations de 91 filles. Pour une valeur d’élevage estimée de +800kg de lait, la vraie valeur d’élevage se situe dans l’intervalle de +490 à +1’110kg. Si un taureau a beaucoup de succès en réutilisation, la valeur d’élevage estimée peut atteindre une sécurité de 99%. 

Conclusion

Les valeurs d’élevage génomiques optimisée d’un veau - en fonction du caractère analysé et le nombre de taureaux testés pris en compte pour l’élaboration du système - peuvent atteindre une sécurité de 50 à plus de 70%. Cette dernière est nettement plus élevée que la sécurité d’une simple projection des valeurs d’élevage sur la base de l’ascendance mais pas aussi élevée que la sécurité des résultats obtenus par les taureaux testés par la descendance. De ce fait, quelques surprises ne sont pas exclues.

Où puis-je faire analyser mon animal?

Les analyses sont proposées par les trois grandes Fédérations d’élevage bovines (Braunvieh Schweiz, swissherdbook et la Fédération suisse d’élevage Holstein [FSHo]). Pour les détails et le bulletin de commande, veuillez consulter les sites internet www.braunvieh.ch, www.swissherdbook.ch et www.holstein.ch.

Combien coûte une analyse?

Les coûts d’une analyse se composent des frais de laboratoire et des frais pour le calcul des valeurs d’élevage génomiques. Le tarif de cette prestation de service est fondamentalement le même pour toutes les Fédérations, soit actuellement Fr. 149.-- pour une analyse avec la puce Genomic Profiler Dairy-LD (9'000 SNP, y compris les test sans licence) et Fr. 199.-- pour une analyse avec la puce standard (54'000 SNP). Veuillez également consulter les sites Internet des organisations d'élevage respectives pour d'éventuels remises sur les vaches/animaux femelles. 

Que faut-il pour l’analyse en laboratoire?

D’une manière générale, les échantillons de sang, de semence, de muqueuses nasales ou de racines de poils conviennent pour la détermination des SNP. Actuellement, on conseill surtout les racines de poils, notamment chez les jumeaux. Veuillez dans tous les cas prendre en compte les directives concrètes des Fédérations d’élevage.

Est-ce que cela vaut la peine de faire analyser ma vache à l’étranger?

Vous avez la possibilité de faire analyser votre vache à l'étranger (USA, Canada). Cependant, nous vous le déconseillons, car ce que vous recevez en retour ce sont des valeurs d’élevage génomiques optimisées calculées sur base américaine et, pour le moment du moins, vous n’avez aucune possibilité de les faire convertir en valeurs sur base suisse. De plus, les caractères sont en partie décrits différemment.

Qu’est-ce que j’obtiens comme résultat?

Vous recevrez de toutes les Fédérations les valeurs d'élevage génomiques optimisées (VEGO)  pour (presque) tous les caractères. Ces dernières sont officielles depuis décembre 2010 et remplacent les valeurs d'élevage traditionnelles.

Combien de temps faut-il pour obtenir un résultat?

Les échantillons sont à envoyer avec le formulaire de commande à Qualitas SA à Zoug. De là, ils sont transmis au laboratoire une fois par mois, en règle générale le premier mardi du mois. Si tout se déroule normalement, les valeurs d'élevage génomoiques sont disponibles dans les 40 à 70 jours suivant l'envoi de l'échantillon. Les résultats vous sont adressés par écrit par votre Fédération d’élevage.

Les valeurs d’élevage génomiques sont-elles publiées dans les documents officiels?

Les valeurs d'élevage génomiques optimisées (VEGO) sont officielles depuis décembre 2010 et remplacent les valeurs d'élevage traditionnelles.

Elles sont déclarées comme suit en Suisse:

• GA: valeurs d'élevage génomiques directes (VEGD) combinées avec les valeurs d'élevage ascendance classiques
• G: VEGD combinées avec les valeurs d'élevage suisses du testage par la descendance
• GI: VEGD combinées avec les valeurs d'élevage Interbull

Les valeurs d’élevage génomiques provisoires sont-elles déjà publiées?

Oui sur la page internet de la Fédération d’élevage respective. La publication concorde avec la mise à jour des valeurs Interbull, soit tous les quatre mois.

Les valeurs d’élevage génomiques directes peuvent-elles changer?

Oui, elles peuvent changer. Les résultats de laboratoire (génotypes SNP) sont fixes, mais les équations qui permettent de passer des résultats de laboratoire aux valeurs d’élevage génomiques, sont régulièrement actualisées.

Le testage par la descendance sera-t-il maintenu?

Pour le moment, le testage par la descendance n’est pas remis en cause en Suisse. Même à l'avenir, il faudra toujours une sorte de vérification basant sur les performances des descendants.