Faits marquants 2024

Vers une sélection des vaches laitières pour réduire les émissions de méthane

Pour lutter contre le changement climatique, il est essentiel de réduire les émissions de gaz à effet de serre, y compris le méthane produit par les ruminants. Dans le cadre du projet Methabreed financé par Apis-Gene, une stratégie de sélection des bovins a été mise en œuvre afin de réduire leurs émissions de méthane.  Une difficulté essentielle étant l’obtention de mesures à grande échelle, la stratégie a été la suivante : (a) développement d’équations de prédiction du méthane à partir des spectres moyen infra-rouge (MIR) du lait : pour cela, près de 28000 mesures de méthane ont été obtenues par GreenFeeds dans des élevages expérimentaux et comparés à 1800 spectres MIR ; (b) application de ces équations à plus de 28 millions de spectres MIR collectés dans des élevages commerciaux français adhérant au contrôle laitier ; (c) réalisation d’analyses génétiques sur ces données à haut débit et mise en oeuvre d’une évaluation génomique pilote. Cette évaluation a obtenu l’accord des organismes de sélection et sera déployée en 2025 pour une première sélection de bovins émettant moins de méthane.

Contact : Didier Boichard, Pauline Martin 

Références bibliographiques :

• Fresco S., Boichard D., Lefebvre R., Barbey S., Gaborit M., Fritz S., Martin P. 2024. Short Communication: Correlation of methane production, intensity, and yield with residual feed intake throughout lactation in Holstein cows. Animal, 18, 101110. https://doi.org/10.1016/j.animal.2024.101110
• Fresco S., Vanlierde A., Boichard D., Lefebvre R., Gaborit M., Bore R., Fritz S., Gengler N., Martin P. 2024. Combining heterogeneous GreenFeed measurements to predict methane emissions from cow milk mid-infrared spectra and phenotypes. Animal, 18, 101200. https://doi.org/10.1016/j.animal.2024.101200
• Fresco S., Boichard D., Fritz S., Martin P. Genetic parameters for methane production, intensity, and yield predicted from milk mid-infrared spectra throughout lactation in Holstein dairy cows. J Dairy Sci, https://doi.org/10.3168/jds.2024-25231

Estimation d’effets parentaux non génétiques chez les bovins laitiers

Divers facteurs précoces, tels que le mode de reproduction ou des facteurs maternels et environnementaux durant la gestation, peuvent affecter le développement embryonnaire ou fœtal. La question se pose alors de savoir si ces effets sont durables, notamment sur la carrière future des animaux nés. Les bases de données nationales bovines peuvent apporter des éléments de réponse à ces questions car elles contiennent une grande variété de données phénotypiques, enregistrées sur des animaux issus de différentes méthodes de reproduction, avec des informations pour divers paramètres maternels et environnementaux durant la gestation, ainsi que l’origine du lot de sperme utilisé pour chaque insémination. Plusieurs études ont cherché à quantifier les effets de différents facteurs paternels et maternels sur les performances des filles des races bovines laitières Holstein et Montbéliarde, avant ou pendant leur première lactation : (1) le mode de procréation utilisée pour les concevoir (semence sexée, transfert embryonnaire, fécondation in vitro), (2) les facteurs maternels durant la gestation de leur mère (température extérieure, âge, parité, évènements de santé), et enfin (3) le lot de la semence du taureau utilisé. Les caractères analysés ont concerné la production laitière et la composition du lait, le format de la vache, sa fertilité et la santé de sa mamelle. Globalement, du fait des grands effectifs analysés, la plupart des effets mis en évidence chez les filles adultes sont statistiquement significatifs mais d’ampleur modeste : la plupart des effets sont inférieurs à 1% de la moyenne phénotypique. Concernant le stress thermique, son effet est maximal durant le premier mois de gestation. Pour la filière, les considérations pratiques sont limitées car ces effets sont réduits. En particulier pour la température environnementale, les effets sur la fille issue de la gestation sont bien plus limités que les effets directs sur la vache elle-même.  

Contact : Didier Boichard,  Aurélie Vinet 

Références :

• Fouéré C., Sanchez M.P., Boussaha M., Fritz S., Vinet A., Kiefer H., Boichard D., Hoze C. 2024. A large population study to assess the magnitude of prenatal programming in dairy cattle. J Dairy Sci., 107:5913–5923. https://doi.org/10.3168/jds.2023-24051
• Vinet A., Fouéré C., Cuyabano B.C.D, Mattalia S., Vallée R., Barbat A., Bertrand C., Hoze C., Boichard D. Long-lasting effects of in utero heat stress on subsequent performances of heifers and primiparous cows. J Dairy Sci., 107. https://doi.org/10.3168/jds.2024-25168
• Fouéré C., Hoze C., Besnard F., Boussaha M., Boichard D., Sanchez M.P. 2024. Investigating the impact of paternal age, paternal heat stress, and estimation of semen batch variance on dairy cow phenotype. Genet Sel Evol, 56, 46. https://doi.org/10.1186/s12711-024-00918-2

Un franc succès pour le "14th International Havemeyer Foundation Horse Genome Workshop" organisé par l’INRAE à Caen du 12-15 Mai 2024

Le 14ème Havemeyer Horse Genome Workshop s’est tenu du 12 au 15 mai 2024 à l’Université de Caen et a réuni une communauté internationale de 110 personnes (45% USA) pour partager des derniers résultats sur la génétique chez le cheval. Créé en 1995, cet événement se déroule tous les deux ans alternativement entre les Etats-Unis et un autre pays partenaire. Historiquement, il est financé en grande partie par la fondation Dorothy Havemeyer (NY, USA). Cette 14ème édition a été organisée à l’Université de Caen par l’équipe Biologie Intégrative et Génétique Equine (BIGE) de l’unité GABI UMR131, en collaboration locale avec le laboratoire LABÉO et le laboratoire CAGT (CNRS, Université Paul Sabatier, Toulouse). Le congrès comprenait quatre grandes thématiques avec des conférences invitées et des ateliers : 1) l’évolution équine, le développement des races et le management ; 2) la génomique fonctionnelle, l’épigénétique et la reproduction ; 3) la génomique des performances et le bien-être ; 4) la génomique des maladies équines. Les conférenciers invités ont présenté une synthèse de la préhistoire à l’histoire de la domestication du cheval (L. Orlando, CNRS, CAGT), la transmission épigénétique des caractères de fertilité (H Kiefer, INRAE, Breed), la lutte anti-dopage génétique chez l'homme (N Leuenberger, Lausanne Univ Hospital).
Un beau succès qui a augmenté la visibilité internationale de l’INRAE, de l’unité GABI et des partenaires locaux LABÉO, la ville de Caen et la Région Normandie.

Contact : Eric Barrey 

Site web du congrès : https://horse-genome.workshop.inrae.fr/ 

Intégration de données multi-omiques pour l'identification de biomarqueurs de la fertilité des taureaux

La fertilité des taureaux est un caractère économique important, et l'utilisation de semence subfertile pour l'insémination artificielle diminue l'efficacité globale du secteur de l'élevage. La fertilité des mâles est un phénotype multifactoriel qui dépend de facteurs génétiques, épigénétiques, physiologiques et environnementaux. Dans cette étude, nous avons combiné des données -omiques (génotypes, méthylation de l'ADN spermatique au niveau des CpG et petits ARN non codants) et des paramètres de la semence mesurés sur une large cohorte de 98 taureaux montbéliards présentant des niveaux de fertilité contrastés. Quatre méthodologies ont été considérées pour identifier les biomarqueurs prédictifs en lien avec la fertilité des taureaux : Lasso logistique, forêts aléatoires, gradient boosting et réseaux de neurones. Les variables sélectionnées par ces méthodes ont été annotées en terme de gènes, afin de réaliser des analyses d'enrichissement fonctionnel. Les gènes ciblés par les CpG, les SNP et les miARN les plus contributifs se sont tous révélés impliqués dans le développement. Il est intéressant de noter que les fragments dérivés des ARN ribosomiques étaient surreprésentés, ce qui suggère un rôle dans la fertilité mâle. Ces marqueurs pourraient être utilisés à l'avenir pour identifier les taureaux subfertiles afin d'accroître l'efficacité globale du secteur de l'élevage.

Contact : Florence Jaffrezic 

Référence :

• V. Costes, E. Sellem, S. Marthey, C. Hoze, A. Allais-Bonnet, L. Schibler, H. Kiefer, F. Jaffrézic (2024). Multi-omics data integration for the identification of biomarkers for bull fertility. PLoS ONE, 19. 10.1371/journal.pone.0298623

Etude de la régénération tissulaire par les cellules souches et progénitrices de l’épithélium mammaire bovin

Le lait, seule source de nutriments du jeune mammifère à la naissance est sécrété par les cellules épithéliales de la glande mammaire. Son développement et le maintien du tissu mammaire chez l’adulte dépendent de la prolifération et différenciation des cellules souches et progénitrices mammaires. Ces cellules ont été largement étudiées chez la femme et la souris, plus rarement chez les animaux d’élevage. Leur identification chez le bovin pourrait permettre de moduler le développement de la glande mammaire ou d’agir sur la persistence de la lactation. Nous avons étudié ici la capacité de populations de cellules épithéliales mammaires bovines à reconstruire un tel tissu après transplantation dans le tissu adipeux mammaire de souris. Les greffons de fragments de tissu mammaire de génisses Holstein se sont développés selon le modèle morphologique de la glande mammaire bovine. En revanche, la transplantation de cellules épithéliales mammaires triées a engendré le développement d’excroissances ne présentant pas les structures épithéliales caractéristiques de la glande mammaire bovine (canaux, alvéoles, tissu conjonctif). Des résultats similaires ont été obtenus avec la greffe de cellules épithéliales mammaires triées selon l’expression de marqueurs de cellules souches, ou de la lignée basale, qui se sont développées sous forme d'amas de cellules entourés de segments de tissu conjonctif. Ainsi, les cellules triées n'ont pas exprimé de capacité de régénération du tissu épithélial. Des études supplémentaires seront nécessaires pour identifier les cellules souches/progénitrices mammaires dotées de la capacité de régénérer un tissu mammaire fonctionnel.

Contact : Fabienne Le Provost 

Référence :
 

• L. Finot, C. Hue-Beauvais, E. Aujean, F. Le Provost, E. Chanat (2024) Sorted stem/progenitor epithelial cells of pubertal bovine mammary gland present limited potential to reconstitute an organised mammary epithelium after transplantation. PLOS ONE 19(10): e0296614. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0296614

Caractérisation des microbiotes vaginal et fécal des vaches laitières et influence de la génétique de l’hôte sur le microbiote fécal

Le microbiote, qui comprend l'ensemble des micro-organismes présents dans un environnement donné, joue un rôle clé dans la santé et la productivité des animaux. Chez les ruminants et les bovins en particulier, la relation avec le microbiote digestif constitue un exemple particulier de symbiose entre un hôte et son microbiote. Pourtant, les microbiotes spécifiques des vaches laitières et leurs interactions avec l’hôte restent encore peu explorés. Une collaboration entre GD Biotech - Gènes Diffusion et INRAE a permis de caractériser finement les micro-organismes de 1171 frottis vaginaux et 1875 échantillons fécaux de vaches Holstein, révélant des liens significatifs entre la composition de ces microbiotes et les performances de production, de fertilité et de santé des animaux. Ces travaux mettent également en lumière l’influence génétique de l’hôte sur la composition du microbiote fécal, ouvrant des perspectives pour des pratiques d’élevage et de sélection optimisées.

Contact : Marie-Pierre Sanchez, Jordi Estellé-Fabrellas

Références

• Brulin L., Ducrocq S., Even G., Sanchez M.-P., Martel S., Merlin S., Audebert C., Croiseau P., Estelle J. Dairy traits are strongly associated with bovine fecal microbiota and its Bifidobacterium abundance. Animal, 18:101243. https://doi.org/10.1016/j.animal.2024.101243 
• Brulin L., Ducrocq S., Even G., Sanchez M.-P., Martel S., Merlin S., Audebert C., Croiseau P., Estelle J. 2024. Characterization of bovine vaginal microbiota and its relationship with host fertility, health and production. Scientific Reports, 14:19277. https://doi.org/10.1038/s41598-024-69715-7 
• Brulin L., Ducrocq S., Estelle J., Even G., Martel S., Merlin S., Audebert C., Croiseau P., Sanchez M.P. The fecal microbiota of Holstein cows is heritable and genetically correlated to dairy performances. Journal of Dairy Science, https://doi.org/10.3168/jds.2024-25003

Analyses de séquences nucléaires d’origine mitochondriale chez les ruminants

Les séquences nucléaires d’origine mitochondriale, désignées NUMTs en anglais (pour nuclear mitochondrial DNA) ont été identifiées dans le génome nucléaire de la plupart des espèces. Ces séquences NUMTs peuvent être source d’artefacts si elles ne sont pas prises en compte. Ainsi ces dernières années nous avons étudié les NUMTs chez différentes espèces de ruminants. Ces études sont un prérequis pour analyser la diversité génétique liée à la mitochondrie. A ce jour nous avons publié les résultats pour trois espèces, avec en 2024 la publication du catalogue des NUMTs chez le yak domestique.

Contact : Dominique Rocha

Références :
[1] Tramontin Grau E., Charles M., Féménia M., Rebours E., Vaiman A., Rocha D. (2020) Survey of mitochondrial sequences integrated into the bovine nuclear genome. Scientific Reports 10(1):2077. doi: 10.1038/s41598-020-59155-4.
[2] Féménia M., Charles M., Boulling A., Rocha D. (2021). Identification and characterisation of mitochondrial sequences integrated into the ovine nuclear genome. Animal Genetics 52(4): 556-559. doi: 10.1111/age.13096.
[3] Poncet M., Féménia M., Pierre C., Charles M., Capitan A., Boulling A., Rocha D. (2024). Nuclear sequences of mitochondrial origin in domestic yak. Sci. Rep. 14(1):10217. doi: 10.1038/s41598-024-61147-7.