Conditional GWAS using sequence-based genotypes for susceptibility to Mycobacterium avium subsp paratuberculosis infection in Canadian Holstein

Citation

Nathalie Bissonnette, Andrew Marete, Dave Kelton, Flavio Schenkel, Eveline M Ibeagha-Awemu, Gilles Fecteau, Filippo Miglior, Conditional GWAS using sequence-based genotypes for susceptibility to Mycobacterium avium subsp paratuberculosis infection in Canadian Holstein, Journal of Animal Science, Volume 98, Issue Supplement 4, November 2020, Page 17.

Plain language summary

La maladie de Johne ou aussi appelée paratuberculose est incurable.
On reconnait que la susceptibilité à cette maladie est affectée à la fois par les facteurs génétiques de l'environnement (gestion de l'exploitation) et de l'hôte (vache). Chez les bovins laitiers, la définition de l'infection réelle est très variable. Cela a conduit à un manque de consensus dans les résultats publiés sur la sensibilité génétique de la vache à contracter la paratuberculose. Des études antérieures ont rapporté des régions du génome, appelées locus de caractères quantitatifs (QTL), associées qui seraient associés à la paratuberculose. Par contre, pour la plupart des études antérieurs la précision des diagnostiques et du classement faisaient que les résultats étaient très variables d’une étude à l’autre.
Dans notre étude actuelle, nous avons utilisé des données très précises. Nous avons mené une enquête longitudinale dans 23 troupeaux laitiers canadiens pour distinguer avec précision les vaches atteintes de paratuberculose des vaches saines. Nous avons recueilli du sang et des matières fécales deux fois par an sur une période de 3 à 5 ans. Cette approche expérimentale est sans précédent. Chaque vache a été classée positive ou négative en se basant sur son profil établi à partir des tests qu’on a effectué à répétition sur 3 à 5 ans. Nous avons ensuite fait une lecture du genome (ADN ou le code génétique) des vaches à l'aide d'une puce de génotypage disponible dans le commerce. Cette puce de génotypage nous révèle l’information à 50 000 points du génome. Chaque point génomique est une source potentielle de variation génétique de la vache. Pour capturer plus de variation, nous avons comparé ces 50 000 points avec des puces de génotypage encore plus dense (avoisinant 800 0000 points) en utilisant une procédure économique connue sous le nom d'imputation. Toujours avec ce même procédé d’imputation, nous avons étendu la densité intermédiaire à la séquence complète du génome. Le bassin d’animaux ayant été séquencés au complet nous donne accès à un potentiel de 14 millions de points génomiques par chromosome. Ces 14 millions de points sont autant de variations génétiques potentielles (i.e. variants). À l'aide d'un logiciel disponible publiquement, nous avons comparé les variants des deux groupes de vaches. On a découvert des variants significatifs, ce qui veux dire que des variations dans le code génétique influenceraient la susceptibilité de la vache à contracter la maladie.
Les variations dans le code génétique qui sont associés à la paratuberculose ou maladie de Johne se retrouvent dans quatre chromosomes. Ces variantes sont un ajout essentiel au catalogue toujours croissant de variantes significatives associées à un trait donné. Bien que 76% des variants au QTL soient significatifs et pourraient être importants dans la régulation des gènes voisins, ils n'ont cartographié aucun gène. D’autres facteurs tel que les séquences régulatrices pourraient être en cause. Cette étude nous a permis de définir avec précision un trait difficile à définir et de découvrir des régions génomiques associées à la sensibilité à la maladie de Johne. Ces variations génétiques qui pourraient être utilisées pour sélectionner contre la maladie de Johne dans de futures évaluations génétiques.

Abstract

Paratuberculosis is an incurable disease caused by Mycobacterium avium spp. paratuberculosis (MAP). Variability in the definition of a true infection could explain the lack of consensus in published results on host genetic susceptibility to MAP. The objective of this study was to identify quantitative trait loci (QTL) for susceptibility to paratuberculosis in Canadian Holstein with an accurately defined status. Cows with known parentage were recruited from 23 Canadian dairy herds and enrolled in a longitudinal study. Blood and feces were collected semi-annually over a 3-5-yr period. Serum samples were analyzed by ELISA (IDEXX) and feces by qPCR. Cows were labelled based on positive ELISA (> 45%) and on at least two consecutive fecal excretion of MAP (n = 382). Control cows (n = 669) did not excrete MAP nor have MAP antibodies (< 10%) over the 3–5 year period. Their genotypes (GGP Bovine 50K chip) were imputed to HD-SNP (within-breed), then to WGS using FImpute software and Run6 of 1,000 Bulls’ genome project as a multi-breed reference. Using GCTA software, heritability (h2) was estimated and conditional GWAS was performed to define multiple true causal mutations in QTL regions from those caused by linkage disequilibrium. The h2(se) was 0.52 (0.01) and after FDR correction, 1,357 variants presented significant effects (-log10 P > 6), grouped within 7 QTL located on chromosome BTA7, BTA16, BTA20, and BTA23. The most significant variant was on BTA20 (-log10 P =12.39). Functional annotation showed that 76% of all the variants of the QTL were intergenic, with the rest being mostly intronic. Of interest was variant located on BTA7 with effect size (se) of -0.77 (0.02). In conclusion, using accurate phenotypes, chromosomal regions and candidate genes that could be functionally related to MAP infection were uncovered. The significant variants found in this study could contribute to the enhancement of genomic evaluation for MAP resistance.