Découverte des loci de caractères quantitatifs d'expression associés à la maladie de Johne en utilisant à la fois l'ARN-seq et des variantes d'ADN
Citation
Bissonnette, N., J.-S. Brouard, O. Ariel, N. Gévry, E. Ibeagha-Awemu, and F. Miglior. 2018. Discovery of expression quantitative trait loci associated with Johne’s disease using both RNA-seq and DNA variants. 11th World Congress on Genetics Applied to Livestock Production. February 10th-16th 2018, Auckland, New-Zealand.
Résumé en langage clair
La bactérie responsable de la maladie de Johne (JD), également connue sous le nom de paratuberculose, est une mycobactérie. Elle peut infecter les ruminants du monde entier. Cette infection est incurable et chronique. Aucun traitement n’est actuellement disponible.
La résistance génétique aux mycobactéries, notamment la tuberculose, a été rapportée. L'amélioration génétique est un processus lent et à long terme, mais les résultats sont permanents. Les gains génétiques réalisés en une génération subsistent dans les générations futures. L’objectif de cette étude était de répertorier des variations génétiques associées à la susceptibilité à la paratuberculose bovine.
Dans cette étude, on a cherché à comprendre les mécanismes qui font que la bactérie prend le système immunitaire de la vache en otage pour de cacher et se multiplier. On s’est attardé à étudier les macrophages. Il s’agit d’un type de cellule dans lesquels la bactérie se cache pour se multiplier. On s’est dit que puisque la mycobactérie prend le macrophage en otage et que la résistance génétique existe, il serait judicieux d’étudier les variations génétiques du macrophage. Pour se faire, on a fait une lecture de toute l’activité des gènes de ces macrophages de vaches négatives et positives à la maladie. Cette lecture a été effectuée avec une nouvelle génération de séquençage à haut débit. Ainsi, on a répertorié 1.2 million de variations. C’est très puissant. De ces variations, 161K n’ont jamais été rapportées. Parmi les variations génétiques observées chez les macrophages, 2,700 auraient un impact important sur la fonction des gènes. L’étude d’association génétique a permis d’identifier 288 marqueurs associés à la maladie.
D’autres outils nous ont permis de dresser la liste des gènes associés à ces variations. On a pu mettre en lumière ainsi différents mécanismes qui seraient impliqués dans la cellule, notamment des effets sur la mitochondrie, soit le moteur énergétique de la cellule. Ainsi, des variations génétiques favoriserait la persistance du pathogène en influençant le comportement des macrophages à long terme. Cette étude est la prière du genre.
En résumé, des variations génétiques associées à la paratuberculose bovine ont été identifiées dans les cellules immunitaires des vaches laitières. Nos résultats contribuent à une meilleure compréhension du contrôle des cellules immunitaires et des mécanismes de survie de la mycobactérie.
Résumé
La maladie de Johne (JD) est une maladie chronique débilitante chez les ruminants causée par Mycobacterium avium ssp. paratuberculose (MAP) qui manipule les macrophages intestinaux comme stratégies de survie et pour assurer sa dissémination. La situation endémique de JD s'explique en partie par l'absence de résistance génétique à l'infection par MAP chez les populations de bovins. Le succès d’une stratégie d'amélioration génétique résulte d'une compréhension globale de la variabilité génétique associée à la susceptibilité / résistance aux maladies, tout en fournissant des informations sur les voies biologiques affectées. Dans cette étude génomique fonctionnelle, des données phénotypiques précises (analyses diagostiques répétées) pour JD ont été utilisées pour identifier 22 vaches infectées par MAP (JD (+)) et 28 vaches saines / résistantes (JD (-)). Le transcriptome de leurs macrophages primaires circulants dans le sang a été analysé en utilisant la technologie de séquençage de l'ARN de nouvelle génération (RNA-Seq). Les génotypes d'ADN ont également été identifiés en utilisant une stratégie complémentaire: la puce d'ADN BovineSNP50 imputée à l'ADNchip haute densité (HD). Plus de 60% des 1 356 248 variants (taux d'appel ≥ 0,2, fréquence allélique mineure ≥ 0,05) ont été identifiés par ARN-seq, parmi lesquels 12% (161,951) étaient de nouveaux variants. Une étude d'association pangénomique a identifié deux principaux locus de caractères quantitatifs (eQTL) sur BTA4 et 11 à -log10 (P) ≥ 7. Il est intéressant de noter que 2 435 variants ARN-seq produisent un effet fonctionnel élevé sur les gènes connus, alors que seulement 33 génotypes (HD) ont été trouvés dans cette catégorie. L'analyse de réseau et de voie utilisant BovineMine à partir de macrophages JD (+/-) a révélé une information intéressante concernant les voies qui méritaient une investigation plus poussée (par exemple le facteur de transcription STAT). RNA-Seq est une stratégie efficace pour identifier eQTL et augmente ainsi le pouvoir de détecter des variants génétiques fonctionnels. Dans la présente étude, nous avons réussi à identifier eQTL et les voies de régulation qui discriminent MAP infectées par des vaches saines / résistantes. Les variations génétiques chez les vaches sensibles permettent à la MAP de proliférer et d'échapper au processus normal de destruction mycobactérienne des macrophages. Cette stratégie est donc très pertinente dans la sélection génétique, car elle peut réduire la susceptibilité à la maladie. Une intégration des résultats de cette recherche (information génomique) dans le programme conventionnel de sélection des jeunes taureaux et de tests de descendance pourrait permettre une amélioration génétique meilleure, plus précise et plus rapide de la résistance à la paratuberculose bovine dans les troupeaux laitiers canadiens.