Ce que le nouveau pan-génome révèle sur les gènes bovins

La recherche génétique actuelle travaille souvent avec ce que l'on appelle des génomes de référence. Il s'agit de données de séquences d'ADN que les scientifiques ont rassemblées comme exemple représentatif de la dotation génétique d'une espèce.

Pour créer un génome de référence, les chercheurs utilisent généralement des séquences d'ADN d'un à quelques individus, ce qui représente mal la diversité génétique totale des individus ou des sous-populations. C'est pourquoi une référence ne correspond pas toujours exactement au jeu de gènes d'un individu donné.

Comme il y a quelques années encore, il était très compliqué, co?teux et long de produire de tels génomes de référence, la recherche s'est concentrée sur les génomes de l'homme et des principaux organismes biologiques modèles, comme le nématode. C.elegans.

Mais entre-temps, les chercheurs disposent de machines de séquen?age rapides, d'algorithmes sophistiqués qui assemblent les séquences d'ADN lues pour former des chromosomes entiers, et d'une puissance de calcul bien plus importante, si bien qu'il est désormais de plus en plus question d'établir des génomes de référence pour d'autres espèces également. Si les chercheurs veulent mieux comprendre l'évolution et d'autres questions fondamentales de la biologie, ils ont besoin de génomes de référence de grande qualité provenant du plus grand nombre possible d'espèces.

C'est également le cas pour les animaux d'élevage. Jusqu'à récemment, un seul génome de référence était disponible pour le bovin domestique (Bos taurus) : celui de la vache "Dominette" de la race "Hereford". Jusqu'à présent, les chercheurs se servaient de cette référence pour comparer d'autres séquences d'ADN de bovins afin de détecter des variations génétiques et de définir des génotypes correspondants. Mais la référence utilisée jusqu'à présent ne reflète pas la diversité de l'espèce, car elle ne contient pas de variantes génétiques permettant de différencier les individus.

Une lacune comblée

Une équipe de recherche dirigée par Hubert Pausch, professeur de génomique animale à l'ETH Zurich, vient de combler cette lacune : Les chercheurs ont créé ce que l'on appelle un pangénome avec les génomes de trois autres races de bovins domestiques, dont l'originale vache brune suisse, de deux espèces étroitement apparentées comme le bovin zébu et le yak, ainsi qu'avec le génome de référence actuel du bovin domestique. L'étude correspondante vient d'être présentée dans la revue spécialisée PNAS.

Ce pangénome bovin intègre des séquences contenues dans les six génomes de référence individuels. "De cette manière, nous avons pu montrer très précisément quelles séquences manquaient par exemple dans le génome de référence basé sur Hereford, mais étaient présentes par exemple dans notre génome original de la race brune ou dans les génomes d'autres races et espèces bovines", explique Pausch.

Découverte de nouveaux gènes et de nouvelles fonctionnalités

Les chercheurs de l'ETH ont ainsi découvert de nombreuses séquences d'ADN, voire des gènes entiers, qui manquaient jusqu'à présent dans le génome de référence de la vache Hereford. En examinant dans un deuxième temps les transcriptions de ces gènes (c'est-à-dire des molécules d'ARN messager), les chercheurs ont pu classer certaines des nouvelles séquences trouvées comme étant fonctionnelles et biologiquement pertinentes. Un grand nombre des gènes découverts sont par exemple liés aux fonctions immunitaires : Chez les animaux qui ont été en contact avec des bactéries pathogènes, ces gènes étaient plus ou moins actifs que chez ceux qui n'ont pas eu de contact avec les agents pathogènes.

Le présent travail a été rendu possible par une nouvelle technologie de séquen?age disponible depuis un an au Functional Genomics Center de l'ETH Zurich. Gr?ce à cette nouvelle technologie, les chercheurs peuvent lire avec précision de longs segments d'ADN, ce qui rend le processus de calcul moins complexe pour assembler correctement les segments analysés. "La nouvelle technologie a simplifié l'assemblage d'un génome. Nous pouvons désormais créer des génomes de référence à partir de zéro, rapidement et avec précision", explique Pausch. De plus, les co?ts de telles analyses ont baissé, de sorte que les chercheurs peuvent désormais produire des génomes de qualité de référence à partir de nombreux individus d'une espèce.

Les chercheurs de l'ETH travaillent en étroite collaboration avec le consortium "Bovine Pangenome". Celui-ci souhaite établir un génome de référence d'au moins un animal de chaque race bovine dans le monde. Le patrimoine génétique de parents non domestiqués des bovins domestiques doit également être analysé de cette manière.

Une sélection plus ciblée est possible

Le consortium ainsi que le professeur Pausch de l'ETH espèrent, gr?ce à la collection de génomes de référence, trouver par exemple des variantes de gènes qui n'existent plus chez les animaux domestiqués, mais qui existent déjà chez leurs cousins sauvages. Cela donne des indications sur les caractéristiques génétiques qui ont été perdues lors de la domestication.

"Cela devient particulièrement passionnant lorsqu'on compare notre bétail local avec le zébu ou avec des races adaptées à d'autres conditions climatiques", explique-t-il. La recherche obtient ainsi des informations sur les variantes de gènes qui rendent les animaux plus tolérants à la chaleur dans les environnements tropicaux. La prochaine étape pourrait alors consister à croiser ces variantes de manière ciblée dans d'autres races bovines ou à les introduire avec précision gr?ce à l'édition du génome. Mais le chemin est encore long. Le nouveau pangénome bovin permet désormais aux chercheurs de détecter plus rapidement et plus précisément les gènes et les variantes d'ADN qui diffèrent entre les races bovines.