Les gènes régulateurs, c’est-à-dire les gènes qui contrôlent la façon dont d’autres gènes sont utilisés, sont responsables de 69 % de l’héritabilité des caractères des bovins laitiers tels que la production de lait et la fertilité, selon une étude publiée le 23 août dans la revue Génomique cellulaire.
Cette contribution est supérieure de 44% aux attentes et bien supérieure aux études précédentes sur les gènes régulateurs chez l’homme. Les résultats, rapportés par une équipe de généticiens animaux et humains, pourraient améliorer l’efficacité des programmes de sélection agricole. L’étude aide également à résoudre le mystère de longue date de la raison pour laquelle les génomes de mammifères contiennent autant d’ADN non codant.
« Nous soupçonnons que notre grande taille d’échantillon est l’une des principales raisons pour lesquelles nous constatons que les mutations affectant l’expression des gènes et l’épissage de l’ARN jouent un rôle majeur dans la formation des traits », déclare Ruidong Xiang, chercheur en informatique et premier auteur de l’Université de Melbourne, Agriculture Victoria et le Baker Heart and Diabetes Institute. « La science biomédicale est fortement investie dans la génomique humaine, donc je pense que c’est une bonne chose de montrer qu’un travail similaire et précieux se produit également chez d’autres espèces. »
La majeure partie de notre génome est constituée d’ADN « non codant » qui ne code pas pour les protéines, mais la fonction exacte de ces régions non codantes reste un mystère. Étant donné que de nombreux gènes dans ces régions non codantes sont associés à des traits spécifiques tels que la taille du corps ou la couleur des cheveux, les scientifiques soupçonnent depuis longtemps que ces gènes contribuent aux caractéristiques physiques ou au « phénotype » d’un individu en régulant la manière dont d’autres gènes sont utilisés.
Cependant, jusqu’à présent, il y a eu peu de preuves pour soutenir un rôle important pour les gènes régulateurs dans la détermination des traits. Par exemple, une étude humaine récente a estimé que seulement 11 % de l’héritabilité des traits est attribuable aux gènes régulateurs qui modifient l’expression des gènes.
« Cela crée un paradoxe appelé » réglementation manquante « , explique Xiang. « Nous avons décidé d’examiner ce problème pour voir dans quelle mesure la variation des caractéristiques des bovins peut être expliquée par des mutations modifiant l’expression des gènes ou l’épissage de l’ARN. »
Pour ce faire, l’équipe a d’abord utilisé l’atlas Cattle Genotype-Tissue Expression (CattleGTEx) pour construire un modèle de gènes régulateurs comprenant à la fois l’expression des gènes et les gènes d’épissage de l’ARN. Ensuite, ils ont utilisé leur modèle pour quantifier l’impact des mutations de ces gènes régulateurs sur l’héritabilité des traits dans un ensemble de données distinct composé de plus de 120 000 génomes de bovins laitiers. Au total, ils ont examiné 37 caractères liés à la production laitière, à la mammite, à la fertilité, au tempérament et à la taille.
Les chercheurs ont découvert que les gènes régulateurs étaient responsables de 69 % de l’héritabilité des traits, en moyenne sur 37 traits analysés. « Nous avons été surpris, mais nous avons effectué plusieurs tests de validation, et les résultats étaient cohérents, nous avons donc commencé à être convaincus que c’était la réponse, du moins chez les bovins », explique Xiang.
Contrairement à la plupart des études antérieures qui n’examinaient que les variantes de l’expression génique, cette étude examinait simultanément l’expression génique et les gènes d’épissage de l’ARN. Ils ont également examiné les variantes « cis » et « trans », des mutations situées respectivement à proximité ou à distance de la région codante qu’elles affectent. La plupart des autres études se sont concentrées uniquement sur les effets des mutations « cis » à proximité, mais les chercheurs affirment que l’inclusion des mutations « trans » dans l’analyse a donné un autre coup de pouce à leur puissance d’analyse qui a probablement contribué au résultat surprenant de cette étude.
« Les effets trans n’ont pas encore été bien étudiés, mais nous avons montré que ces gènes régulateurs distants jouent également un rôle important dans la formation des traits des mammifères – cela semble être moins important que les effets cis, mais c’est important », déclare Xiang.
Ces découvertes pourraient être une aubaine pour les agriculteurs qui cherchent à reproduire sélectivement certains caractères du bétail. « En cartographiant les variantes génétiques liées à l’expression des gènes et à l’épissage de l’ARN, nous pouvons cartographier la majorité de l’héritabilité des traits », explique Xiang. « Par conséquent, les connaissances de base sur les mécanismes à l’origine des mutations peuvent être utilisées pour améliorer des applications telles que la sélection en agriculture. »
Au-delà de l’agriculture, cette étude aide en fournissant un système modèle pour de futures études chez l’homme et d’autres animaux. « La prochaine étape consiste à utiliser ces informations pour essayer de générer de meilleurs modèles prédictifs pour différents traits », explique Xiang. « Nos méthodes pourraient également servir de modèle pour d’autres espèces. »
Plus d’information:
Ruidong Xiang, L’expression génique et l’épissage de l’ARN expliquent de grandes proportions de l’héritabilité des traits complexes chez les bovins, Génomique cellulaire (2023). DOI : 10.1016/j.xgen.2023.100385. www.cell.com/cell-genomics/ful… 2666-979X(23)00182-9