Dans cette thèse, nous nous sommes intéressée à une mutation dans le gène SOCS2 (Suppressor Of Cytokine Signaling 2) dont l’effet est pléiotrope, c’est-à-dire qu’il concerne plusieurs caractères d’intérêt chez la brebis laitière Lacaune. Cette mutation est défavorable pour la résistance aux mammites (inflammation de la mamelle), et favorable pour les caractères de croissance et de production laitière. Située dans le domaine de liaison très conservé de la protéine SOCS-2, cette mutation ponctuelle (SNP : Single Nucleotide Polymorphism) entraîne la perte de fonctionnalité de la protéine qui est impliquée dans une voie majeure de signalisation chez les mammifères, la voie JAK (Janus Kinase) / STAT (Signal Transducer and Activator of Transcription), régulant un large spectre de cytokines et de facteurs de croissance.
Le premier objectif de cette thèse était de proposer la prise en compte de cette mutation dans le contexte de la sélection génomique dans la race Lacaune. Les méthodes d’évaluation pondérées, et l’ajout du SNP SOCS2 parmi les marqueurs de la puce, ont apporté des gains de précisions sur les prédictions (respectivement +3,99% et +0,26% en moyenne), laissant envisager la possibilité d’une sélection plus efficace. La méthode Gene Content était également intéressante car elle a permis de dissocier la valeur génétique due au gène SOCS2 de celle provenant des autres gènes (polygène). Ainsi nous avons montré que la sélection actuelle en race Lacaune permet de diminuer la fréquence de l’allèle défavorable SOCS2 tout en améliorant la résistance aux mammites expliquée par le reste du génome.
Le deuxième objectif était d’étudier les effets de SOCS-2 sur des caractères d’intérêt non évalués jusqu’à présent : statut infectieux des mamelles et reproduction chez la femelle, et croissance des mâles. Des études d’association avec une puce de 960 SNP, dont le SNP SOCS2, ont confirmé l’effet de SOCS2 sur la production laitière et sur l’inflammation mammaire, et ont montré un effet direct sur l’infection à l’aide de nouveaux phénotypes fins (bactériologie, examens cliniques). Des modèles linéaires ont montré que la mutation SOCS2 était associée à une augmentation de poids chez les jeunes mâles (+1,5%), comme cela avait été observé chez la brebis, et à une diminution du taux de réussite à l’insémination artificielle chez les brebis (+1,3 fois de risque d’échec), sans effet sur la prolificité. Ces résultats marquants et originaux sur la reproduction ouvrent la voie à des analyses complémentaires pour déterminer notamment à quel stade biologique (ovulation, fécondation, implantation embryonnaire, etc.) la protéine SOCS-2 pourrait intervenir.
Le dernier objectif était de déterminer le rôle de la protéine SOCS-2 dans les mécanismes biologiques sous-jacents de l’immunité grâce à l’étude de la réponse de 14 brebis porteuses et non porteuses de la mutation à l’état homozygote dans le cadre d’une infection intra-mammaire par un Staphylococcus aureus. L’ensemble des brebis a présenté deux pics de recrutement de cellules immunitaires vers la mamelle à 20 et 88 heures post-inoculation (T20 et T88). Une analyse différentielle des gènes exprimés a confirmé une modification du transcriptome à partir de T16 en lien avec l’activation du système immunitaire, des voies de réparation de l’ADN et d’apoptose cellulaire. Les brebis portant la mutation SOCS2 se sont différenciées des brebis sauvages, par une réaction clinique accrue à T56 et une différence de recrutement de lymphocytes T au moment des pics inflammatoires. A T56, un total de 177 gènes était différentiellement exprimé entre les deux génotypes. Une analyse fonctionnelle de ces gènes, et l’intégration entre l’expression génique et les phénotypes, suggèrent que la mutation conduit à une sur activation des voies de transmission de signal et de régulation (interférons, STAT3) avec un impact délétère sur l’état clinique des brebis. |
In this PhD thesis, we investigated a mutation in the SOCS2 gene (Suppressor Of Cytokine Signaling 2) with a pleiotropic effect, i.e. it affects several traits of interest in the Lacaune dairy sheep. This mutation is unfavorable for mastitis resistance (udder inflammation), and favorable for growth and milk production traits. This point mutation (SNP - Single Nucleotide Polymorphism), located in the highly conserved binding domain of the SOCS-2 protein, causes the loss of functionality of the protein that is involved in a major signaling pathway in mammals: the JAK (Janus Kinase) / STAT (Signal Transducer and Activator of Transcription) pathway, regulating a large spectrum of cytokines and growth factors.
The first objective of this PhD thesis was to provide a basis for considering this mutation in the context of genomic selection in the Lacaune breed. Weighted evaluation methods, and the addition of the SOCS2 SNP among the chip markers, brought gains in accuracy on predictions (+3.99% and +0.26% respectively on average), suggesting the possibility of more efficient selection. The Gene Content method was also interesting because it allowed dissociating the genetic value due to the SOCS2 gene from that of the other genes (polygene). Thus, we have shown that the current selection in Lacaune breed allows reducing the frequency of the unfavorable SOCS2 allele while improving the resistance to mastitis explained by the remaining part of the genome.
The second objective was to study the effects of SOCS2 on traits of interest not yet investigated: udder infection status and reproduction in females, and growth in males. Association studies with a 960 SNP chip, including SOCS2 SNP, confirmed the effect of SOCS2 on milk production and mammary inflammation, and showed a direct effect on infection using new fine phenotypes (bacteriology, clinical examinations). Linear models showed that the SOCS2 mutation was associated with an increase in weight in young males (+1.5%), as observed in ewes, and a decrease in the artificial insemination success rate in ewes (+1.3 times the risk of failure), with no effect on prolificacy. These striking and original results on reproduction pave the way for further analyses to determine in particular at what biological stage (ovulation, fecundation, embryonic implantation, etc.) the SOCS-2 protein could be involved.
The last objective was to determine the role of the SOCS-2 protein in the underlying biological mechanisms of immunity by investigating the response of 14 homozygous carrier and non-carrier ewes to intramammary infection by Staphylococcus aureus. All ewes developed two peaks of immune cell recruitment to the udder at 20 and 88 hours post-inoculation (T20 and T88). Differential analysis of the expressed genes confirmed a modification of the transcriptome from T16 related to the activation of the immune system, the DNA repair and the cellular apoptosis pathways. Ewes carrying the SOCS2 mutation were distinguished from wild ewes by an increased clinical response at T56 and a difference in T lymphocyte recruitment at the time of the inflammatory peaks. At T56, a total of 177 genes were differentially expressed between the two genotypes. A functional analysis of these genes, and the integration between gene expression and phenotypes, suggest that the mutation leads to an over activation of signal transmission and regulatory pathways (interferons, STAT3) with a deleterious impact on the clinical status of ewes. |