Meta-analysis of genome-wide association studies for cattle stature identifies common genes that regulate body size in mammals

peer-reviewedH.D.D., A.J.C., P.J.B. and B.J.H. would like to acknowledge the Dairy Futures Cooperative Research Centre for funding. H.P. and R.F. acknowledge funding from the German Federal Ministry of Education and Research (BMBF) within the AgroClustEr ‘Synbreed—Synergistic Plant and Animal Breeding’ (grant 0315527B). H.P., R.F., R.E. and K.-U.G. acknowledge the Arbeitsgemeinschaft Süddeutscher Rinderzüchter, the Arbeitsgemeinschaft Österreichischer Fleckviehzüchter and ZuchtData EDV Dienstleistungen for providing genotype data. A. Bagnato acknowledges the European Union (EU) Collaborative Project LowInputBreeds (grant agreement 222623) for providing Brown Swiss genotypes. Braunvieh Schweiz is acknowledged for providing Brown Swiss phenotypes. H.P. and R.F. acknowledge the German Holstein Association (DHV) and the Confederación de Asociaciones de Frisona Española (CONCAFE) for sharing genotype data. H.P. was financially supported by a postdoctoral fellowship from the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) (grant PA 2789/1-1). D.B. and D.C.P. acknowledge funding from the Research Stimulus Fund (11/S/112) and Science Foundation Ireland (14/IA/2576). M.S. and F.S.S. acknowledge the Canadian Dairy Network (CDN) for providing the Holstein genotypes. P.S. acknowledges funding from the Genome Canada project entitled ‘Whole Genome Selection through Genome Wide Imputation in Beef Cattle’ and acknowledges WestGrid and Compute/Calcul Canada for providing computing resources. J.F.T. was supported by the National Institute of Food and Agriculture, US Department of Agriculture, under awards 2013-68004-20364 and 2015-67015-23183. A. Bagnato, F.P., M.D. and J.W. acknowledge EU Collaborative Project Quantomics (grant 516 agreement 222664) for providing Brown Swiss and Finnish Ayrshire sequences and genotypes. A.C.B. and R.F.V. acknowledge funding from the public–private partnership ‘Breed4Food’ (code BO-22.04-011- 001-ASG-LR) and EU FP7 IRSES SEQSEL (grant 317697). A.C.B. and R.F.V. acknowledge CRV (Arnhem, the Netherlands) for providing data on Dutch and New Zealand Holstein and Jersey bulls.Stature is affected by many polymorphisms of small effect in humans1. In contrast, variation in dogs, even within breeds, has been suggested to be largely due to variants in a small number of genes2,3. Here we use data from cattle to compare the genetic architecture of stature to those in humans and dogs. We conducted a meta-analysis for stature using 58,265 cattle from 17 populations with 25.4 million imputed whole-genome sequence variants. Results showed that the genetic architecture of stature in cattle is similar to that in humans, as the lead variants in 163 significantly associated genomic regions (P < 5 × 10−8) explained at most 13.8% of the phenotypic variance. Most of these variants were noncoding, including variants that were also expression quantitative trait loci (eQTLs) and in ChIP–seq peaks. There was significant overlap in loci for stature with humans and dogs, suggesting that a set of common genes regulates body size in mammals

A review on clinical genetics in Bovidae

A review on clinical genetics in Bovidae . 22.International Colloquium on Animal Cytogenetics and Genomic

Les anomalies génétiques : définition, origine, transmission et évolution, mode d’action

Cet article rappelle les notions et principes relatifs aux anomalies génétiques dont on observe régulièrement des émergences dans les populations animales d’élevage. Ces anomalies proviennent de mutations naturelles et certaines d’entre elles voient leur fréquence augmenter du fait principalement de la dérive génétique, parfois de la sélection. Lorsqu’elles sont dominantes, elles sont généralement rapidement contre-sélectionnées et tendent à disparaître. Mais lorsqu’elles sont récessives, les cas observables ne représentent qu’une toute petite fraction des individus porteurs. On définit généralement les anomalies génétiques comme des syndromes monogéniques. Toutefois, cette règle a beaucoup d’exceptions, soit parce que l’anomalie se révèle plus complexe qu’initialement supposé, soit parce que le syndrome présente une variabilité phénotypique due à des gènes modulateurs. Les anomalies récessives sont principalement dues à des mutations de type perte de fonction, tandis que les mutations dominantes résultent souvent d’interactions entre gènes ou entre protéines, ou de l’altération d’un gène répresseur. Les anomalies cytogénétiques conduisent à des phénotypes anormaux généralement différents entre types de caryotypes déséquilibrés. Enfin, les anomalies présentent parfois des déterminismes particuliers, par exemple dans le cas de gènes portés par les chromosomes sexuels ou soumis à empreinte parentale.This article presents an overview of the concepts and principles relative to genetic abnormalities, for which outbreaks are regularly observed in farm animal populations. These genetic defects originate from natural mutations and the frequency of some of them increases under the effect of genetic drift and sometimes of selection. When they are dominant, they are rapidly counter-selected and tend to disappear. But when they are recessive, the affected cases represent only a very small fraction of carrier individuals. Genetic defects are usually monogenic. However, this rule has many exceptions, either because the abnormality is more complex than initially assumed, or because the phenotype presents a variability caused by modulator genes in addition to the major factor. The recessive defects are mainly caused by loss of function mutations, whereas the dominant mutations often result from interactions between genes or between proteins, or from the loss of function of a repressor gene. Chromosomal abnormalities, when they are not lethal, cause syndromes which may vary between the different types of unbalanced caryotypes. Finally, genetic defects sometimes present very peculiar mechanisms, e.g. when the mutated gene is located on a sex chromosome or when it is imprinted

Dossier : Anomalies génétiques - Avant-propos

Dossier : Anomalies génétiques - Avant-propo

Uncovering Adaptation from Sequence Data : Lessons from Genome Resequencing of Four Cattle Breeds

Detecting the molecular basis of adaptation is one of the major questions in population genetics. With the advance in sequencing technologies, nearly complete interrogation of genome-wide polymorphisms in multiple populations is becoming feasible in some species, with the expectation that it will extend quickly to new ones. Here, we investigate the advantages of sequencing for the detection of adaptive loci in multiple populations, exploiting a recently published data set in cattle (Bos taurus). We used two different approaches to detect statistically significant signals of positive selection: a within-population approach aimed at identifyinghard selective sweeps and a population-differentiation approach that can capture other selection events such as soft or incomplete sweeps. We show that the two methods are complementary in that they indeed capture different kinds of selection signatures. Our study confirmed some of the well-known adaptive loci in cattle (e.g., MC1R, KIT, GHR, PLAG1, NCAPG/LCORL) and detected some new ones (e.g., ARL15, PRLR, CYP19A1, PPM1L). Compared to genome scans based on medium- or high-density SNP data, we found that sequencing offered an increased detection power and a higher resolution in the localization of selection signatures. In several cases, we could even pinpoint the underlying causal adaptive mutation or at least a very small number of possible candidates (e.g.,MC1R, PLAG1). Our results on these candidates suggest that a vast majority of adaptive mutations are likely to be regulatory rather than protein-coding variants

Rare phenotypes in domestic animals: unique resources for multiple applications

Preservation of specific and inheritable phenotypes of current or potential future importance is one of the main purposes of conservation of animal genetic resources. In this review, we investigate the issues behind the characterisation, utilisation and conservation of rare phenotypes, considering their multiple paths of relevance, variable levels of complexity and mode of inheritance. Accurately assessing the rarity of a given phenotype, especially a complex one, is not a simple task, because it requires the phenotypic and genetic characterisation of a large number of animals and populations and remains dependent of the scale of the study. Once characterised, specific phenotypes may contribute to various purposes (adaptedness, production, biological model, aesthetics, etc.) with adequate introgression programmes, which justifies the consideration of (real or potential) existence of such characteristics in in situ or ex situ conservation strategies. Recent biotechnological developments (genomic and genetic engineering) will undoubtedly bring important changes to the way phenotypes are characterised, introgressed and managed

Du phénotype à la mutation causale : le cas des anomalies récessives bovines

Cet article présente la méthodologie utilisée pour identifier la mutation responsable d’une anomalie génétique à partir de cas d’animaux affectés. Dans un premier temps, une collection de cas aussi homogènes que possible est constituée, de la même race et avec les mêmes signes cliniques, complétée par une population témoin apparentée mais non atteinte. Une analyse de pedigree est possible pour rechercher l’ancêtre commun qui a pu transmettre l’anomalie à chacun des cas. Le génotypage par puce permet de mettre en évidence très rapidement une petite région du génome homozygote et identique à tous les marqueurs qui contient la mutation recherchée. La mutation est ensuite identifiée par séquençage du génome de quelques cas, filtrage des variants observés sur la base d’une part, de leur présence chez d’autres animaux, et d’autre part, de leur annotation fonctionnelle. Une validation statistique est ensuite pratiquée par génotypage à grande échelle, pour vérifier l’association totale entre génotype et phénotype. Enfin, la causalité de la mutation est étudiée par analyse fonctionnelle, incluant l’analyse des ARN et des protéines, l’imagerie cellulaire, voire la création de modèles transgéniques.This article presents the methodology used to identify the mutation responsible for a genetic defect from the observation of cases. In the first step, a set of homogeneous cases are collected, from the same breed and with the same clinical signs. This collection is completed by a related but unaffected control population. A pedigree analysis is possible to point towards a common ancestor who may have transmitted the defect to all cases. A genotyping step using a SNP chip is used to display a small genomic region homozygous and identical at all markers and including the mutation. The mutation is then identified by genome sequencing of a few cases followed by the filtering of the variants against a large sequence database of unaffected animals. The best candidate variants are retained on the basis of their functional annotation. The mutation is then statistically confirmed on the basis of large scale genotyping, to verify the complete association between the mutation and the phenotype. Finally, the causality of the mutation is proven by functional analysis, including RNA and protein analysis, cellular imaging, and even through transgenic models carrying the mutation

Anticiper l'émergence d'anomalies génétiques grâce aux données génomiques

Avec le récent développement des approches reposant sur le génotypage et séquençage à haut débit, identifier la mutation responsable d’une anomalie à partir de quelques cas est beaucoup plus simple qu’auparavant. Toutefois, il n’est pas toujours possible d’observer des cas et de disposer du matériel biologique correspondant. Cet article présente deux approches reposant sur l’analyse de données à haut débit, permettant d’identifier des mutations récessives létales ou d’orienter plus efficacement leur recherche à partir des données de séquence du génome. La première approche utilise les données de génotypage à haut débit pour rechercher des régions du génome présentant un déficit en homozygotes. Cette méthode a déjà permis de caractériser plusieurs mutations dans chacune des races bovines analysées. Dans la seconde approche, on recherche dans les données de séquence disponibles des variants dont l’annotation suggère qu’ils ne sont pas tolérés à l’état homozygote. Le nombre de faux positifs est élevé, mais ces données permettent d’orienter la phase d’observation et de diagnostic plus efficacement et, dans les cas les plus favorables, d’anticiper l’émergence de l’anomalie. Des exemples sont fournis avec le gène RP1 responsable de dégénérescence rétinienne ou le gène EDAR responsable de l’absence de poils et de dents.With the recent development of approaches using high throughput genotyping and sequencing, identifying the causal mutation underlying a genetic defect from several cases has become much simpler. However, cases, or their corresponding biological material, are not always available. This article presents two approaches relying on high throughput data analysis to identify recessive lethal mutations or to efficiently orient their research from genome sequence. The first approach uses genotyping data to look for genomic régions presenting a deficit in homozygotes. This method has proven to be efficient with several mutations already characterized in each analyzed bovine breed. In the second approach, DNA variants are searched in the available whole genome sequences, with strong annotations suggesting that they are not tolerated in the homozygous state. The number of false positives is relatively high but these variants can orient the observation step toward mating at risk or homozygous animals and, in the most favorable cases, to anticipate the outbreak of the defect. Examples are provided with the RP1 gene responsible for retina degeneration or the EDAR gene responsible for the ectodermal anhidrotic syndrome

Prise en compte des anomalies génétiques en sélection : le cas des bovins

Pendant plusieurs dizaines d’années après la mise en place des programmes de sélection génétique, la découverte de nouvelles anomalies est restée sporadique. Cela a incité jusqu’à présent les gestionnaires de ces programmes à appliquer une politique d’éradication drastique des reproducteurs porteurs, combinée à la procréation de futurs reproducteurs non porteurs. Mais la situation est en train de changer avec l’avènement de la sélection génomique et des technologies associées, qui permettent de détecter les anomalies plus rapidement et donc en plus grand nombre. Il est donc indispensable de faire évoluer la façon de les prendre en compte dans les programmes de sélection. Un état de la situation dans la population doit d’abord être établi en estimant la fréquence allélique de l’anomalie et en caractérisant le statut des reproducteurs les plus importants avec les tests moléculaires disponibles, en particulier avec les puces à « Single Nucleotide Polymorphism » (SNP). Dans certains cas, une prédiction indirecte, à partir d’haplotypes ou d’imputation, permet de connaître le statut à la mutation des reproducteurs plus anciens avec une forte probabilité sans nécessité de ré-analyser leur ADN. Une fois ce bilan établi, les mesures à prendre dépendent du poids économique des anomalies qui est fonction de deux paramètres, le coût par individu atteint et la fréquence allélique dans la population. La méthode optimale permettant une éradication progressive des anomalies repose sur l’utilisation d’un objectif de sélection combinant les anomalies aux autres caractères. Une phase délicate à gérer, principalement au travers des accouplements, est celle de l’utilisation de reproducteurs porteurs durant la période de transition entre la découverte de l’anomalie et l’éradication complète. Enfin, il est rappelé qu’une mesure simple permettant de limiter l’émergence de nouvelles anomalies est d’utiliser un nombre élevé de reproducteurs tout en restreignant leur taille de descendance.For years, genetic defects were discovered sporadically and this led breeders to eradicate drastically all the carriers in combination with the procreation of non carrier future reproducing animals. However there is a new paradigm with the setting up of genomic selection since genetic defects are now detected much faster and, consequently, in larger numbers. Therefore it is necessary to adapt the way genetic defects are taken into account in selection. A good overview of the genetic situation must be obtained by estimating the allelic frequency in the population and by assessing the status of most major reproducing animals with the available diagnosis tests, now often included in SNP chips. Noteworthy, this status may also be assessed indirectly through haplotypic prediction for older animals and does not always require to genotype them again. Then the selection plan must be set up in the light of the economic weight of the defects, which depends on the cost of affected cases and allelic frequency. The optimal method to gradually eradicate genetic defects relies on the use of a breeding objective combining genetic defects with the other traits, with their economic weights. The transition phase between the discovery of a genetic defect and its complete eradication is always delicate and is usually coped by orienting the matings to avoid cases. Finally, it is recalled that using a large number of breeding animals while restricting their number of offspring is a simple measure that efficiently limits the outbreaks of new genetic defects

Causes de la mortalité embryonnaire ou fœtale de 2 mutants bovins

Crédits Incitatifs 2012Champ Thématique: AdaptationCauses de la mortalité embryonnaire ou fœtale de 2 mutants bovins. Journées d’Animation des Crédits Incitatifs du Département de Physiologie Animale et Systèmes d’Elevage (JACI Phase 2016