Etude des polymorphismes altérant la régulation de l'expression des gènes chez le bovin

An increasing number of genes and genomic loci have been associated with diseases or phenotypes of interest, by either linkage or association studies. Identifying causative genetic variants is crucial. The regulators with the strongest effect tend to be cis-acting regulatory polymorphisms, close to genes for which altered mRNA expression was detected. The overall objective of this PhD project is to develop a large-scale approach to identify regulatory polymorphisms that potentially alter the regulation of gene expression and impact phenotypes of interest, in cattle.We have developed an approach to ascertain causative SNPs (Single Nucleotide Polymorphisms) of gene expression regulation. To this end, we analysed genome and muscle transcriptome from 19 Limousine bull calves and genome and transcriptome of eight tissues (including ovary and uterus) transcriptome from 6 Holstein cows. For the Limousine breed, we identified 5,658 SNPs showing an allele-specific expression (ASE-SNPs) in 13% of genes with detectable expression in muscle; we linked some of them to SNPs in a regulatory region. Interestingly, we found genes involved in meat quality traits (AOX1, PALLD and CAST) with an allelic imbalance. For the Holstein breed, we identified 33, 527 ASE-SNPs across 8 tissues including 3,369 ASE-SNPs from muscle data, 5,771 from ovary data and 5,499 from uterus data. By analysing these two data records, we discovered genes impacted by ASE. This study is the first done for the Limousine breed and the second for thr Holstein breed.The results of these studies provide a best understanding of gene expression regulation in cattle, in particular by identifying candidate causal polymorphisms and by proposing new methods to detect them.Un nombre croissant de gènes et régions génomiques sont associés à des pathologies ou des phénotypes d’intérêt, soit par analyse de liaison ou analyse d’association. Il est crucial d’arriver à identifier les variants génétiques causaux. Les régulateurs ayant l’effet le plus important sont le plus souvent des polymorphismes régulateurs exerçant un effet en cis, près des gènes pour lesquels le niveau d’expression est altéré. L’objectif global de la thèse est d’identifier à grande échelle les polymorphismes chez la vache qui potentiellement altèrent la régulation de l’expression des gènes et affectent des phénotypes d’intérêt.Nous avons développé une approche pour déterminer les SNPs (Single Nucleotide Polymorphisms) causant ou étant impliqué dans une régulation de l’expression des gènes. Dans cet objectif, nous avons analysé chez 19 taurillons Limousin le génome et le transcriptome musculaire et chez 6 vaches Holstein le génome et le transcriptome de 8 tissues dont utérus et ovaire. Chez les mâles Limousin, nous avons identifié 5 658 SNPs montrant une expression allèle spécifique (ASE-SNPs) dans 13% des gènes exprimés dans le muscle et avons lié certains d’entre eux à des SNPs dans une région régulatrice. On a aussi identifié des gènes d’intérêt liés à la qualité de la viande (AOX1, PALLD et CAST) qui présente un déséquilibre allélique. Chez les femelles Holstein, nous avons identifié 33 527 ASE-SNPs dans les 8 tissus dont 3 369 ASE-SNPs pour les données de muscle, 5 771 pour les données d’ovaire et 5 499 pour les données d’utérus. L’analyse de ces deux jeux de données bovins a permis une nouvelle cartographie des gènes soumis à ASE. Il s’agit de la première analyse de cette ampleur pour la race Limousine.Les résultats de ces études permettent d’approfondir la compréhension de la régulation de l’expression des gènes chez le bovin, notamment en identifiant des polymorphismes causaux candidats et en apportant des nouvelles méthodes pour les détecter

Study of polymorphisms modifying gene expression regulation in cattle

Un nombre croissant de gènes et régions génomiques sont associés à des pathologies ou des phénotypes d’intérêt, soit par analyse de liaison ou analyse d’association. Il est crucial d’arriver à identifier les variants génétiques causaux. Les régulateurs ayant l’effet le plus important sont le plus souvent des polymorphismes régulateurs exerçant un effet en cis, près des gènes pour lesquels le niveau d’expression est altéré. L’objectif global de la thèse est d’identifier à grande échelle les polymorphismes chez la vache qui potentiellement altèrent la régulation de l’expression des gènes et affectent des phénotypes d’intérêt.Nous avons développé une approche pour déterminer les SNPs (Single Nucleotide Polymorphisms) causant ou étant impliqué dans une régulation de l’expression des gènes. Dans cet objectif, nous avons analysé chez 19 taurillons Limousin le génome et le transcriptome musculaire et chez 6 vaches Holstein le génome et le transcriptome de 8 tissues dont utérus et ovaire. Chez les mâles Limousin, nous avons identifié 5 658 SNPs montrant une expression allèle spécifique (ASE-SNPs) dans 13% des gènes exprimés dans le muscle et avons lié certains d’entre eux à des SNPs dans une région régulatrice. On a aussi identifié des gènes d’intérêt liés à la qualité de la viande (AOX1, PALLD et CAST) qui présente un déséquilibre allélique. Chez les femelles Holstein, nous avons identifié 33 527 ASE-SNPs dans les 8 tissus dont 3 369 ASE-SNPs pour les données de muscle, 5 771 pour les données d’ovaire et 5 499 pour les données d’utérus. L’analyse de ces deux jeux de données bovins a permis une nouvelle cartographie des gènes soumis à ASE. Il s’agit de la première analyse de cette ampleur pour la race Limousine.Les résultats de ces études permettent d’approfondir la compréhension de la régulation de l’expression des gènes chez le bovin, notamment en identifiant des polymorphismes causaux candidats et en apportant des nouvelles méthodes pour les détecter.An increasing number of genes and genomic loci have been associated with diseases or phenotypes of interest, by either linkage or association studies. Identifying causative genetic variants is crucial. The regulators with the strongest effect tend to be cis-acting regulatory polymorphisms, close to genes for which altered mRNA expression was detected. The overall objective of this PhD project is to develop a large-scale approach to identify regulatory polymorphisms that potentially alter the regulation of gene expression and impact phenotypes of interest, in cattle.We have developed an approach to ascertain causative SNPs (Single Nucleotide Polymorphisms) of gene expression regulation. To this end, we analysed genome and muscle transcriptome from 19 Limousine bull calves and genome and transcriptome of eight tissues (including ovary and uterus) transcriptome from 6 Holstein cows. For the Limousine breed, we identified 5,658 SNPs showing an allele-specific expression (ASE-SNPs) in 13% of genes with detectable expression in muscle; we linked some of them to SNPs in a regulatory region. Interestingly, we found genes involved in meat quality traits (AOX1, PALLD and CAST) with an allelic imbalance. For the Holstein breed, we identified 33, 527 ASE-SNPs across 8 tissues including 3,369 ASE-SNPs from muscle data, 5,771 from ovary data and 5,499 from uterus data. By analysing these two data records, we discovered genes impacted by ASE. This study is the first done for the Limousine breed and the second for thr Holstein breed.The results of these studies provide a best understanding of gene expression regulation in cattle, in particular by identifying candidate causal polymorphisms and by proposing new methods to detect them

Identification of polymorphisms modifying gene expression regulation in cattle

Identification of polymorphisms modifying gene expression regulation in cattle. 35. Conference of the International Society for Animal Genetics (ISAG

Genetic variability of the activity of bidirectional promoters : a pilot study in bovine muscle

Bidirectional promoters are regulatory regions co-regulating the expression of two neighbouring genes organized in a head-to-head orientation. In recent years, these regulatory regions have been studied in many organisms; however, no investigation to date has been done to analyse the genetic variation of the activity of this type of promoter regions. In our study, we conducted an investigation to first identify bidirectional promoters sharing genes expressed in bovine Longissimus thoracis and then to find genetic variants affecting the activity of some of these bidirectional promoters. Combining bovine gene information and expression data obtained using RNA-Seq, we identified 120 putative bidirectional promoters active in bovine muscle. We experimentally validated in vitro 16 of these bidirectional promoters. Finally, using gene expression and whole-genome genotyping data, we explored the variability of the activity in muscle of the identified bidirectional promoters and discovered genetic variants affecting their activity. We found that the expression level of 77 genes is correlated with the activity of 12 bidirectional promoters. We also identified 57 single nucleotide polymorphisms associated with the activity of 5 bidirectional promoters. To our knowledge, our study is the first analysis in any species of the genetic variability of the activity of bidirectional promoters

Survey of allele specific expression in bovine muscle

Abstract Allelic imbalance is a common phenomenon in mammals that plays an important role in gene regulation. An Allele Specific Expression (ASE) approach can be used to detect variants with a cis-regulatory effect on gene expression. In cattle, this type of study has only been done once in Holstein. In our study we performed a genome-wide analysis of ASE in 19 Limousine muscle samples. We identified 5,658 ASE SNPs (Single Nucleotide Polymorphisms showing allele specific expression) in 13% of genes with detectable expression in the Longissimus thoraci muscle. Interestingly we found allelic imbalance in AOX1, PALLD and CAST genes. We also found 2,107 ASE SNPs located within genomic regions associated with meat or carcass traits. In order to identify causative cis-regulatory variants explaining ASE we searched for SNPs altering binding sites of transcription factors or microRNAs. We identified one SNP in the 3’UTR region of PRNP that could be a causal regulatory variant modifying binding sites of several miRNAs. We showed that ASE is frequent within our muscle samples. Our data could be used to elucidate the molecular mechanisms underlying gene expression imbalance