Validation d'une puce à SNPs du caribou/renne (Rangifer tarandus) dans un contexte de conservation

La majorité des populations de Rangifer tarandus, soit le caribou en Amérique du Nord et le renne en Eurasie, est en déclin et plusieurs risquent l'extinction. Les causes potentielles de ces déclins sont multiples et incluent la perturbation des habitats, les changements climatiques et la compétition apparente entrainant une augmentation de la prédation. Bien que des stratégies de gestion et de protection soient en place, l'évaluation de la structure génétique et de la dynamique des populations de caribous sauvages demeure difficile. L'étude génomique offre un moyen de décrire comment la diversité génétique de ces populations varie lorsque soumises à un déclin rapide. Nous rapportons ici le développement d'une plateforme de génotypage basée sur les SNPs (Illumina iSelect caribou/renne 60K) afin de réaliser des analyses génomiques. L'hypothèse de travail est que la puce à SNPs de Rangifer tarandus offre une grande puissance pour déterminer l'origine d'un échantillon dans un contexte d'expertise bio-légale, mais également pour appuyer de manière rigoureuse la planification des travaux de gestion et de conservation de la faune. Les objectifs de ce projet de recherche sont dans un premier temps de valider et de tester cette plateforme pour sa sensibilité, sa répétabilité, sa robustesse, son habilité à distinguer des échantillons mélangés et sa spécificité. Dans un deuxième temps, nous souhaitons évaluer la capacité d'assignation d'un individu d'une provenance inconnue à un écotype. Un écotype est le regroupement de populations de caribous présentant des comportements et des préférences écologiques similaires. Les résultats de ce projet ont démontré que la puce à SNPs est robuste, très sensible, fiable et précise et ce en utilisant jusqu'à 10 fois moins d'ADN que recommandé. La qualité de l'ADN a eu peu d'impact sur le taux de réussite (call rate) et le type d'échantillons biologiques n'était pas problématique, même pour ce qui est des fèces. L'hybridation inter-espèces a démontré une importante baisse du taux de réussite (call rate) et de l'hétérozygotie. Les échantillons mélangés étaient détectables selon la proportion de chacun des individus dans le mélange. Ces étapes de validation étaient cruciales afin de tester la puissance et les limites de ce nouvel outil génomique.The vast majority of Rangifer tarandus populations, caribou in North America and reindeer in Eurasia, are declining and many herds are at risk. They are multiple causes for these declines including habitats pertubations, climate change and predation. Although management and protection strategies are in place, assessing the structure and dynamics of wild caribou populations remains difficult. Genomic surveying offers a mean to describe how populations are evolving when facing such rapid declines. We report here the development of a SNP-based genotyping platform to perform such analyses (Illumina iSelect caribou/reindeer 60K). Our hypothesis is that the Rangifer tarandus SNPs chip offers a great power to determine the origin of a sample in the context of bio-forensic expertise. Our objectives are initially to validate and test this platform for its sensitivity, repeatability, robustness, ability to distinguish mixed samples and its specificity. Secondly, we aim to assess the platform ability to assign an individual of unknown provenance to an ecotype. An ecotype is the grouping of caribou populations with similar behaviors and ecological preferences. Results showed that the SNP chip is robust, highly sensitive, reliable, and accurate at 10 times below recommended DNA input. DNA quality had little impact on call rates, and sample source was not an issue, even for fecal pellets. Interspecies hybridization showed an important drop in call rates and extent of heterozygosity. Mixed samples could be identified according to the proportion of each individual in the sample. These validation steps are crucial to test the power and limitations of this new genetic tool

Design and validation of a 63K genome-wide SNP-genotyping platform for caribou/reindeer (Rangifer tarandus)

Background Development of large single nucleotide polymorphism (SNP) arrays can make genomic data promptly available for conservation problematic. Medium and high-density panels can be designed with sufficient coverage to offer a genome-wide perspective and the generated genotypes can be used to assess different genetic metrics related to population structure, relatedness, or inbreeding. SNP genotyping could also permit sexing samples with unknown associated metadata as it is often the case when using non-invasive sampling methods favored for endangered species. Genome sequencing of wild species provides the necessary information to design such SNP arrays. We report here the development of a SNP-array for endangered Rangifer tarandus using a multi-platform sequencing approach from animals found in diverse populations representing the entire circumpolar distribution of the species. Results From a very large comprehensive catalog of SNPs detected over the entire sample set (N = 894), a total of 63,336 SNPs were selected. SNP selection accounted for SNPs evenly distributed across the entire genome (~ every 50Kb) with known minor alleles across populations world-wide. In addition, a subset of SNPs was selected to represent rare and local alleles found in Eastern Canada which could be used for ecotype and population assignments - information urgently needed for conservation planning. In addition, heterozygosity from SNPs located in the X-chromosome and genotyping call-rate of SNPs located into the SRY gene of the Y-chromosome yielded an accurate and robust sexing assessment. All SNPs were validated using a high-throughput SNP-genotyping chip. Conclusion This design is now integrated into the first genome-wide commercially available genotyping platform for Rangifer tarandus. This platform would pave the way to future genomic investigation of populations for this endangered species, including estimation of genetic diversity parameters, population assignments, as well as animal sexing from genetic SNP data for non-invasive samples