Génétique animale et biologie intégrative

EUAqua.Org is aimed at boosting organic fish production in Europe by developing highly innovative solutions to fill key knowledge gaps and overcome the most relevant factors limiting the competitiveness for organic farming of Atlantic salmon, European sea bass, gilthead sea bream, and rainbow trout. Key technological advancements in phenotyping, genotyping, and genomic prediction methods will be developed by EUAqua.Org through the integration of different disciplines and approaches. This will provide essential tools for cost-effective, welfare- and environment-friendly organic aquaculture. The implementation of these tools at the industry level will be ensured by a comprehensive scientific, public, and industrial communication and dissemination programme, with exploitation of the project objectives and key results to create impact, including a multi-module open-access online training course that will be co-developed with key stakeholders (breeding companies, fish farmers, feed producers). In parallel, a tailored set of intervention strategies will be designed to promote awareness and acceptance of OA products in European consumers, through a behavioural economics approach. The project will build upon outputs of completed and ongoing national and EU projects, fully exploiting existing knowledge and leveraging the direct involvement of EUAqua.Org partners in multi-disciplinary research on advanced fish genomics, fish nutrition, fish health and welfare, consumer studies.

STEP UP will generate clear, unambiguous and quantitative information to support greater sustainability, viability and resilience of environmentally friendly European Livestock Production Systems (ELPS). Through state-of-the-art research methodologies and thorough and effective stakeholder engagement, STEP UP will deliver a platform of measures to support European policy makers with science-based evidence on the impacts and externalities of ELPS, as part of the food and wider ecosystem. Existing knowledge on the positive and negative impacts and externalities of ELPS will be collated following a comprehensive science-based analysis of published research and policy literature. Data gaps towards improving the sustainability of ELPS across diverse social and environmental contexts will be identified. In-depth case-study analysis to harmonise existing data, identify deficits in, and opportunities for, new data collection and systems development will be carried out. New indicators for assessing the externalities of sustainable ELPS, considering all relevant value-chain factors will be developed. The multi-actor approach (MAA) will be invoked to ensure “real-life” contextual reference points and testbeds for these new indicators including evaluation and impact, followed by a comprehensive impact assessment and cost-benefit quantification of current and innovative ELPS under various socio-ecological-economic contexts, using best quantitative data modelling methods. Transition pathways for more sustainable and diverse ELPS, forecast scenarios including monetizing impacts, will be identified. Evidence-based STEP UP knowledge of ELPS as part of the food system and wider ecosystem will be disseminated using MAA. Finally, STEP UP will provide a unique and warranted platform to support the development of informed and objective policy measures to optimise the central role of livestock in meeting the nutritional and societal needs of the European and global population.

Les changements globaux actuels nous obligent à repenser nos systèmes d’élevage pour réduire la pression sur les écosystèmes, augmenter la sécurité alimentaire et sanitaire et mieux prendre en considération le bien-être animal. Pour atteindre ces objectifs globaux, le phénotypage à haut-débit du fonctionnement intime des tissus animaux est une condition nécessaire. Son couplage à des systèmes cellulaires innovants est une voie prometteuse pour évaluer en haut-débit des phénotypes difficilement mesurables en élevage sur des animaux vivants, et remplacer à terme le recours à l’expérimentation animale. Pour cela, parmi les différentes stratégies qui peuvent être mises en œuvre, nous proposons d’utiliser les cellules souches embryonnaires pluripotentes (ESC) car ces cellules, obtenus à partir d’embryons au stade blastocyste, peuvent théoriquement se différencier in vitro et in vivo vers tous les lignages cellulaires. Leur génome pouvant être facilement manipulé ou édité, elles permettent donc, à partir d’une lignée, d’étudier de nombreux phénotypes intermédiaires pour différents tissus et lignages cellulaires et d’évaluer expérimentalement la contribution de gènes ou de variants génétiques à ces phénotypes. Dans le cadre de ce projet, nous démontrerons que les ESC porcines peuvent être utilisées en routine pour du phénotypage in vitro, en évaluant leur potentiel de différenciation vers les lignages intestinaux, musculaire et adipocytaire. Nous montrerons que des modifications génétiques produites dans les ESCs ont un effet a posteriori sur le phénotype des organoïdes intestinaux ou musculaires qui en sont issus. Enfin le projet visera à comprendre et à réduire l’hétérogénéité intra-lignée et inter- lignées d’ESC en agissant sur les modules de régulation génique et les communications cellule-cellule, cruciaux pour le développement du blastocyste porcin et pour la biologie des cellules pluripotentes.

This proposal describes concept development and conceptualisation of a EuroFAANG (European Functional Annotation of ANimal Genomes) infrastructure to realise the full potential of genotype to phenotype (G2P) research across species, breeds and populations of farmed animal species in Europe. To achieve accurate G2P predictions, it is necessary to be able to refine and characterise highly complex traits as sets of intermediate informative phenotypes along the entire cascade from genome to cell, organism, environment, population and across different environments. The goal of the EuroFAANG infrastructure is to streamline use of interdisciplinary capabilities for G2P research in terrestrial and aquatic farmed animals and provide transnational access to all of the relevant facilities, expertise and knowledge to European stakeholders. This will address the need to bring together national facilities at the pan-European level in the field of animal genetic resources, phenotyping and breeding, and animal health, which was identified as a gap in the infrastructure landscape by the 2021 ESFRI Roadmap. The proposal builds on the foundation provided by the five current H2020 EuroFAANG projects, AQUA-FAANG, BovReg, GENE-SWitCH, GEroIMO and RUMIGEN and connects with existing infrastructures for data management and animal agriculture in the European research infrastructure landscape. The institutions and organisations involved have world-leading expertise in fundamental and applied farmed animal science and consolidated established connections to European stakeholders in farmed animal science. The outcomes of this proposal will lead to better alignment of the development of the research infrastructures landscape for the advancement of excellent farmed animal science and frontier G2P research in Europe and globally.

Le projet PaterLeg s’interesse à la question émergente de l'héritage des petits ARN non codant sncRNAs du sperme et de leur potentiel à façonner le développement de l'embryon et à transmettre d’éventuels phénotypes acquis par le père. Le décryptage du "code de l'ARN du sperme" et de ses conséquences sur l'expression des gènes de la progéniture pourrait faire évoluer le domaine vers des applications dans les domaines de la médecine humaine de la reproduction et de l'élevage de précision. Nous souhaitons ici évaluer dans quelle mesure les sncRNAs du sperme peuvent influencer le développement précoce de l'embryon de mammifères. Nous utiliserons pour cela l'embryon bovin comme modèle d'embryon non rongeur. En effet la souris présente des caractéristiques particulières de régulation du développement précoce, qui n’en font pas toujours un modèle pertinent pour les autres mammifères. De plus, l'impact économique des biotechnologies du sperme et de l'embryon dans la sélection génétique est important pour la filière bovine. Nous évaluerons d'abord l’apport paternel en sncRNAs à l'embryon précoce, en le comparant au contenu de l'ovocyte et aux sncRNAs synthétisés par l'embryon lui-même. Nous explorerons ensuite le rôle des sncRNAs hérités du père par des expériences de surexpression ou d’inhibition artificielle dans l'embryon, de petits groupes de sncRNAs sélectionnés parmi les scnRNAs différentiellement présents dans les spermatozoides de taureaux fertiles versus subfertiles, et/ou acquis tardivement par le spermatozoide, au cours de son passage dans l’épididyme. Les embryons résultants seront phénotypés par une analyse morphocinétique de leur développement préimplantatoire, l’intégration des données RNAseq et sncRNAseq et par analyse de leur protéome. Grâce à des approches mathématiques originales, des réseaux de gènes seront déduits des ensembles de données temporelles et interventionnelles générées par PaterLeg afin de formuler et de valider de nouvelles hypothèses sur le rôle des sncRNA du sperme. PaterLeg améliorera donc nos connaissances des mécanismes moléculaires régissant le développement des mammifères. Il ouvrira également la possibilité d'améliorer le développement embryonnaire précoce par de nouvelles approches biotechnologiques et contribuera à la validation de sncRNAs candidats comme marqueurs de la fertilité des taureaux.

La prévalence mondiale du diabète gestationnel (DG) augmente régulièrement (10.8% des grossesses en France), principalement en raison de la proportion croissante de femmes pré-gravides en surpoids, la sédentarité et un âge avancé des grossesses, alimentant ainsi l’épidémie de diabète de type 2 (DT2). Le bénéfice de l’allaitement maternel des nourrissons DG dans la prévention du DT2 est un sujet d’actualité, largement débattu. Etalon-or pour la santé des nourrissons, il existe néanmoins peu de données décrivant la composition du lait DG en termes de composés bioactifs et leurs effets potentiels sur la régulation de l’homéostasie énergétique du petit soumis à une hyperglycémie in utero. Dans une étude pilote menée sur un échantillonnage de mères DG, des analyses métabolomiques/lipidomiques du lait maternel (LM) ont permis de mettre en évidence une signature spécifique du LM associée au DG. Le projet GDM-MILK prévoit de (i) poursuivre l’identification et la validation de composés bioactifs du LM associés à la glycémie maternelle sur des cohortes humaines existantes et intégrer ces données en regard des données cliniques ; (ii) valider les composés bioactifs du LM dans un modèle rongeur préclinique de DG et explorer les mécanismes adaptatifs d’organes clés maternels (pancréas-placenta-glande mammaire), ayant un effet sur la composition du lait DG et (iii) déterminer in vivo via des adoptions croisées, l’impact fonctionnel d’un cocktail de composés bioactifs préalablement sélectionnés in vitro, sur la sensibilité et la sécrétion à l’insuline chez la descendance mâle et femelle dans un modèle préclinique de DG. Le projet GDM-MILK fournira une avancée majeure dans la reconnaissance de la période de lactation comme une fenêtre d’intervention critique et durable qui pourrait contribuer à freiner la pandémie de DT2 et apportera les bases scientifiques pour des recommandations nutritionnelles pertinentes fournies aux mères DG et leurs enfants.

L'arrêt méiotique homogène est une pathologie rare qui empêche la formation des spermatozoïdes ou cause un arrêt ovarien prématuré, à l’origine d’une infertilité pour laquelle il n’existe aucun traitement aujourd’hui. Des résultats récents confirment une hétérogénéité génétique, mais il n’existe aujourd’hui aucune uniformisation de la description du phénotype testiculaire, ni de validation fonctionnelle des variants génétiques identifiés chez la femme et l’homme. L’objectif du projet MEIOBLOC, suite à l’établissement d’une filière nationale, est de permettre de mieux définir les arrêts de la spermatogenèse et de confirmer l’impact fonctionnel des variants identifiés par le développement de modèles murins et cellulaires. Enfin, plusieurs approches de thérapie génique visant à rétablir la spermatogenèse dans des modèles murins d’arrêt méiotique seront envisagées afin d’évaluer la faisabilité et la sécurité de cette approche en vue d’une éventuelle application clinique.

La sélection bovine a permis une amélioration considérable des performances des bovins laitiers en quelques décennies, alors qu’une grande part de la variance phénotypique reste inexpliquée. POLYPHEME explorera les interactions entre polymorphismes de séquence et méthylation de l'ADN chez le bovin, dans le but de proposer de nouvelles stratégies de sélection. Nous aborderons (i) le contrôle génétique de la méthylation de l’ADN, avec l’identification de « quantitative trait loci » de méthylation (meQTL), (ii) la corrélation de la méthylation de l’ADN, sous contrôle génétique ou non, avec les performances propres ainsi que celles de la descendance, (iii) le rôle de la méthylation de l’ADN dans la dynamique et la stabilité du génome bovin, à travers l’identification de néo-mutations et de sites de recombinaison dépendants de la méthylation. POLYPHEME rassemble 3 partenaires complémentaires en termes d’expertise et d’accès aux ressources biologiques et aux plateformes : INRAE BREED (méthylation de l’ADN), INRAE GABI (génomique/génétique quantitative), ALLICE (prédiction de la fertilité, accès aux taureaux commercialisés). POLYPHEME aura pour objet d'étude la semence bovine, car le méthylome spermatique est crucial pour la fertilité mâle et pourrait également avoir un impact sur le développement embryonnaire ainsi que sur le phénotype de la descendance. De plus, la méthylation de l’ADN est relativement stable dans la lignée germinale mâle, suggérant que le méthylome spermatique pourrait refléter la méthylation de l’ADN au moment où la recombinaison homologue prend place et où les mutations transmises à la génération suivante apparaissent. Pour (i), les méthylomes spermatiques de 500 taureaux seront analysés par « reduced representation bisulfite sequencing » et des études d’association au niveau de la séquence complète seront menées pour identifier les meQTL. La concordance des meQTLs et des performances mesurées sur les taureaux (fertilité) ainsi que sur leurs filles sera examinée. Pour (ii), les effets épigénétiques multi-générationnels seront distingués de la méthylation sous contrôle génétique, donc héritable, par le biais de variations intra-individuelles du méthylome spermatique corrélées aux performances de la descendance. Un modèle de génétique quantitative étendu à l’épigénétique sera ensuite appliqué pour explorer l’impact de la méthylation spermatique sur les phénotypes. Pour (iii), les mutations récentes et les évènements de recombinaison homologue seront identifiés chez 40 vaches soigneusement sélectionnées dérivant à 95% de 40 ancêtres dont elles sont séparées par 4-6 générations. Nous déterminerons ensuite si le taux de mutation des CpG et la fréquence de recombinaison homologue dépend du statut de méthylation dans la lignée germinale des ancêtres. Les retombées de ce projet seront avant tout fondamentales, mais il utilisera des ressources générées par la sélection bovine et les résultats en découlant faciliteront l’interprétation biologique de la masse de QTL identifiés jusqu’à présent. De plus, la connaissance des mécanismes génétiques pilotant les variations héritables du méthylome pourrait permettre de sélectionner une population bovine présentant une plasticité génomique accrue, ce qui pourrait constituer un avantage dans le contexte actuel de changement climatique et d’instabilité environnementale. Enfin, quel que soit le volume de données traité, les études d’associations ne permettent d’expliquer qu’une partie des caractères physiologiques complexes et des maladies. Les mécanismes moléculaires sous-tendant cette « héritabilité manquante » ne sont pas connus, mais l’intervention de processus épigénétiques dans ce phénomène est une hypothèse plausible. L’intégration de ces processus épigénétiques transmissibles aux méthodes d’évaluation génomiques pourrait constituer une innovation de rupture qui révolutionnerait le monde de l’élevage.

FishNess étudiera la robustesse individuelle des poissons en tant que déterminant de la vulnérabilité des populations et de la durabilité de l’aquaculture face aux facteurs de stress majeurs du changement global que sont le réchauffement et l’hypoxie. La robustesse est une propriété essentielle à la durabilité agricole face au changement global. Elle est mesurée comme la capacité à allouer de l’énergie à la croissance et à la reproduction dans les conditions environnementales actuelles, ainsi que la capacité à résister à des événements climatiques extrêmes, la résilience. Il est important de caractériser précisément la robustesse chez les poissons en raison des implications importantes qu'elle a pour les populations sauvages et d’élevage. FishNess combine biologie expérimentale, génomique et modélisation, dans une étude de cas sur une espèce importante pour la pêche et l’aquaculture, le bar européen. L’espèce compte trois populations génétiquement distinctes, dans l’Atlantique, la Méditerranée occidentale et la Méditerranée orientale. Ces trois populations seront produites grâce à des géniteurs disponibles au laboratoire. Elles seront élevées pendant deux ans, sous trois régimes thermiques saisonniers qui reflètent l’aire de répartition de chaque population en utilisant un plan factoriel complet. La variabilité individuelle et populationnelle de la robustesse sera analysée au travers de l’allocation de l’énergie à la croissance et à la reproduction et des performances physiologiques en fonction de la température; et de leur résilience face aux vagues de chaleur estivales et aux événements hypoxiques. La composante héritable de la variation des traits de robustesse sera évaluée afin d’étudier les interactions génotype-environnement dans chaque population et de révéler l’existence d’adaptations locales. L’intégration de l’information phénotypique dans le cadre de la modélisation du budget énergétique dynamique (DEB) sera utilisée pour intégrer les résultats individuels pour les traits d’histoire de vie tels que la croissance, la maturation et la reproduction, tout en tenant compte des coûts liés à la gestion des événements climatiques extrêmes. Les sorties des différents modèles DEB et les estimations de leur héritabilité génomique seront utilisés dans des modèles évolutifs pour prédire la robustesse des populations sauvages et domestiquées, sur plusieurs générations, en réponse à différents scénarios de changement global. Les résultats aideront à préserver les stocks de poissons en révélant la capacité d’adaptation à court terme des populations et leurs adaptabilités à long terme, ainsi que les conséquences sur la productivité future des stocks. Ils favoriseront l’aquaculture durable en identifiant des populations robustes, en commençant la sélection génomique sur la robustesse et en projetant la productivité dans les scénarios climatiques futurs.

Premier prébiotique disponible pour le nouveau-né, les oligosaccharides du lait régulent la composition du microbiote intestinal et modulent la réponse immunitaire de l'hôte, jouant un rôle crucial dans l'assemblage de l’holobionte. HoloOLIGO utilisera 2 modèles d’animaux d'élevage (le porc et le lapin) de maturité différente à la naissance, pour élucider les liens de causalité entre les structures des oligosaccharides du lait, le microbiote et le système immunitaire des jeunes, combinant des approches in vitro (sur bactéries commensales et cellules intestinales immunitaires) et in vivo. Nous produirons les premières données sur les oligosaccharides du lait chez le lapin, étendrons celles disponibles chez le porc et une base de données sera produite par data mining afin de disposer d’un outil de visualisation et d’analyse de la diversité des structures des oligosaccharides du lait couvrant l’ensemble des mammifères. Enfin, nous évaluerons, in silico (porc) et in vivo (lapin), la variabilité et le déterminisme génétique de la composition des oligosaccharides du lait .

La contamination par des nanoparticules métalliques (NPs) des écosystèmes est en constante augmentation. Fabriquées pour leurs propriétés industrielles d’agents anti-UVs, antibactériens, dépolluants, colorants, engrais ou pesticides, les NPs sont relarguées en masse dans l’air, les eaux et les sols. Avec les NPs d'oxyde de fer (Fe2O3), les NPs de dioxyde de titane (TiO2) sont parmi les plus fabriquées. Une littérature très émergente suggère l’existence d’une contamination chez l'homme par les NPs de TiO2 dans les tissus placentaires, les selles des nouveaux-nés, le sang et des tissus de tumeurs du côlon. Concernant les animaux, l’existence d’une contamination réelle n’est pas connue mais de rares études sur des rongeurs en lactation exposés à certaines NPs ont suggéré le passage de NPs dans le lait et chez les petits dont le développement et la survie ont été affectés. Dans ce contexte, NANOMILK propose d'évaluer l'existence d'une contamination réelle par les NPs dans le lait animal en utilisant une combinaison d'approches biophysiques de pointe (WP1). Le contenu en NPs de laits collectés dans des fermes urbaines dont une pollution par des métaux lourds dans les sols et les légumes est connue sera comparé à celui de laits issus de fermes arctiques non polluées en Norvège. Afin de décrypter les mécanismes permettant le passage de NPs dans le lait (WP2), nous étudierons la sécrétion de NPs à partir de lignées de cellules mammaires et en particulier le rôle des vésicules extracellulaires (VEs). Les VEs sont des structures impliquées dans la communication intercellulaire et dans des processus physio-pathologiques tels que la réponse immunitaire ou le cancer. En 2007, des VEs ont été détectées dans le lait. Sécrétés par les cellules mammaires, elles transporteraient des informations à la descendance et influenceraient son immunité et son développement. Les partenaires de ce projet ont démontré précédemment que des NPs de Fe2O3 et de TiO2 étaient transférées entre des cellules non-mammaires via un processus impliquant des VEs. Afin d’évaluer le rôle des VEs mammaires dans le transport de NPs, nous étudierons le contenu en métaux des VEs provenant de cellules mammaires exposées aux NPs. Nous réaliserons des tests de transfert, indirects ou directs en co-culture, couplés à de l’invalidation de gènes impliqués dans la communication intercellulaire. Par ailleurs, l'impact des NPs transférées aux cellules réceptrices sera évalué sur leurs profils d'expression du génome entier par puces à ADN. Enfin, nous étudierons in vivo le transport des NPs dans l'ensemble du continuum mère-petit (WP3). Après une étude d'escalade de dose, nous analyserons le comportement de NPs administrées par l'eau potable chez des lapines en lactation. La biodistribution des NPs sera analysée dans les tissus de la mère et de la progéniture, ainsi que dans les échantillons de lait collectés à différents moments de la lactation. En plus d'apprécier l'effet des NPs sur la croissance et la survie de la progéniture, nous analyserons également leur effet sur le protéome des VEs afin d'évaluer un effet potentiel sur la biogenèse, l'origine et l'abondance des VEs. Du terrain, à l'in vitro et à l'in vivo, NANOMILK évaluera et caractérisera la propagation des NPs de la mère aux petits. Une contamination dans des échantillons de lait provenant de fermes urbaines, influencerait la tendance à produire localement lorsque le lieu est pollué. Les résultats de NANOMILK apporteront des connaissances majeures sur la communication mère-petit par le lait, sur les VEs du lait, et sur la façon dont elles peuvent être utilisées par des polluants. NANOMILK pourrait ainsi fournir de nouvelles bases pour l'utilisation des nanoparticules, pour l'industrie laitière, pour la nanoagriculture mais également pour l'allaitement dans les zones polluées.

Il s’agit de démontrer l’activité anti-virale d’oligonucléotides antisens (ASO) dirigés contre la réplication du virus SARS-Cov-2 sur un modèle in vitro d’infection de cellules Vero E6 en culture, puis de tester le meilleur traitement sur un modèle animal validé pour démontrer l’efficacité in vivo des meilleurs ASO candidats afin de réaliser un essai préclinique.