Profils d'expression génique associés aux qualités sensorielles de la viande bovine
par Carine Bernard
Thèse de doctorat en Génomique fonctionnelle
Sous la direction de Jean-François Hocquette et de Isabelle Cassar-Malek.
Soutenue en 2007
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Résumé
Les qualités sensorielles de la viande bovine, en particulier la tendreté, la jutosité et la flaveur présentent une grande variabilité, qui semble s'expliquer par l'expression de nombreux gènes, partiellement identifiés. Afin de maîtriser ces qualités, il est nécessaire d'acquérir une meilleure compréhension de leur déterminisme, notamment en analysant dans le muscle les profils d'expression génique qui leur sont associés. Ceci représente l'un des enjeux du programme de recherche MUGENE, visant à identifier des marqueurs biologiques des qualités sensorielles au moyen de la génomique fonctionnelle, et dans lequel s'inscrit ce travail de thèse. Dans ce contexte, il s'agissait tout d'abord de poursuivre le développement au laboratoire de la technique d'analyse du transcriptome à l'aide de puces à ADN. Un 2ème objectif consistait à identifier des gènes musculaires associés aux qualités sensorielles de la viande bovine qui pourraient constituer des marqueurs biologiques des qualités. Ce travail s'est appuyé sur la cohorte de taurillons de 15-19 mois en race Charolaise du dispositif "Vachotron 2003" issus d'une sélection sur le potentiel de croissance musculaire considérée comme favorable à l'amélioration de la tendreté. La stratégie mise en oeuvre a consisté à analyser et à comparer les transcriptomes du muscle Longissimus thoracis de 25 taurillons sur la base des qualités sensorielles de leur viande d'une part, et de leur potentiel de croissance musculaire d'autre part. Les variations du transcriptome ont ensuite été mises en relation avec les données phénotypiques, grâce à des études de corrélations. La 1ère partie de la thèse a permis de réaliser des choix méthodologiques pour les études de génomique : utilisation des puces oligonucléotidiques Myochips de la plateforme de Nantes, et sélection des méthodes d'analyse d'images, de statistiques et de fouille des données les plus pertinentes. L'analyse des transcriptomes musculaires de tous les animaux et leur comparaison ont permis d'acquérir des résultats originaux. Tout d'abord, nous avons établi les profils d'expression génique associés, d'une part, aux viandes de tendreté, jutosité et flaveur les plus élevées, et d'autre part, à un fort potentiel de croissance musculaire. Le résultat majeur de la 1ère étude est la mise en évidence, pour la 1ère, d'une relation négative entre l'expression du gène DNAJA1 (HSP40), et la tendreté évaluée par un jury de dégustation. Le niveau d'expression de ce gène explique jusqu'à 63% de la variabilité de la tendreté. Si les mécanismes mis en jeu restent à élucider, l'expression de ce gène constitue donc un bon candidat pour être un marqueur négatif de tendreté. Ce résultat a donné lieu à un dépôt de brevet. La 2ème étude a permis la mise en évidence d'une régulation différentielle des gènes du métabolisme énergétique musculaire chez les taurillons à fort potentiel de croissance (sur-expression de 2/3 des gènes de la glycolyse, sous-expression de 50% des gènes du cycle de Krebs). De plus, le niveau d'expression de gènes (FGF6, PLD2) connus pour leur implication dans les phénomènes d'hypertrophie musculaire chez les rongeurs, a été corrélé à l'augmentation de la masse musculaire des taurillons indépendamment de leur masse grasse. Enfin, l'intégration des résultats des 2 études montre que les gènes dont l'expression est modifiée par la sélection génétique sont différents de ceux associés aux qualités sensorielles des viandes, suggérant que la sélection n'aurait pas de conséquence majeure sur les qualités de la viande issue des animaux étudiés.
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Résumé
The great variability in beef sensory qualities, especially tenderness, juiciness and flavor might be explained by the expression of many genes, still partly not characterized. In order to control meat sensory traits, it is necessary to identify new molecular markers of meat sensory quality. This is the main objective of the MUGENE program which takes advantage of the progress in genomics. In this context, my PhD thesis had two ultimate objectives. Firstly, it aims to develop transcriptomics using DNA microarray. Secondly, it aims to detect differentially expressed genes which could be putative biological markers of meet quality or of genetic muscle growth potential in cattle. This study was performed using the experimental design called "Vachotron" consisting of twenty-five 15- to 19-month-old Charolais young bulls, divergently selected on their muscle growth potential. The experimental strategy consisted in comparing the Longissimus thoracis muscle transcriptomes between high and low meat quality groups (meat quality study) or between animals selected for high or low muscle growth (growth potential study). New molecular markers were hypothesized thanks to the relationships wich could be highlighted between gene expression and the phenotypes of divergent animals. In a first part of the thesis, methodological choices were made in order to carry out transcriptomic analyses of muscle : use of high density heterologous oligonucleotide microarrays (Myochips, Nantes), and of relevant methods of image analysis, statistics and data-mining. Secondly, muscle expression profiling was performed in all the animals and compared according to the different criteria (tenderness, juiciness and flavour ; growth potential). A major result of the meat quality study is the original description of a negative relationship between DNAJA1 (HSP40) gene expression and tenderness evaluated by a sensory panel. This gene may explain up to 63% of the variability in tenderness. Although the molecular bases of DNAJA1 action remain to be elucidated, the expression level of this gene could be a relevant negative marker of tenderness. This result has been therefore patented. The growth potential study has revealed the differential regulation of genes involved in energy metabolism (up-regulation of 2/3 of genes involved in glycolysis and down-regulation of half of the genes involved in the citrate cycle) in the animals with a high growth potential, especially at 15 months of age. Moreover, differentially expressed genes (FGF6, PLD2) known for their implication in rodent muscular hypertrophy, were associated with the muscle mass of bull calves independently of their fat mass. Lastly, data integration of both studies showed that the genes involved in sensory qualities are different from those associated with the genetic selection suggesting that selection on muscle growth potential would not affect significantly beef quality traits.
