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Au cours de la sélection, les systèmes de reproduction vont agir sur la structure géno typique de la population Nous allons étudier l'impact des différents systèmes 

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LES MATHÉMATIQUES

EN GÉNÉTIQUE QUANTITATIVE

ILLUSTRATIONS AVEC LE CABRI CREOLE (version lycée) Jean-Luc GourdineIngénieur de Recherche, génétique Madly MoutoussamyIngénieur dEtudes, médiation scientifique

20/03/ 2015

Le centre INRA Antilles-Guyane

_01 .02

20/03/ 2015

Le Centre INRA Antilles-Guyane

63 ans pour la recherche et linnovation en zones tropicales

vSeul centre Inra en zone tropicale vDouble implantation : vGuadeloupe : sciences agricoles vGuyane : écologie forestière vEffectif : 196 permanents dont 52 chercheurs et ingénieurs (11 agents Guyane,1 en Martinique)

vLes recherches se font au travers de 5 Unités de Recherche ou Unités Mixtes de Recherche (UR ou UMR), 2

Unités Expérimentales et 1 Unité de services dappui

UR ASTRO

Agrosystèmes

Tropicaux

(Agroécologie des cultures) URZ

Recherches

Zootechniques

(Gestion intégrée de la production animale et des ressources)

UMR QUALITROP

Qualité et valorisation

des produits végétaux tropicaux (Qualité et transformation des produits)

UMR CMAEE

Contrôle des maladies

animales, exotiques et

émergentes

(Santé animale et maladies infectieuses)

UMR ECOFOG

Ecologie

fonctionnelle des forêts tropicales

Le parcours du conférencier,

Jean-Luc Gourdine

_02 .04

20/03/ 2015

.05 JEAN-LUC GOURDINE / LES MATHEMATIQUES EN GENETIQUE QUANTITATIVE

Parcours

Situation actuelle

Ingénieur de Recherche, INRA -Unité de Recherches Zootechniques Membre associé du UAG-CEREGMIA (Centre d'Etude et de Recherche en Economie, Gestion, Modélisation et Informatique Appliquée)

Formation initiale

Baccalauréat série C "Mathématiques et Sciences Physiques» (Lycée de Baimbridge)

Maîtrise en Mathématiques Appliquées

(Université de Montpellier II)

DEA de Biostatistiques

(Université de Montpellier II) Thèse de doctorat en Génétique animale et Adaptation (Institut National Agronomique Paris-Grignon -devenu depuis 2007, lInstitut

AgroParisTech)

20/03/ 2015

Comment lINRA utilise-t-il les

Mathématiques en génétique

quantitative? JEAN-LUC GOURDINE & MADLY MOUTOUSSAMY / LES MATHEMATIQUES EN GENETIQUE QUANTITATIVE _03 .06

20/03/ 2015

.07

Vous élevez des cabris Créole

"poids»aveclesensdulangageusuel. pèsentenviron28kgà11moisdâge. animaux?

28 femelles

2 mâles

30 reproducteurs qui

produisent 60 jeunes

50 jeunes engraissés

Colombo, ragoût, grillades

10 jeunes pour

renouveler les reproducteurs

Comment les choisir?

JEAN-LUC GOURDINE & MADLY MOUTOUSSAMY / LES MATHEMATIQUES EN GENETIQUE QUANTITATIVE 20/03/ 2015 .08

Liste des poids des 60 jeunes (en kg)

Comment choisir les 10 reproducteurs?

JEAN-LUC GOURDINE & MADLY MOUTOUSSAMY / LES MATHEMATIQUES EN GENETIQUE QUANTITATIVE

1boukèt2121dlokoko2241movétan20

2gravla2222kadrivé2042douslinn24

4douvanjou1324déwo1944tikonn23

5zouti1425andidan1645jafinn20

6masla2026akrobat2646sionfil18

7tibiten2627tichouval2547tayo19

8yan2728klakson2248dézodiè24

9zikak1729tibourik2849malmaké20

10woulo2030kolibwi2550zakatinn21

11gravlo2231mabouya1251toumblak16

12milan2432zotolan2352tigaz18

13tikaki2333gwankonn2353adoumanman19

14bogos1534gwogaz1754zétwal21

15timoun1735maronaj2255chanboulèz19

16konchyen1536niaj1856tikochon21

17gwofal2037mafé2157molokoy21

18tibèf1838agoulou1958krik19

19tilapen2039takté2559ziyanm16

20difé1640gwogrenn1860tikrab18

20/03/ 2015

.09 Poids (Kg)

1213141516171819202122232425262728TOTAL

Nombre

ou effectif

1112456786543321160,0

Les 10 cabris les plus gros sont ceux qui pèsent entre 24 et 28 kg

Choisir les 10 plus gros cabris semble logique.

Mais est ce la solution?

JEAN-LUC GOURDINE & MADLY MOUTOUSSAMY / LES MATHEMATIQUES EN GENETIQUE QUANTITATIVE

Lediagrammeenbâtonsillustrela

variationdupoidsdes60cabris.

Aumêmeâge,touslescabrisne

pèsentpaslemêmepoids.

20/03/ 2015

.010 est-ilhéritable? animaux?

A quoi sert la recherche?

JEAN-LUC GOURDINE & MADLY MOUTOUSSAMY / LES MATHEMATIQUES EN GENETIQUE QUANTITATIVE 20/03/ 2015 .011

1.Le critère de sélection (le poids) est-il

héritable? potentieldecroissanceàsadescendance?

En génétique quantitative, on quantifie lhérédité des caractères par le biais dune équation:

P = G + E + G x E

P : Phénotype (ce quon observe, ici le poids des animaux) G : Génotype (la somme des effets des nombreux gènes influençant la croissance) E : Environnement (la somme des effets de lenvironnement : les conditions délevage, dalimentation, le climat ). JEAN-LUC GOURDINE & MADLY MOUTOUSSAMY / LES MATHEMATIQUES EN GENETIQUE QUANTITATIVE

Interaction

20/03/ 2015

.012

1.Le critère de sélection (le poids) est-il

héritable? potentieldecroissanceàsadescendance?

En génétique quantitative, on quantifie lhérédité des caractères par le biais dune équation:

P = G + E + G x E

P : Phénotype (ce quon observe, ici le poids des animaux) G : Génotype (la somme des effets des nombreux gènes influençant la croissance) E : Environnement (la somme des effets de lenvironnement : les conditions délevage, dalimentation, le climat ). JEAN-LUC GOURDINE & MADLY MOUTOUSSAMY / LES MATHEMATIQUES EN GENETIQUE QUANTITATIVE

Par souci de clarté, nous

considérons que G x E = 0

20/03/ 2015

.013

1.Le critère de sélection (le poids) est-il

héritable?

P = G + E

G : Génotype (la somme des effets des nombreux gènes influençant la croissance)

POURQUOI????

JEAN-LUC GOURDINE & MADLY MOUTOUSSAMY / LES MATHEMATIQUES EN GENETIQUE QUANTITATIVE Prenons lexemple de la croissance des cabris ou du poids à un instant donné P: Le poids observé (ex. 15 kg) est lexpression globale de "macro-fonctions» tel que: -lappétit AVEZ-VOUS DAUTRES EXEMPLES DE "MACRO-FONCTIONS»?

20/03/ 2015

.014

1.Le critère de sélection (le poids) est-il

héritable?

P = G + E

G : Génotype (la somme des effets des nombreux gènes influençant la croissance)

POURQUOI????

JEAN-LUC GOURDINE & MADLY MOUTOUSSAMY / LES MATHEMATIQUES EN GENETIQUE QUANTITATIVE Prenons lexemple de la croissance des cabris ou du poids à un instant donné P: Le poids observé (ex. 15 kg) est lexpression globale de "macro-fonctions» tel que: -lappétit -la capacité dingestion -lefficacité des fonctions physiologiques impliquées dans la digestion, la résorption, les conversions métaboliques des nutriments -lefficacité du dépôts de muscles, de gras -la variation des besoins dentretien et de production

20/03/ 2015

.015

1.Le critère de sélection (le poids) est-il

héritable?

P = G + E

G : Génotype (la somme des effets des nombreux gènes influençant la croissance)

POURQUOI????

JEAN-LUC GOURDINE & MADLY MOUTOUSSAMY / LES MATHEMATIQUES EN GENETIQUE QUANTITATIVE Prenons lexemple de la croissance des cabris ou du poids à un instant donné P: Le poids observé (ex. 15 kg) est lexpression globale de "macro-fonctions».

NoyauARNProtéine

Chromosome

ADN Derrière chaque "macro-fonction», il y a des chaines de réactions biochimiques (enzymes, hormones, ) régulées par de nombreux gènes.

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.016

1.Le critère de sélection (le poids) est-il

héritable?

En génétique quantitative, on quantifie lhérédité des caractères par le biais dune équation:

P = G + E

Lhéritabilité est le rapport entre la variance génétique et la variance phénotypique JEAN-LUC GOURDINE & MADLY MOUTOUSSAMY / LES MATHEMATIQUES EN GENETIQUE QUANTITATIVE 2 2 P G h s s

Par définition:

h² est comprise entre 0 et 1. h² = 0 signifie que le caractère nest pas héritable h² = 1 signifie que le caractère est complètement déterminé par hérédité Lhéritabilité h² nest pas une constante biologique: h² est valide seulement pour une certaine population sous certaines conditions environnementales

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.017

1.Le critère de sélection (le poids) est-il

héritable?

En génétique quantitative, on quantifie lhérédité des caractères par le biais dune équation:

P = G + E

Lhéritabilité est le rapport entre la variance génétique et la variance phénotypique JEAN-LUC GOURDINE & MADLY MOUTOUSSAMY / LES MATHEMATIQUES EN GENETIQUE QUANTITATIVE 2 2 P G h s s

En règle générale, h² est plus élevée pour des caractères de production (poids, )

que pour des caractères de fertilité et de santé.

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.018

1.Le critère de sélection (le poids) est-il

héritable?

En génétique quantitative, on quantifie lhérédité des caractères par le biais dune équation:

P = G + E

Lhéritabilité est le rapport entre la variance génétique et la variance phénotypique JEAN-LUC GOURDINE & MADLY MOUTOUSSAMY / LES MATHEMATIQUES EN GENETIQUE QUANTITATIVE 2 2 P G h s s

EspèceCaractèresh²

BovineProduction de lait0.20-0.35

Résistance aux

mammites

0.02-0.10

OvineVitesse de

croissance

0.15-0.35

Taille de la portée0.05-0.25

VolaillePoids des ufs0.40-0.70

Taux de survie0.00-0.10

20/03/ 2015

.019 poidsest-ilhéritable? animaux?

A quoi sert la recherche?

JEAN-LUC GOURDINE & MADLY MOUTOUSSAMY / LES MATHEMATIQUES EN GENETIQUE QUANTITATIVE 20/03/ 2015 .020 défautscongénitaux.

13/06/ 2014JEAN-LUC GOURDINE & MADLY MOUTOUSSAMY / LES MATHEMATIQUES EN GENETIQUE QUANTITATIVE

2.Commentconcilierlechoixdesmeilleurs

animauxtoutenévitantlesproblèmesde consanguinité?

Arial ou Arial narrow

taille 18

A L I M E N T A T I O N

A G R I C U L T U R E

E N V I R O N N E M E N T

A L I M E N T A T I O N

A G R I C U L T U R E

E N V I R O N N E M E N T

MaladiesÉlevée(F = 3.6 %)Modérée (F = 1.3 %)Faible (F = 0.6 %)

Cancer4.54***3.44*1.93

Schizophrénie1.23***0.96*0.14

Asthme3.632.642.60

Diabètede type II6.027.356.77

Goutte9.25***7.19***3.96

Epilepsie1.47***0.780.31

Adaptéde Rudanet al. 2003

Tableau. Prévalence(%) de 6 maladies complexes dansdes groupesde villages avec différentsniveauxde consanguinités(Croatieet les îlesDalmatie) .022

2.Commentconcilierlechoixdesmeilleurs

animauxtoutenévitantlesproblèmesde consanguinité?Exemple de larbre généalogique de Tibourik

On observe une boucle (en orange)

F

Tibourik

= 12,5 %

13/06/ 2014

Kloch Bikèt

Sikdoj

Dskabri t

Granit

Tibourik

Onpeutquantifierle

degrédapparenté entrelesanimauxen calculantletauxde consanguinitéFdun individu.

Cetauxvariede0à

100:plusletauxest

élevé,pluslindividuest

apparentéauxautres animauxdelarbre généalogique JEAN-LUC GOURDINE & MADLY MOUTOUSSAMY / LES MATHEMATIQUES EN GENETIQUE QUANTITATIVE .023

Le taux de consanguinité F de Isikréest

F

Isikré

= 20,3 % Un autre exemple darbre généalogique plus complexe, celui de Isikré:

13/06/ 2014

On observe 3

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