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Gène Booroola de prolificité chez les ovins

Du rève à la réalité : 20 ans !

Rédaction : Jacques Thimonier (Octobre 2006)

Les ovins de la race Mérinos ont une faible prolificité. Cependant dans la souche australienne Booroola, l'existence d'un gène à effet majeur sur la prolificité a été mise en évidence par 2 chercheurs australiens, Piper et Bindon, en 1980. Ce gène fut tout d'abord désigné par la lettre F puis ultérieurement par FecBB après la découverte d'autres gènes à effet majeur sur la prolificité dans d'autres races. L'allèle sauvage fut désigné par + puis par FecB+ . Les seules expressions connues du gène étaient alors la taille de la portée et le nombre d'ovulations . qui ne s'expriment que chez les femelles et le gène lui-même n'était pas identifié.

En 1981-82, le C.S.I.R.O. avec l'accord du gouvernement australien a fait don à l'INRA de 5 béliers dont les mères étaient porteuses du gène. Cependant, le génotype individuel des béliers (FecBB/FecBB ou FF, FecBB/FecB+ ou F+, FecB+/FecB+ ou ++) n'était pas connu. Ces béliers furent accueillis à la Station de Physiologie de la Reproduction.

Un programme pluridisciplinaire entre les Départements de Physiologie et de Génétique animales de l'INRA, le Laboratoire de Zootechnie de l'Ecole Nationale Agronomique de Montpellier et la contribution du Département INRA de Pathologie animale, fut alors mis en place avec comme objectifs à court et long termes, la détermination des génotypes des béliers Booroola par testage sur descendance, la fixation du gène en race Mérinos d'Arles et la constitution d'un réservoir d'animaux homozygotes porteurs du gène, la recherche de critères d'expression du gène chez les femelles (autres que le nombre d'ovulations ou la prolificité) et chez les mâles, la recherche de marqueurs génétiques du gène, du gène lui-même et de son action physiologique, . et éventuellement l'utilisation d'animaux porteurs du gène en élevage. Un programme de fixation du gène Booroola dans la race Romanov, une race prolifique chez laquelle la prolificité est d'origine polygénique, a été également mis en route.

Au début de ces programmes, aucune liaison entre le gène et l'un quelconque des marqueurs génétiques alors connus chez les ovins n'a pu être mise en évidence.

Dans un premier temps, après adaptation des béliers à leur nouvel environnement par des traitements photopériodiques appropriés, une banque de sperme a été constituée pour permettre des inséminations artificielles. Cette banque fut enrichie ultérieurement par l'importation de sperme congelé de béliers homozygotes porteurs du gène, en provenance de Nouvelle-Zélande et d'Angleterre et complétée au fur et à mesure que le nombre de béliers homozygotes, conçus dans le cadre du travail de recherche, augmentait.

L'introgression du gène en race Mérinos d'Arles (MA) a été faite par une suite de croisements en retour jusqu'à l'obtention de mâles et de femelles porteurs hétérozygotes du gène FecB (7/8 et 15/16 MA) qui furent alors accouplés pour obtenir des animaux homozygotes porteurs du gène. A chaque étape de ce programme, le génotype des mâles (FecBB/FecB+ ou FecB+/FecB+ ) a été déterminé par analyse des nombres d'ovulations de leurs filles au cours de 3 cycles successifs à l'âge de 1 an, en automne. Chaque bélier mis en testage était accouplé, au printemps, à 30 brebis Mérinos d'Arles pour obtenir environ 15 filles, nombre nécessaire pour déterminer avec "sécurité" son génotype. Chaque année entre 10 à 20 béliers seulement ont pu être testés sur descendance. Ce testage contribuait à la création de la génération suivante (Boomarov, 1991). Une méthode statistique applicable aux variables discrètes (maximum de vraisemblance) a été développée par les généticiens (Elsen et Le Roy, 1991) pour discriminer les mâles porteurs ou non du gène à partir des nombres d'ovulations de leurs filles.

Un troupeau réservoir d'animaux homozygotes a été ainsi constitué avec une conduite originale pour maintenir une variabilité génétique.

Dans le cadre du programme, la recherche de critères autres que le taux d'ovulation pour discriminer animaux mâles (par leur testage sur descendance) et/ou femelles porteurs ou non du gène de prolificité a été entreprise. Pour mettre à la disposition des chercheurs des animaux expérimentaux avec un génotype au locus Booroola donné, diverses techniques de reproduction ont été mises en ouvre (Inséminations artificielles cervicales et intra-utérines, production et transfert d'embryons, .).

Ainsi pendant la période post-natale (vers la 5ème semaine d'âge), agneaux mâles et femelles porteurs du gène ont des niveaux de FSH et LH plus élevés que les non porteurs, mais la variabilité forte ne permet pas un tri efficace des animaux. En fait, aucun des nombreux critères testés (niveaux hormonaux, réponses hormonales à des stimulations hormonales, ..) ne permet le tri individuel des animaux porteurs et non porteurs du gène aussi bien chez les femelles que chez les mâles. De même, la réponse ovulatoire des agnelles non pubères à une stimulation hormonale (hCG ou eCG) diffère selon leur génotype, plus élevée chez les femelles porteuses que chez les non porteuses, mais le tri reste imparfait et dans la pratique, ces tests n'ont pas été utilisés.

Les paramètres testiculaires, la production spermatique ne diffèrent pas entre porteurs ou non porteurs du gène. La seule différence mise en évidence concerne 2 protéines du fluide du rete testis mais leurs rôles et leur liaison avec le gène n'ont pas été étudiés (Seck et al., 1991).

Une différence importante a été observée chez les femelles pubères : la période de recrutement des follicules ovulatoires est plus longue, le taux de sélection (atrésie) de ces follicules est plus faible et leur aptitude à "attendre" l'ovulation est plus longue chez les porteuses du gène FecBB que chez les non porteuses FecB+/FecB+ . De plus la taille des follicules préovulatoires et le nombre de cellules de la granulosa sont plus faibles chez les porteuses du gène que chez les brebis non porteuses (Driancourt et al. 1985).

Pendant toute la durée du programme, les études physiologiques chez les animaux prolifiques, dont les Booroola Mérinos, et la recherche de marqueurs génétiques du gène Fec B et des autres gènes dans d'autres races a été poursuivie dans le cadre d'une collaboration dynamique entre Généticiens et Physiologistes qui a abouti en 2001 à l'identification du gène (Mulsant et al., 2001). Une mutation du récepteur "Bone Morphogenetic Protein Receptor-1B" est à l'origine de l'hyperprolificité des femelles porteuses du gène muté. Cette mutation aurait un effet sur la différenciation des cellules de la granulosa et la maturation précoce des follicules ovulatoires.

Applications

Après introgression du gène en race Mérinos d'Arles, l'aptitude des femelles hétérozygotes à produire des agneaux destinés à la boucherie a été testée aussi bien en station expérimentale qu'en élevage.

En station expérimentale, les études sur une durée de 3 ans ont porté sur la fertilité des brebis hétérozygotes lors d'une lutte au printemps avec des béliers de race Ile de France, la relation entre le taux d'ovulation observé par endoscopie et le nombre d'agneaux nés, l'aptitude des femelles à allaiter leurs jeunes, les qualités bouchères des agneaux, .. La production des femelles Mérinos d'Arles porteuses hétérozygotes est plus élevée que celle des femelles Mérinos d'Arles : + 1,2 ovulation par femelle ovulant, + 0,9 agneau né et + 0,6 agneau sevré. Les portées avec 3 agneaux ou plus (30 p 100) chez les femelles porteuses du gène obligent cependant à la mise en place de l'allaitement artificiel. Quant aux qualités bouchères des agneaux, elles sont identiques bien que la durée d'élevage des agneaux issus des femelles porteuses du gène soit plus longue (+ 11 jours).

Dans les élevages, les observations toujours en cours confirment une prolificité numérique plus élevée des femelles porteuses d'une copie du gène.

Ce programme est l'illustration d'une forte collaboration scientifique entre les départements de recherche de l'INRA qui a conduit à la réalisation complète du programme initial. Outre les travaux dans les différents laboratoires, ce programme a aussi mobilisé tous les personnels des installations expérimentales des partenaires. Environ 20 000 endoscopies ont été réalisées et les prélèvements sanguins ont été innombrables. Ce travail n'aurait pu être réalisé sans la forte contribution des uns et des autres.

La fixation du gène Booroola en race Romanov a été effectuée d'une façon fort différente car les critères pour différencier les femelles Romanov porteuses ou non du gène Booroola étaient inconnus. Cette introduction a été faite en "aveugle" en accouplant, à chaque génération, le plus grand nombre possible de mâles pouvant être porteurs du gène avec des femelles Romanov, chaque bélier devant donner au moins un fils afin d'avoir une très forte probabilité d'obtenir des mâles et des femelles 15/16 Romanov . Les génotypes Booroola (FecBB /FecB+ ou FecB+/FecB+ des béliers 15/16 Romanov ont été déterminés par un testage sur descendances en accouplant les candidats à des brebis Mérinos d'Arles. Un troupeau souche est maintenu en conservation sur le domaine de La Sapinière (Bourges) et devrait être transféré à Nouzilly en 2008-2009.

Bibliographie

Driancourt MA, Cahill LP, Bindon BM, 1985. Ovarian follicular populations and preovulatory enlargement in Booroola and control Merino ewes. Journal of Reproduction and.Fertility 73 , 93-107.

Seck M, Driancourt MA, Pisselet C, Perreau C, Hochereau-de Reviers MT, Boomarov, 1991. Proteins in rete testis fluid and in medium of cultured Sertoli cells from F+ and ++ Booroola crossbred rams. In: Major genes for reproduction in sheep. Elsen, J.M. (ed.), Bodin, L. (ed.), Thimonier, J. (ed.) (2nd. International Workshop, Toulouse (FRA), 1990/07/16-18) INRA Publ., Paris (FRA) N° 57 (Chap. 20) , p:237-246.

Boomarov O, 1991. The Booroola gene in France . In: Major genes for reproduction in sheep. Elsen, J.M. (ed.), Bodin, L. (ed.), Thimonier, J. (ed.) (2nd. International Workshop, Toulouse (FRA), 1990/07/16-18) INRA Publ., Paris (FRA) N° 57 , p: 47-51 .

Elsen JM, Le Roy P, 1991. Genotype determination at a major locus in a progeny test design. In: Major genes for reproduction in sheep. Elsen, J.M. (ed.), Bodin, L. (ed.), Thimonier, J. (ed.) (2nd. International Workshop, Toulouse (FRA), 1990/07/16-18) INRA Publ., Paris (FRA) N° 57, p: 441-445.

Mulsant P, Lecerf F, Fabre S, Schibler L, Monget P, Lanneluc I, Pisselet C, Riquet J, Monniaux D, Callebaut I. Cribiu E, Thimonier J. Teyssier J, Bodin L, Cognie Y, Chitour N, Elsen JM, 2001. Mutation in bone morphogenetic protein receptor-IB is associated with increased ovulation rate in Booroola Mérino ewes. Proceedings of the National Academy of Sciences 98 (9) , 5104-5109.

Voir aussi ...

Elsen JM, Ortavant R, 1984. Le gene Booroola - Mise en evidence, fonctionnement, perspectives d'utilisation. 9emes Journees de la Recherche Ovine et Caprine. INRA-ITOVIC Eds. Paris (FRA), 5-6 Decembre 1984, p:415-451 .

Fabre S, Pierre A, Pisselet C, Mulsant ., Lecerf F, Pohl J, Monget P, Monniaux D, 2003. The Booroola mutation in sheep is associated with an alteration of the bone morphogenetic protein receptor-IB functionality. Journal of Endocrinology 177 , 435-444.