Potential of genomic and intestinal microbiota information for the selection of feed efficiency in pigs
Potentiel des informations de la génomique et du microbiote intestinal pour la sélection de l'efficacité alimentaire en porc
Résumé
The main objective of the thesis was to investigate how genomic tools applied to the animal and its microbiota can contribute to improving selection for feed efficiency in pigs. The thesis relied on data from two pig lines from 10 generations of divergent selection for feed efficiency. Together with phenotypic records for about 200 pigs per line in all generations, 588 feces samples from generations 9 and 10 were collected. In addition, SNP genotyping data for about 1000 animals per line were available. Five traits were investigated: residual feed intake, feed conversion ratio, daily feed intake, average daily gain and backfat thickness. Throughout the thesis, we showed that molecular information acquired on the pigs or their microbiota could improve selection for feed efficiency. This trait is costly to record, whereas molecular information could be easier to obtain on a large number of pigs. In this project, the potential of genomic tools applied to pigs was examined in the second chapter, and it was explored in the two subsequent ones for the gut microbiota. We then first showed that when data availability is limited, genomic prediction using a training set combining animals from genetically related lines can be as accurate as genomic prediction using a training set from the target population only. Based on numerous scenario comparisons, our results provided insights into the design of reference populations to initiate genomic selection in livestock lines with small population size, do not have a large number of historical samples or data, and are developed simultaneously, as can be encountered in poultry and pig breeding, as well as in other crossbreeding schemes. Further studies would be needed to assess the economic potential of this approach and clarify the optimum balance between genotyping and phenotyping efforts. In the following chapters, we showed that the gut microbiota variability, captured via partial 16S rRNA gene sequencing, contributes to the variability of production traits, in particular feed efficiency traits. First, we identified microbiota components (genera, OTU, α-diversity indexes) with significant heritability (48 genera out of the 75 analysed, plus two α-diversity indexes). Twenty-one of these genera, belonging to the Lachnospiraceae, Ruminococcaceae, Prevotellaceae, Lactobacillaceae, Streptococcaceae, Rikenellaceae and Desulfovibrionaceae families, and the two α- diversity indexes were genetically correlated with some of the traits. Second, the study of the microbiability showed a substantial contribution of the microbial effects on the variability of feed efficiency traits (> 10%) and negligible contribution for other traits (<5%). In addition, this study revealed that host genetics had a higher contribution than the microbial community to the variance of the studied traits (higher heritability than microbiability values). This last study also showed significant associations of some microbial taxa with feed efficiency and performance traits. These results pointed out the possibility of using some microbial traits as markers for the selection of feed efficiency in pigs. Further studies will be needed to evaluate how genomic information of the host and the microbiota can finally be combined in prediction models to either better predict the breeding values themselves, or even obtain joint predictions of breeding and microbiota values, that would lead to the selection of the hologenome for improved production efficiency.
L'objectif principal de la thèse était d'étudier comment les informations génomiques de l'animal et de son microbiote peuvent contribuer à améliorer la sélection pour l'efficacité alimentaire chez le porc. La thèse s'est appuyée sur les données de deux lignées de porcs issues de 10 générations de sélection divergente pour l'efficacité alimentaire. En plus de phénotypes enregistrés pour environ 200 porcs par lignée et par génération, 588 échantillons de fèces ont été collectés en générations 9 et 10. De plus, des génotypes pour environ 1000 animaux par lignée étaient disponibles. Cinq caractères ont été étudiés
: la consommation moyenne journalière résiduelle, l’indice de consommation, la consommation moyenne journalière, le gain moyen quotidien et l'épaisseur de lard dorsal. Dans cette thèse, nous avons montré que les informations moléculaires sur les porcs ou leur microbiote peuvent améliorer la sélection pour l'efficacité alimentaire. Ce caractère est coûteux à enregistrer, alors que les informations moléculaires pourraient être plus faciles à obtenir sur un grand nombre de porcs. Dans ce projet, le potentiel du génotypage des animaux a été examiné dans le premier chapitre, et celui du microbiote intestinal a été exploré dans les deux suivants. Nous avons d'abord montré que lorsque la disponibilité des données est limitée, la prédiction génomique avec une population de référence combinant des animaux de lignées génétiquement liées peut être aussi précise qu’une prédiction génomique utilisant une population de référence de la lignée cible uniquement. Comparant de nombreux scénarios, nos résultats ont fourni des repères pour la construction de populations de référence pour initier la sélection génomique dans des lignées petites, qui ne disposent pas d'un grand nombre d'échantillons ou de données historiques et sont développées simultanément. Cette situation peut être rencontrée en volaille et en porc ainsi que dans d'autres populations en croisement. Des études complémentaires seront nécessaires pour quantifier le potentiel économique de cette approche et clarifier l'équilibre optimal entre génotypage et de phénotypage. Dans les chapitres suivants, nous avons montré que la variabilité du microbiote intestinal, captée par séquençage partiel du gène de l'ARNr 16S, contribue à la variabilité des caractères de production, en particulier de l'efficacité alimentaire. Dans un premier temps, nous avons identifié des composantes du microbiote (genres, OTU, indices de -diversité) héritables (48 genres sur les 75 analysés, plus deux indices de -diversité). Vingt et un
de ces genres, appartenant aux familles Lachnospiraceae, Ruminococcaceae, Prevotellaceae, Lactobacillaceae, Streptococcaceae, Rikenellaceae et Desulfovibrionaceae, et les deux indices de -diversité étaient génétiquement corrélés à certains caractères. Deuxièmement, l'étude de la microbiabilité a montré une contribution substantielle des effets microbiote à la variabilité de l'efficacité alimentaire (> 10%) et une contribution négligeable pour les autres caractères (< 5%). De plus, cette étude a révélé que la génétique de l'hôte avait une contribution plus élevée que le microbiote à la variance des caractères étudiés (héritabilité plus élevée que les valeurs de microbiabilité). Cette dernière étude a également montré des associations significatives de certains taxons microbiens avec les performances. Ces résultats ont souligné la possibilité d'utiliser certains caractères microbiens comme marqueurs pour la sélection de l'efficacité alimentaire chez les porcs. Des études complémentaires seront nécessaires pour évaluer comment les informations génomiques de l'hôte et du microbiote peuvent être combinées dans des modèles de prédiction pour soit mieux prédire les valeurs génétiques elles- mêmes, soit même obtenir des prédictions conjointes des valeurs génétiques et microbiote, qui conduiraient à la sélection de l'hologénome pour une efficacité de production améliorée.
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