MISE EN ÉVIDENCE DE DEUX VARIANTS
SUPPLÉMENTAIRES DES PROTÉINES
DU LAIT DE VACHE : α S1 -Cn D ET Lg D
F. GROSCLAUDE Jeanne
PUJOLLE,
J. GARNIERB. RIBADEAU-DUMAS
R. JEUNET, Mireille FAUGERAS Monique VEAUX
Station certtrale de
Génétique
animaleet Station celltrale de Recherches laitières et de
Technologie
des Produits animaux,Cenlre rzational de Reclzerches
sootechnigues,
78 -Jauy-en-Josas
SOMMAIRE
Un type de caséine xsl et un type de
(3-lactoglobuline
non décritsjusqu’ici
ont été observés paranalyse électrophorétique
en série de laits de vache, de race Flamande pour lepremier,
Montbéliarde pour le second. L’étudegénétique
de ces deux types,appelés
caséine xsi D etp-lactoglobuline
D,montre
qu’ils
sont déterminésrespectivement
par unquatrième
allèle du locus xm-Cn (allèle exsl-CnD)et par un
quatrième
allèle du locusLg (allèle
LgD), dont on donne lafréquence
dans lespopulations
considérées.
- ..-
INTRODUCTION
La
!-lactoglobuline
est lapremière protéine
du lait de vache dont on ait observé- - par
électrophorèse
surpapier
àpH 8,6
- des variations individuelles(AscHnrx!rr-
suxG et
D R E WRY , 1955 ).
Ces auteurs ont montré que les variationsqu’ils
obser-vaient étaient déterminées d’une manière
simple
par unlocus, appelé Lg,
etpouvant
êtreoccupé
par les allèlesLg A
etLg B (Ascxn!!!rrBUxG
etD R E WRY ,
1957 u). Ils’agit
d’un locus de structureautosomal, responsable
de lasynthèse
des deuxtypes
ou « variants o de la
protéine, qui
sont co-dominants.( 1
) Starion expérimentale laitière, 39 - l’oligny.
BE
LL
( 19 6 2 ),
utilisantl’électrophorèse
engel
d’amidon àpH 8,6,
a décrit une troisième forme de!-lactoglobuline appelée
C(non
distincte de B enélectrophorèse
sur
papier
àpH 8,6),
etsynthétisée
par un troisièmegène
allèle des deuxprécédents (allèle Lgc ) .
De la même
façon, l’électrophorèse
- surpapier,
engel d’acrylamide
ou engel
d’amidon - a révélé l’existence de variations héréditaires des caséinesrX81, ! et
x du lait de vache.L’analyse génétique
de ces variations apermis
de mettre en évi-dence les trois loci de structure autosomaux
oe si -Cii, p-Cn
et x-Cnqui
contrôlent lasynthèse
de ces troisespèces
de caséines : le locus(3-C! peut
êtreoccupé
par lesgènes
allèlesj3-C M- B (3-Cn B , !-Cnc, responsables
de lasynthèse
des variants de ca-séine p A,
B et C(A SCHAFFENBURG , 19 6 1 , 19 6 3 ) ;
le locusa!i-Cn peut
êtreoccupé
par les allèles
«a l -Cn°,
rX81-CnB et «m-Cn°synthétisant
les variants de caséine rX81A,
B et C
(T HOMPSON
etal., 19 6 2 ;
KIDDY etal., 19 6 4 ) ;
enfin le locus x-Cnpeut
êtreoccupé
par les allèles x-CnA etx-Cn D , synthétisant
les variants de caséine x A et B(SC
HMID
T, zg64 ; N>;>~!,m, rg64 ; W OYCHIK , 19 65).
Ces trois loci de structure sont par ailleurs étroitement liés(G RO S CLAUD E
etal., 19 64, rg65 ;
KiNG etal., 1965).
Les variants des caséines et de la
!-lactoglobuline
décrits àl’étranger
ont ététrouvés dans
plusieurs
racesfrançaises
àl’exception
dutype
A de caséine rxs, et dutype
C dep-lactoglobuline ;
par contre, nous avons observé deuxtypes supplé-
mentaires : un
type
de caséine oesi,appelé
D et untype
de!-lactoglobuline également appelé
D. Nous allonsprésenter
successivement ces deux « nouveaux n variants.RÉSULTATS
i. Le
ty!e
D de caséine «sia) Technique et
observations initiales.Dans le cadre d’études systématiques sur les variations héréditaires des
protéines
du lait devache, entreprises dans les races
françaises,
nous avonsanalysé,
parélectrophorèse
engel
depoly- acrylamide,
selon latechnique
d’AscaaFrENIiuxe(’ 10 6 3 ),
le lait de 380 vaches de race Flamande.Ces
analyses,
effectuées en novembre et décembre z96q, ont révélé l’existence, dans la zone descaséines abi, d’une bande
protéique
inconnuejusqu’ici.
Cette bande, s’observant entre les bandes A et B et sensiblement à égale distance de celles-ci, a été rencontrée chez 29 individus différents,issus de 21 des 56 élevages visités. Dans z5 cas elle était associée à la bande B, dans deux cas à la bande C, et dans deux cas on l’observait seule, avec une intensité
plus
forte que dans les caspré-
cédents
(fig.
i). Ces résultatssuggéraient
l’existence, au locus ()(sl-Cn, d’unquatrième
allèle i,i-Cn D. Quelques moisplus
tard, de nouveaux échantillons de 24 de ces laits ont étéanalysés
par élec-trophorèse
en gel depolyacrylamide
selon une autretechnique
(PETERSON, 106!). Les résultats ont étéidentiques.
Pourcertains
individus, les deuxanalyses
successives intervenaient à des stades différents d’une même lactation ; pour les autres, elles seplaçaient respectivement
à la fin et audébut de deux lactations consécutives. Nos observations étaient donc
reproductibles.
b)
Déterminismegénétique.
Pour vérifier que le
type
D est leproduit
d’un allèle du locusoc!i-Cn,
nous avons recherché des famillespermettant
d’effectuer un test d’allélisme.Rappelons
que, de manièregénérale,
effectuer un testd’allélisme,
c’est vérifierqu’un
individupossé-
dant deux
gènes présumés
allèles transmettoujours
l’un de ces deuxgènes
à sesdescendants,
maisjamais
les deux à la fois. Parailleurs,
s’il existe un allèlefXsi-CM&dquo;,
on doit trouver - d’autant
plus
souvent que safréquence
estplus
élevée - des individushomozygotes, qui
neproduisent
que letype
D.Notre
hypothèse
nous semble confirmée par les observations suivantes :- le fait que, dans deux cas, la bande D ait été rencontrée seule et
plus intense, suggère,
paranalogie
avec cequi
a été observéjusqu’ici
pour les caséines oc!iet !
bo-vines,
que les deux individusporteurs
sonthomozygotes
pour la bande D, donc de formulegénotypique B/.. sl -C l 1 ,D(-B/.. sl Cn H .
Malheureusement aucune de ces deux vaches n’a de fille enlactation ;
- une des vaches
présumées homozygotes
était fille d’un taureau, Brillant del’Yser,
dont une autre fille étaitcx. s1 -CnB(B/..sl-Cn B .
Ce taureau était donchétérozygote,
de formule
génotypique rJ.sI-CnB/rJ.81-CnD.
I,e lait de trois autres de sesfilles,
ainsique celui de leurs mères a pu être
analysé.
Deux de ces filles avaient reçuam-Cn&dquo;
de leur
père,
l’autre rJ.81-CnB.Par
ailleurs, quatre
autres vaches detype
BD ont transmis deux fois la bande D à leur fille et deux fois la bande B. Ces animaux avaient donc vraisemblablement legénotype OC!1-CnB/y.,,-CnD.
Les résultats
complets d’analyse
des3 8 0
échantillons individuels sont donnés dans le tableau i, en admettant l’existence d’unquatrième
allèle «m-C!a&dquo;. Ensupposant,
cequi paraît vraisemblable,
que les combinaisonsKsi-CM!―!-CM&dquo;
etK&i-CM°―p-CM!
n’existent pas dansl’échantillon,
les estimations desfréquences
des combinaisons<xsi-C M ―[3-C M
dans lapopulation
bovineFlamande,
obtenues par sim-ple comptage,
sont les suivantes :I,e nombre observé de 2
homozygotes correspond
sensiblement au nombre attendu dansl’hypothèse d’équilibre génétique ( I
à2 ),
cequi
confirme encore l’in-terprétation
donnée à nos observations.c)
Mobilité relative duty!e
D ; discussion.Nous avons cherché à définir la mobilité relative du
type
D selon leprincipe proposé
par WAKEet Bnr,Dmrr( 19 6 1 )
etadopté
par THOMPSONet al.( 19 64, 19 65),
en
opérant
engel d’acrylamide
car onobtient,
avec cegel,
une meilleureséparation
des caséines Bt.s1
qu’avec
legel
d’amidon. Nousdisposions,
pour cetravail,
d’une cellule àélectrophorèse
verticaleidentique
à celle de THOMPSON et al.(cellule
cons-truite par E. C.
Apparatus Com!any),
et d’échantillons de caséines xblA,
B et C fournis par ces auteurs.D’une manière
générale,
nous avons constatéqu’il
fallaitrespecter
strictement leprotocole
de THOMPSONet al.( 19 6 4 )
pour obtenir des indices de mobilité relative voisins des indices donnés par ces auteurs(respectivement
1,22, 1,13 à 1,14 et 1,10pour les
types A,
B etC).
En modifiant ceprotocole,
parexemple
en effectuant la«
prémigration
n( 1 )
de deux heures recommandée par le constructeur de la celluled’électrophorèse,
onpeut
altérer franchement l’échelle des mobilités.De toutes
façons,
enopérant
dans un même laboratoire et dans des conditionsapparemment
constantes, les valeurs des indices de mobilitépeuvent
varier de l’ordre de ± 0,01(T HOMPSO :V, 19 66) ;
aussipeut-on
s’attendre à delégers
écartsentre les valeurs obtenues par des laboratoires différents. En ce
qui
concerne la caséine Ksi D, nous avons observé la valeur de 1,15, mais ceci dans une échelled e mobilités un peuplus
lente que celle de THOMPSON et al.( 19 6 4 ) (respectivement
1 , 21
, 1,12 et 1,°9 pour les
types A,
B etC).
Il se trouve que THOMPSON( 19 66)
ana-lysant
un échantillon de notre caséine obtientégalement
la valeur de 1,15, mais dans une échelleplus proche
de la nôtre que de son échelle initiale. Dans cette der-nière,
a!i-Cn&dquo; aurait vraisemblablement un indice de mobilité de1 , 1 6.
Compte
tenu de cesobservations,
il noussemble,
enconclusion, qu’il
seraitpréférable,
pour identifier unvariant,
depouvoir disposer
d’échantillons de réfé-rence de tous les variants
déjà
connus.( 1
) La prémigration » consiste à faire passer le courant électrique dans le gel préalablement il l’insertion des échantillons.
2
. Le
type
D de!-lactoglobuline a) Technique et
observatiot2s initiales.Le type D de
p-lactoglobuline
a été découvert au cours del’analyse
de 762échantillons de lait provenant de 364mères et de leurs 398 filles, récoltés àl’origine
pour l’étude des caséines x. Lesanalyses
ont été faites sur les lactosérums recueillisaprès précipitation
des caséines à pH 4,6 par HCl normal.Ayant
constaté que latechnique d’analyse électrophorétique
des caséines[technique
de WAKE et BALDWIN
(r 9 6r)
avec addition au gel demercaptoéthanol]
seprêtait
avantageusement à la détermination des types dep-lactoglobuline,
nous avonsappliqué
cettetechnique,
pour des raisons de commodité, àl’analyse
en série des 762échantillons de lactosérum.Dans ces conditions, en lisant les
électrophorégrammes
de l’anode vers la cathode(ordre
desvitesses de
migration
décroissantes) on rencontre successivement la bande d’a-lactalbumine,puis
les bandes de
!-lactoglobulines
A, B et D(fig.
2). LesP-lactoglobulines
B et C ne sont pas séparéesl’une de l’autre.
La forme D a été rencontrée soit associée à A ou B, soit seule
(r vache),
l’intensité des bandescorrespondant respectivement
dans ces deux cas à celle des bandes observables chez des individusreconnus
hétérozygotes
ouhomozygotes
pour les variants décritsjusqu’ici.
b)
Déterminismegénétique.
Notre échantillon de vaches Montbéliardes était constitué de
couples
mère-fille. Les
pères
de cesfilles,
étant des taureaux d’inséminationartificielle,
ont unenombreuse
descendance,
et nous avons pu déterminer leursgénotypes
au locusLg
en observant
précisément
dans l’échantillon les variantsqu’ils
transmettaient à leurs filles.Remarquons
quelorsqu’un
taureau transmet alternativement deux variantsdifférents,
on a la certitudequ’il
esthétérozygote ;
par contre, s’il ne transmetja-
mais
qu’un
seulvariant,
on nepeut
le direhomozygote qu’avec
une certaine vrai-semblance,
d’autantplus grande qu’on
aura étudié unplus grand
nombre de sesfilles.
Toutes les familles
comptant
au moins unreprésentant porteur
dutype
Dfigurent
dans le tableau 2 où nous avons utilisé une écrituresimplifiée
pour lesgéno- types paternels (A/B
au lieu deLg A /Lg B
parexemple).
La
fréquence
de l’allèleLg D
dans la raceMontbéliarde,
estimée sur l’échantillon des36 4 mères,
est de 0,02 ± 0,01 alors queLg A
etLg B
ontrespectivement
pourfréquence
o,5z ± 0,04et0 , 4 6
± 0,04. Laprobabilité
de rencontrer dans notre échan- tillon une vachehomozygote
pourLg D ,
dansl’hypothèse d’équilibre génétique
dela
population,
est faible(de
l’ordre de0 , 12 ).
L’utilisation en insémination artificielle de deux taureauxporteurs
de cet allèleexplique
que nous en ayonscependant
ren-contré une
qui
est fille de l’un de ces taureaux.c)
Mobilités relatives desquatre
variants ; discussion.Les formes
A, B,
C et D ont étécomparées
àpartir
depréparations
pures de!-lactoglobuline ;
la forme D, enparticulier,
a été obtenue à l’étatcristallisé,
selonla
technique
d’AsCHAFFENBURG et DR!wRy( 1957 b)
enpartant
du lait de notreseule vache
homozygote.
Plusieurstechniques d’électrophorèse
ont été mises enœuvre et ont donné les résultats suivants :
- en
gel
depolyacrylamide
ettampon
véronal àpH 8,6 (Ascx!!!ENBUxG, 19
6 4
), A,
B et D ont les mêmes mobilités relativesqu’en gel
d’amidon avec uréeet
mercaptoéthanol,
mais C sesépare inégalement
deB,
dont elle estparfois
trèsvoisine, parfois
biendistincte ;
- en
gel
d’amidon àpH 8,6,
dans des,conditions apparemment identiques
à celles utilisées par BELL
( 19 6 2 ),
les bandes B et C sontconfondues,
alors queA,
B et D ont
toujours
les mêmes mobilitésrelatives ;
- en
gel
depolyacrylamide (concentration
de 5 p.100 )
ettampon phosphate
à
pH 6,8,
lesquatre
variants seséparent
bien et s’échelonnent dans l’ordreA,
B, C etD,
avec desespacements
presqueégaux ;
-
enfin,
engel d’agar,
les bandes C et Dmigrent plus
lentement que B, maisse
distinguent
mal l’une del’autre,
alors que surpapier,
entampon
véronal àpH 8,6, D,
contrairement àC,
sesépare
bien de B.(A SCHAFF E NBURG , rg6 5 ).
La détermination de la
composition
en acides aminés de la!-lactoglobuline
Dest en cours à
Jouy-en-Josas.
La connaissancecomplète
des substitutions de résidusentre les
quatre
formesA,
B, C et 1)permettra
de donner uneexplication
aux obser-!-ations faites sur leurs mobilités relatives. Il semble
néanmoins,
dès àprésent,
que lecomportement
dutype
Cqui
ne sesépare
bien de B engel d’acrylamide qu’en
abaissant le
pH
à6,8, puisse s’expliquer
par la substitution d’une histidine à uneglutamine qui
différencie letype
C dutype
B(Knt, w
etal., i 9 6 4 ).
Eneffet,
le résidud’histidine n’est pas
protoné,
normalement àpH S,fï.
Nous avons relevé le cas de muta-tions de
l’hémoglobine
humaine,impliquant
un résidud’histidine,
etqui
se traduisentpar un
comportement électrophorétique analogue, expliqué
de la mêmefaçon,
parexemple
celui del’hémoglobine
« Zurich» (Mm,r,Ek
et KmGMn,10 6 1 ).
Notons enfin que l’on n’obtient pas, en
gel
d’amidon avec urée sansmercapto- éthanol,
une aussi bonne résolution des bandes de!-lactoglobuline
que dans le mêmegel
enprésence
demercaptoéthanol,
cequi peut s’expliquer
ainsi : l’urée pro-voquant
ledéploiement
des chaînes de!-lactoglobuline,
extériorise lesgroupements sulfhydryles
etpermet
alors la formation de ponts disulfure entrechaînes,
etd’agré- gats responsables
de la mauvaise résolutionélectrophorétique ;
lemercaptoéthanol, empêchant
la formation de cesponts disulfure, permet
d’effectuer le triélectropho- rétique
sur les chaînesélémentaires,
cequi correspond
aux conditions lesplus
sou-haitables dans l’étude d’un
polymorphisme d’origine génétique.
CnERNOFF et PETTIT(
19 6 4
)
ont observé un effetanalogue
dumercaptoéthanol
lors de laséparation
élec-trophorétique
des chaînes del’hémoglobine humaine,
et l’ontexpliqué
d’une manière similaire.!s0’1! t.
Un
type
de!-lactoglobuline apparemment identique
au type D (’AsCHAFFEN-BURG
,
i o6 5 )
a été observéindépendamment
par MEYER(iC)6 = ))
dans les races alle-mandes
Hôfienfleckvieh
et Braunvieh.Re(
1lpOllr
/!!i&//r;!/i6!
ru />&dquo;:.rii,r r<!66.REMERCIEMENTS
Nous remercions le 1)1’ :B1. l’. TllmIl’SO&dquo; et le Dr E. B. KALA!f
qui
nous ont fourni des échan-tillons de référence de caséine et de
!-lactoglobuline.
&dquo;ous sommes reconnaissants fom-iii L. l’ELEREI’B tillons de référence de caséine et defi-la<:t<iglobuliiie.
Xous s<iiiune; recoiinai;saiit; ii )I. I>. l!F:i>EREIN d’avoir bien voulu effectuer t’ensembte desprélévemcnts
de lait dans la race Flamande.SUMMARY
ADDITIONAL VARIANTS OF as1- CASISW AND !-LACTUGI,(7I3tiL1 IN CATTLE
Two additional
electroplioretic
variants of cattle milkproteins
are described : a variant of O(n-caseÜ1, found in the Flamande breed and called a51-casein D, and a variant of !-lacto!Zlobtiliti,found in the vlnratbelinrde breed, and called p-lactoglobuliii D
(fig.
i and 2). These variants arcshown to be determined by a fourth allele of the <Xsl-Cn locus (allele am-Cnl!), and
by
a fourth allele of Z,! locus (alleleLg&dquo;) respectivelv.
Thefrequency
of am-CnDin the I1’larrzande breed is o,04 0,02, and that of theLg D
in theJ lrmtbéliarde
breed is about 0,02’ o,01. Rotativeclectrophoretic
mobili-ties of these variants are studied and discussed.
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