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Les nouvelles technologies telles que la tomographie assistée par ordinateur, utilisée dans le cadre d'un programme de sélection génétique, offrent des possibilités incroyables pour améliorer la sélection de nos verrats. Grâce à cet outil, nous pouvons recueillir des informations à grande échelle sur l'intérieur de nos porcs, en direct et sans compromettre leur bien-être. À une époque où l'on parle beaucoup d'autres technologies telles que la génomique, qui joue sans aucun doute un rôle clé dans notre programme d'amélioration, il y a une phrase que nous répétons comme un mantra et qui nous rappelle ce qui est important : « À l'ère de la génomique, le phénotype reste roi ». En effet, malgré l'énorme contribution de la génomique, la collecte d'informations dans les élevages et les centres de testage, afin d'évaluer l'expression variable du génotype d'un organisme dans un environnement donné (phénotype), reste fondamentale. C'est pourquoi la précision et la variété des données collectées ont augmenté de manière exponentielle ces dernières années.
Tomographie assistée par ordinateur : technologie appliquée à la sélection des porcs d'aujourd'hui et de demain
L'utilisation de la tomographie par ordinateur (TC pour son acronyme en anglais)) dans le cadre d'un programme de sélection est le meilleur exemple de la manière dont une technologie de pointe peut contribuer à sélectionner des porcs plus robustes et plus efficaces, adaptés aux exigences du secteur.
La TC est une méthode d'imagerie diagnostique largement utilisée en médecine humaine et, dans une moindre mesure, en médecine vétérinaire. Elle repose sur l'utilisation de rayons X pour scanner l'animal dans son intégralité, en réalisant des coupes transversales (1 100 images pour un porc entier) qui permettent de créer une image tridimensionnelle complète de l'animal, incluant toutes ses structures, ses os, ses muscles et ses organes.
Quels sont les avantages de la TC dans le cadre d'un programme d'amélioration génétique ?
- Analyse de la composition de la carcasse (rendement des morceaux et pourcentages de maigre) chez les verrats candidats à la sélection en direct, ce qui permet d'estimer les valeurs génétiques avec plus de précision et de développer de nouvelles valeurs génétiques (par exemple pour le rendement du jambon ou la couverture graisseuse du jambon). Sélection spécifique de verrats en fonction des besoins de chaque producteur.
- Permet d'augmenter considérablement le nombre d'animaux analysés par rapport à d'autres outils tels que les analyses de carcasse à l'abattoir. Des milliers d'animaux testés chaque année.
- Intégration de phénotypes qui ne peuvent être évalués autrement chez les animaux vivants, tels que la présence de lésions dues à l'ostéochondrose ou à l'arthrite dans les articulations, pouvant entraîner des boiteries à des stades ultérieurs de la vie de l'animal.
- Nouveaux phénotypes permettant de sélectionner des animaux plus robustes en fonction d'autres caractéristiques des animaux (volume cardiaque, hépatique, pulmonaire, etc.).
Comment la TC a-t-elle été intégrée au programme de sélection génétique ?
Son utilisation a débuté en 2008, comme alternative pour analyser la composition de la carcasse des verrats testés, en remplacement des protocoles de dissection à l'abattoir réalisés auparavant sur des animaux apparentés.
Pendant des années, le processus d'analyse des images a été effectué manuellement, en identifiant les différentes zones anatomiques et les types de tissus (os, graisse et muscle), ce qui constituait déjà une avancée notable. En 2016, une première méthode plus automatique d'analyse des images de TC a été mise en place, permettant de distinguer les différentes pièces principales (jambon, épaule, longe et poitrine). L'irruption des technologies d'intelligence artificielle (IA) a été déterminante dans l'automatisation de ce processus, essentielle pour pouvoir étendre cet outil et augmenter le nombre d'animaux analysés de manière plus efficace.
Cependant, l'IA nécessite un processus de formation préalable pour lequel une énorme base de données d'images préalablement analysées servant de modèle est nécessaire. Dans notre cas, cette base de données était disponible grâce aux années d'analyse par TC, au cours desquelles des progrès notables avaient déjà été réalisés dans la segmentation des tissus et l'identification dans l'image des voxels (les plus petites unités qui composent une image tridimensionnelle, similaires aux pixels d'une photographie) appartenant à différents tissus.
Figure 1. Images de TC, a) sans segmentation, b) segmentation avant mise en œuvre de l'IA, c) avec corrections manuelles des segments utilisés pendant le processus d'entraînement de l'IA. La zone rose correspond à la longe, la zone bleue aux intestins et la zone verte à la paroi abdominale, tandis que la zone turquoise correspond au segment de l'extrémité.
La qualité de ce processus d'automatisation basé sur l'IA peut être évaluée à l'aide d'analyses génétiques et de l'estimation de l'héritabilité des caractères calculés à partir de ces images. Plus l'héritabilité est élevée, moins il y a de bruit dû à d'autres facteurs, et plus les informations obtenues et utilisées dans le calcul des valeurs génétiques sont fiables. L'héritabilité en pourcentage et la composition maigre des différentes pièces sont modérées à élevées (fourchette de 0,33 à 0,75), ce qui démontre la valeur de cette technologie.
L'automatisation du processus d'analyse et la standardisation de la procédure ainsi que les protocoles de gestion des verrats permettent actuellement d'analyser chaque année plus de 15 000 verrats (de 4 lignées génétiques, tant paternelles que maternelles) à l'aide de cette technologie.
Figure 2. Les animaux sont mis sous sédatif afin de les maintenir calmes pendant l'opération.
Figure 3. Grâce à un système de civières articulées, les animaux sont déplacés de la zone de préparation vers le tomographe.
Figure 4. Les verrats sont placés en position couchée sur le tomographe. Le processus complet dure moins de 10 minutes.
Comment la TC nous aide-t-elle à améliorer la robustesse des porcs ?
Pouvoir observer en détail l'intérieur de nos porcs vivants nous permet d'évaluer des aspects que nous n'avions même pas envisagés jusqu'à présent. Les possibilités sont nombreuses et nous commençons seulement à les comprendre et à les exploiter. Actuellement, la plupart des efforts visent à identifier chez les animaux jeunes les qualités que nous pouvons associer à des animaux plus robustes et plus résistants. Actuellement, nous évaluons :
La présence de lésions au niveau de la tête du fémur et de l'humérus afin d'identifier les processus d'arthrite ou d'ostéochondrose. Cette évaluation fait partie de l'objectif de sélection de toutes les lignées. Le processus comprend une partie manuelle qui sera prochainement remplacée par un processus automatisé de segmentation et de quantification des lésions qui permettra également d'inclure l'évaluation d'autres surfaces osseuses.
La taille et la forme de l'omoplate ont été évaluées et mises en relation avec la longévité des truies et la présence d'ulcères et d'autres lésions au niveau de l'épaule des truies adultes.
Autres phénotypes susceptibles de présenter un intérêt : Des recherches sont actuellement menées pour développer de nouveaux phénotypes liés aux viscères des porcs, tels que le volume d'organes comme le cœur et les poumons, qui pourraient être liés à la robustesse des animaux et à leur tolérance au stress. Cependant, l'automatisation de ces phénotypes pose des défis supplémentaires, car ces organes ont un comportement dynamique, changeant de forme et de taille avec la respiration et le rythme cardiaque, ce qui complique le processus d'analyse automatique. Des recherches sont actuellement menées, en coopération avec la faculté de médecine vétérinaire de l'université NMBU (Norvège), afin d'intégrer les informations issues du scanner et celles recueillies par électrocardiographie (ECG).
Figure 6. Images de TC où le volume et le profil cardiaques sont identifiés (a, b) et où les différents types de tissus sont automatiquement différenciés (c).
La tomographie assistée par ordinateur est un excellent exemple de la manière dont la technologie de pointe peut être utilisée comme élément fondamental d'un programme de sélection porcine, nous permettant de connaître des détails sur nos porcs que nous ne pouvions même pas imaginer il y a quelques années. Car « à l'ère de la génomique, le phénotype reste roi ».