Evolução de peso de frangos de diferentes linhas e alimentados com diferentes dietas

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1 Por que seleção genômica no melhoramento animal? unesp Lucia Galvão de Albuquerque Fernando Baldi UNESP Jaboticabal

2 Conteúdo Avaliação genética tradicional Marcadores Genéticos Seleção assistida por marcadores Seleção Genômica Projetos em andamento

3 Avaliação Genética Tradicional Pedigree #Genes?? Métodos estatísticos - Não sabemos que genes estão atuando - Estimamos o efeito acumulativo dos genes Valor genético aditivo (BLUP)

4 Impacto da seleção sobre as características produtivas 6 Evolução de peso de frangos de diferentes linhas e alimentados com diferentes dietas Peso vivo (kg) Linha 2001 / Dieta 2001 Linha 2001 /Dieta 1957 Linha 1957 / Dieta 2001 Linha 1957 / Dieta Dias Eficiencia de conversão de frangos de diferentes linhas e alimentados mcom diferentes dietas Linha 2001 / Dieta 2001 Linha 2001 / Dieta 1957 Lina 1957 / Dieta 2001 Linha 1957 / Dieta a 21 0 a 42 0 a 56 0 a 70 0 a 84

5 Melhoramento Genético Tradicional A seleção depende da disponibilidade registros fenotípicos e de parentes Indicador do valor genético aditivo do animal A acurácia da avaliação genética de um animal Quantidade e qualidade da informação Herdabilidade Avaliação genética dos pais de

6 Limitações da seleção tradicional Características de difícil mensuração Características que são expressos tardiamente na vida do animal Caracteres limitados ao sexo Características de baixa herdabilidade

7 Seleção assistida por marcadores Década de 1990 O foco das atividades em melhoramento animal começa a mudar de genética quantitativa para genética molecular Existência de genes com efeitos significativos que podem ser especificamente selecionados (Quantitative Trait Loci ou Genes de efeito maior) Misztal (2006) e Van der Werf (2010)

8 SELEÇÃO ASSISTIDA POR MARCADORES Genética Clássica : P = G + E Genética Neoclássica : P = G M + G + E (Bruce Walsh, Quantitative Genetics in the Age of Genomics Theor. Pop. Biol. 79: , 2001)

9 Marcadores genéticos Uma variação na sequência do DNA (polimorfismo) que está associada a uma determinada característica emumaou mais populações Marcadores genéticos são pontos de referência" no genoma que podem ser escolhidos pela sua proximidadecomoqtl QTL.

10 Marcadores genéticos: Rastrear segmentos cromossômicos de uma geração para a seguinte geração Marcador M m QTL Q q DESEQUILÍBRIO DE LIGAÇÃO Dois genes estão suficientemente próximos no cromossomo que a recombinação entre eles durante a meiose é rara.

11 Tipos de marcadores normalmente Hibridação utilizados RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphism) Minissatélites VNTR (Variable Number of Tandem Repeats) Amplificação de DNA RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA) SCAR (Sequence Characterized Amplified Regions) ou ASA (Amplified Specific Amplicon) Microssatélites ou SSR (Simple Sequence Repeats) AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphism)

12 Marcadores SNPs A Single Nucleotide Polymorphism, ou SNP ("snip") Variação numa base individual, ou seja, uma base é substituída por outra base. Uma das bases (A, T, G, C) difere, por exemplo, um T no lugar G. Polimorfismo Multiplas formas População em geral 94% SNP -Single nucleotide polymorphism 6%

13 Vantagens dos SNP Muito frequentes construção de mapas densos de marcadores São mais estáveis menor taxa de mutação Genotipagem automatizada

14 Aplicações dos marcadores Teste para defeitos genéticos Testes para características determinadas por um ou poucos pares de genes Ex. Cor de pelagem Seleção assistida por marcadores para características poligênicas ou quantitativas ex. precocidade sexual Quaas et al. (2006)

15 Seleção assistida por marcadores Este tipo de seleção utiliza a informação molecular obtida a partir dos marcadores em conjunto com os dados de produção fenotípicos e do pedigree para a seleção dos animais Produção de leite Valor Genético Análise de DNA

16 Situação ideal Adaptado de Dekkers and van der Werf, 2007

17 Situação real na seleção tradicional Adaptado de Dekkers and van der Werf, 2007

18 Situação real na seleção assistida por marcadores Adaptado de Dekkers and van der Werf, 2007

19 Características mais beneficiadas pelo uso de SAM Defeitos genéticos determinados por poucos pares de genes; Qualidade de carcaça e da carne, Fertilidade e eficiência reprodutiva, Requerimentos de mantença Rendimento de cortes comestíveis, Produção de leite e habilidade materna, e Características de crescimento. Quaas et al. (2006)

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21 Características quantitativas com marcadores atualmente comercializados Maciez da carne Marmoreio Rendimento de carne Eficiência alimentar em gado de corte Temperamento Crescimento Resistência a doenças Produção de leite e componentes do leite Intervalo de partos Ocorrência de prenhez

22 Limitações da SAM Número limitados de genes têm sido identificados Poucos têm sido validados Os genes encontrados são principalmente genes de efeito maior baixo poder para detectar genes de efeito pequeno Custo da genotipagem Dificuldade para incorporar as informações moleculares nas avaliações genéticas Interação entre o efeito do QTL e o ambiente

23 Limitações da SAM Somente uma proporção pequena da variância genética total é capturada pelos marcadores moleculares Os resultados não podem ser extrapolados a toda a população Pesquisa com seleção assistida por marcadores tem sido extensiva, mas a implementação tem sido limitada e os aumentos em ganhos genéticos pequenos (Dekkers 2004) Goddard e Hayes (2007)

24 Seleção genômica É uma forma de marcadores na qual moleculares espalhados genoma seleção assistida por se usa marcadores ao longo de todo o Potencialmente, explica uma maior proporção da variância genética Todos os QTL estão em desequilíbrio de ligação com pelo menos um marcador Meuwissen et al. (2001) e Goddard e Hayes (2007)

25 Seleção genômica Limitações para implementação da seleção genômica O número de marcadores necessário Alto custo da genotipagem

26 Sequênciamento do genoma bovinos L1 Dominette milhões de pares de bases de DNA

27 Descoberta dos SNPs

28 Descoberta dos SNPs Vaca Dominette L

29 Seleção genômica Sequênciamento do genôma de várias espécies Disponibilidade de centenas de milhares SNP Desenvolvimentos tecnológicos 2005 Primeiro grande painel de SNP para bovinos Par Allele Affymetrix 10 K SNP chip (Barendse et al., 2007)

30 Consórcios vem desenvolvendo painéis de Genotipagem para várias espécies

31 Illumina Infinium BovineSNP BeadChip Dezembro de marcadores de polimorfismos de base única (SNP) espalhados pelo genoma bovino

32 BovineHD BeadChip BovineHD beadchip: mais de 777 mil SNPs espaçados em todo o genoma bovino. A leitura do Beadchip é realizada através do HiScan.

33 Infinium II assay protocol

34 Projeto Pró-equipamentos FAPESP

35 Brazilian Nellore genome characterization using the high-density Bovine BeadChip (BovineHD) array. Baldi et al. (2011) SNP (18%) SNPs estavam fixados (17%) com frequência alélica menor que 5% Densidade de SNP variou entre cromossomos 119,61 SNPs / Mb (BTA8) 212,89 SNPs / Mb (BTA14). HD beadchip array dá uma cobertura do genoma do Nelore ( ) 30 vezes maior que o BovineSNP50 beadchip.

36 Aplicações dos painéis de alta densidade para o melhoramento dos animais e plantas Elucidação da estrutura genética de diferentes populações Estimar o grau de diversidade e divergência genética entre e dentro de populações Identificar e localizar regiões no genoma sujeitas à seleção Estudos de associação com características quantitativas Estimar o valor genético dos animais a partir de dados genômicos (seleção genômica)

37 Por que seleção genômica? Predições dos valores genéticos com maior acurácia, principalmente para as características que se expressam em um único sexo e/ou sejam de baixa herdabilidade. Antecipar o processo de seleção características mensuradas tardiamente na vida do animal ou de mensuração difícil e de alto custo. Menor incremento na consangüinidade, utilização das informações genômicas para o cálculo do parentesco entre os animais Meuwissen et al. (2001)

38 Teste de Progênie Passo Seleção % Intensidade Acurácia Int. Geração i xr Passo Seleção % Intensidade Acurácia Int. Geração i xl Pai de touro 5 2,06 0,99 6,5 2,04 Pai de touro 5 2,06 0,99 6,5 2,04 Mãe Mãe de touro de touro ,40 0,75 6,0 6,0 1,05 1,05 Pai de vaca 2 2,42 0,60 5,0 1,45 Pai de vaca 2 2,42 0,60 5,0 1,45 Mãe de vaca 85 0,27 0,50 4,25 0,14 Mãe de vaca 85 0,27 0,50 4,25 0,14 Total 21,75 4,68 Total 21,75 4,68 Seleção genômica Passo Seleção % Intensidade Acurácia Int. Geração i xr Pai de touro 5 2,06 0,75 1,75 1,54 Mãe de touro 20 1,40 0,75 1,75 1,05 Pai de vaca 2 2,42 0,75 2,0 1,82 Mãe de vaca 85 0,27 0,50 4,25 0,14 Total 9,75 4,55 Schaeffer (2006)

39 Impacto da seleção genômica em gado leiteiro O ganho genético pode ser duas vezes maior que o obtido com o teste de progênie; A redução dos custos pode chegar a 92% dos custos atuais. Schaeffer (2006)

40 Passos para implementar a seleção genômica População de referência Animais Jovens Fenótipos e genótipos conhecidos Genótipos conhecidos Equação de predição Valor genético molecular do animal=w 1 x 1 +w 2 x 2 +w 3 x 3... Seleção de reprodutores utilizando os valores genômicos Validação (Calus e Veerkamp, 2007)

41 Valor genômico Valor genético estimado com base nos SNP + Valor genético estimado com base nos fenótipos e pedigree

42 Projetos em andamento CNPq - Edital MCT/CNPq/CT-AGRO/CT AGRO/CT- BIOTEC Nº 42/2009 PROGRAMA GENOPROT - Rede Integrada de Estudos Genômicos e Proteômicos) FAPESP Processo Número 2009/

43 Participantes CNPq FAPESP Conexão Delta G UNESP Jaboticabal UNESP Botucatu UNESP Dracena UNESP Araçatuba IZ Sertãozinho EMBRAPA Pecuária Sul Gensys

44 Objetivo geral criar um banco de dados de características qualidade detecção carcaça de polimorfismos e carne de DNA associados eficiência alimentar a estas características utilizando utilizar chip uma de SNP base denso dados e desenvolvimento já existente de crescimento métodos e softwares visando seleção genômica reprodutivas

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46 Material Animais da raça Nelore: machos fêmeas Touros

47 Características de carcaça Peso de carcaça Escores visuais de conformação Grau de acabamento de gordura da carcaça Índice de marmorização Área de olho-de de-lombo Espessura de gordura subcutânea

48 Características da carne Coloração da carne Análise da Força de Cisalhamento Perdas por cozimento Determinação do índice de fragmentação miofibrilar (MFI) Extração de lipídeos ph e Comprimento do sarcômero

49 Características reprodutivas Associadas à precocidade sexual da fêmea: Ocorrência de prenhez precoce de novilhas Idade ao primeiro parto da fêmea Associadas à eficiência reprodutiva de fêmeas serão: Reconcepção das vacas primíparas Habilidade de permanência no rebanho Número de dias para o parto Mortalidade pré-natal e pré-desmama

50 Características de crescimento e indicadoras de eficiência alimentar Consumo alimentar residual Conversão alimentar Pesos e ganhos em peso em várias idades Escores visuais

51 Efeito estufa

52 Alternativas para reduzir a produção de gases do efeito estufa por meio de seleção Aumentar a produtividade por animal, maior ganho de peso ou maior produção de leite Encurtar o ciclo de produção Reduzir a energia destinada para mantença destinar maior proporção da energia para funções produtivas (ganho de peso ) 59% do alimento consumido em condições extensivas é utilizado para mantença

53 Projeto com o grupo de nutrição de ruminantes da UNESP-FCAV Objetivo: Associar a produção de metano de bovinos Nelore em condições pastoreio e painéis de SNP (polimorfismos de base única) de alta densidade, visando a identificação de polimorfismos genéticos que estejam afetando a produção de metano

54 Gerar alternativas tecnológicas: Desenvolver * melhoramento de características que metodologias estatísticas para a utilização genômicos no melhoramento animal; de dados influenciam a eficiência do sistema de produção, Software de domínio público que viabilize a simulação de dados de SNPs para estudos na área de genômica e avaliação genética; * obter uma produção de carne sustentável do ponto de vista ambiental e econômico, com a produção de produtos cárneos diferenciados.

55 Obrigada