Tecnologia de marcadores moleculares para o melhoramento genético de rebanhos bovinos. Eliza Rossi Komninou Doutoranda em Biotecnologia

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1 Tecnologia de marcadores moleculares para o melhoramento genético de rebanhos bovinos Eliza Rossi Komninou Doutoranda em Biotecnologia

2 Produção de Bovinos EFICIÊNCIA NOS SISTEMAS DE PRODUÇÃO QUALIDADE DOS PRODUTOS PRODUÇÃO DE ALIMENTOS SANIDADE SUSTENTABILIDADE DO SISTEMA DESEMPENHO MELHORAMENTO GENÉTICO DE REBANHOS

3 Melhoramento genético de rebanhos bovinos MELHORAMENTO ANIMAL Busca a obtenção de animais dotados geneticamente de uma herança superior Baseia-se no estudo de diferentes métodos de cruzamento e seleção de animais. ( ) Robert Bakewell Fundador dos padrões modernos de melhoramento animal e do desenvolvimento de técnicas de cruzamento O filho se parece com os pais ou com seus ascendentes Acasalar o melhor com o melhor

4 Melhoramento genético de rebanhos bovinos Início do século XX - Produção animal como atividade comercial: Demanda por animais com melhor desempenho e que fossem melhor adaptados; Seleção genética - caráter intuitivo, com base em características estéticas e produtivas; Aumento da freqüência de alelos favoráveis aprimorando características produtivas; Não havia conhecimento dos genes envolvidos, e dos mecanismos moleculares a eles associados;

5 Melhoramento genético de rebanhos bovinos AVANÇOS NA ESTATÍSTICA DESENVOLVIMENTO DE MODELOS DE SELEÇÃO MAIS ELABORADOS SOFTWARES MAIS SOFISTICADOS PROGRESSOS SIGNIFICATIVOS NO MELHORAMENTO DE BOVINOS MELHORAMENTO GENÉTICO ANIMAL

6 Método de seleção clássica BASEADA NO FENÓTIPO A capacidade de produção de um animal (fenótipo) é o reflexo da interação de seu material genético (genótipo) com o ambiente.

7 Método de seleção clássica

8 Exemplo de ferramenta de seleção clássica:

9 Teste de progênie CENTRAIS DE COLETA DE SÊMEN

10 Teste de progênie Machos com 8 meses são levados para as centrais de coleta de sêmen e com idade entre 11 a 14 meses começam a ser coletados; São coletadas 3000 doses de sêmen de cada touro jovem; Estas 3000 doses de cada um destes touros jovens são distribuídas aleatoriamente para fazendas colaboradoras; Cada novilha parida é avaliada (cerca de 80 novilhas são avaliadas por touro) e os dados entram nas avaliações dos touros

11 Teste de progênie As filhas resultantes são identificadas, quando parem são classificadas e passam pelo controle leiteiro Estes resultados são utilizados para calcular a prova de cada touro Apenas os melhores 5 a 10 % dos touros avaliados voltam a coletar sêmen para a comercialização pois são os Touros Melhoradores e o restante é abatido.

12 Aspectos importantes Muito tempo e dinheiro são gastos para se provar um touro. Em média gasta-se US$ para cada touro que entra em teste. Desde que o touro jovem chega a central (com 8 meses) até sair sua prova se passam 4 anos em que o animal permanece em estábulos recebendo alimentação e os cuidados necessários até que suas filhas sejam avaliadas.

13 Livros Genealógicos ASSOCIAÇÕES DE CRIADORES DE RAÇAS Informações a respeito de características de cada animal quanto a ascendência, conformação, função reprodutiva, produtividade, longevidade, etc.. Exemplo: Registro genealógico das principais raças européias criadas no Brasil

14 Principais caracteres produtivos para seleção de bovinos BOVINOS DE LEITE: - Produção de leite (Kg por lactação) - Produção de gordura e proteína no leite - Peso corporal -Tamanho -Puberdade precoce -Fertilidade - Facilidade ao parto - Velocidade de ordenha mecânica - Intervalo entre partos - Conformação de úbere - Estrutura correta das patas e dos aprumos - Temperamento (docilidade) - Resistência a doenças - Especificações da raça

15 Principais caracteres produtivos para seleção de bovinos BOVINOS DE CORTE: - Fertilidade - Conversão alimentar - Idade à puberdade - Intervalo entre partos - Peso ao nascer e à desmama (205d) e ao ano de idade - Alta velocidade de ganho de peso - Habilidade materna - Espessura de gordura subcutânea - Conformação, musculatura, tamanho, gordura, aprumos - Aproveitamento de carcaça ao abate, forma e proporções - Peso dos cortes comerciais, marmoreio da carne - Alto rendimento de carcaça - Maciez e palatabilidade da carne - Especificações da raça

16 Agroindústria Programas de melhoramento genético que aumentem a eficiência da produção e a padronização dos animais e de seus produtos.

17 Objetivos do melhoramento animal Agroindústria Novas exigências e demandas dos consumidores Direcionamento de cruzamentos entre animais geneticamente provados; Necessidade de aumento da eficiência do processo produtivo Importação e disseminação de material genético (animais, sêmen e embriões) de rebanhos selecionados; Competitividade do mercado (produção com baixo custo e alta qualidade) Utilização de cruzamentos entre raças aumentando a heterose, geralmente refletida no aumento de produtividade.

18 Biotecnologia no melhoramento de rebanhos bovinos Inseminação artificial/ IATF Tansferência de embriões (TE) Produção in vitro de embriões (PIVE) Sexagem de embriões Marcadores Moleculares - Marker Assisted Selection (MAS) Embriologia molecular Transgênese Animal Clonagem

19 Marcadores moleculares Marcadores moleculares são por definição todo e qualquer fenótipo molecular oriundo de um gene expresso ou de um segmento específico de DNA que diferencia dois ou mais indivíduos quanto a: desempenho, crescimento, precocidade, qualidade de carne, e mesmo doenças congênitas importantes dos bovinos O uso de marcadores moleculares principalmente de DNA, permite que o potencial genético de um animal seja determinado com maior precisão, antes mesmo da expressão do seu fenótipo.

20 Marcadores moleculares A partir de 1970: Possibilidade de incrementar a informação oriunda do fenótipo com aquela oriunda diretamente do DNA; Marcas na seqüência de DNA próximas à região de interesse (genes) permitiriam o acompanhamento da segregação de alelos por gerações e, por conseqüência, da característica de interesse a elas associada. Essas marcas são identificadas pela associação dos alelos segregantes com valores fenotípicos referentes à característica estudada. Além disso, mutações que ocorrem durante o processo de duplicação de um gene, dando origem a um novo alelo, tem um efeito diferente também, sobre a expressão do caráter (fenótipo) e também podem ser identificadas.

21 Polimorfismo genético Complexidade de bases genéticas para alguns caracteres em bovinos: (exemplos) - Presença ou ausência de aspas: controlado por um loco com dois alelos M ou m. Os alelos de genes ligados ocupam o mesmo locus em cromossomos homólogos São diferentes versões de uma certa seqüência de DNA em um determinado local cromossômico (locus) - Grupos sanguíneos: Cerca de 25 a 30 alelos. Alelos múltiplos em um Locus = Polimorfismo genético

22 Herança Poligênica Praticamente todas as características de interesse econômico (caracteres quantitativos) são de herança poligênica, ou determinadas por poligenes POLIGENE: Vários genes, cada um contribuindo com mais ou com menos efeito sobre o fenótipo. Afetam muitas vezes mais de uma característica e são fortemente influenciados pelo ambiente). A partir do desenvolvimento de marcadores polimórficos (especialmente microssatélites e SNP) capazes de identificar os alelos associados a essas características complexas nas populações, foi possível a construção de mapas genéticos saturados e a partir daí o Mapeamento de locos de características quantitativas (QTL).

23 Herança Poligênica LOCOS DE CARACTERÍSTICAS QUANTITATIVAS (QTL). São os locais individuais no cromossomo que afetam a expressão da característica Quanto maiores os efeitos do QTL sobre uma característica, o tamanho da população e a herdabilidade e quanto mais próximo o marcador estiver do QTL, mais fácil será a sua detecção.

24 Detecção de genes de interesse comercial Identificação, compreensão do número, função, contribuição e localização dos genes envolvidos no controle das características quantitativas de interesse: 1) Mapeamento de QTL: pode determinar as regiões cromossômicas que contém genes de interesse, mas a região identificada pode conter diversos genes e o intervalo de confiança do QTL pode ser de milhares de pares de bases ; 2) Genes candidatos: genes de ação biológica conhecida; limitada ao nosso conhecimento atual da função de alguns genes; 3) Seqüenciamento de DNA e mrna incluindo expressão gênica: arranjos de DNA podem identificar vias metabólicas associadas à característica de interesse, mas não o gene responsável.

25 Detecção de genes de interesse comercial 4) Seqüenciamento de genoma e identificação de SNP: - O seqüenciamento de genoma complementa as estratégias e permite a identificação de novos marcadores; - Mapeamento fino, delimitando a menor região cromossômica que contém um QTL - Não exige prévio conhecimento de QTL; - Apresenta a vantagem de identificar SNP em larga escala;

26 Estudos de associação Genome-wide association study Estudos visando à associação de SNPs com a variação fenotípica: seleciona aqueles SNPs que possam potencialmente modificar o gene ou QTL envolvido no controle da característica sob investigação, de forma a afetá-la.

27 Seleção assistida por marcadores DETECÇÃO DE GENES DE INTERESSE COMERCIAL Chips de genotipagem de alta densidade: Capazes de analisar dezenas de milhares de marcadores SNP Uma amostra com chip de 50 mil marcadores fica pronta em questão de dias Acurácia em torno de 0.70/0.80 para a DEP genômica estimada pelo uso de cerca de marcadores em populações de gado leiteiro Varredura do genoma para milhares de SNP ao mesmo tempo REVOLUÇÃO NA GENÔMICA ANIMAL!!

28 Seleção assistida por marcadores USDA EM JAN. DE 2009: ILLUMINA BOVINE SNP50 BEADCHIP; Genotipagem de touros provados; marcadores moleculares; tiveram relações com características econômicas; Antes do ano de 2009, o Mérito Genético de um reprodutor que não tivesse dados de produção das filhas (touros Jovens) era calculado pelo Pedigree (média dos seus pais). Com estas informações, a confiabilidade destas provas variava entre 30 e 40% para os dados de Produção, Tipo e Características de Saúde. Atualmente, além da informação obtida pelo Pedigree, temos a informação Genômica do animal, o que praticamente dobrou a confiabilidade das provas dos touros jovens. Acréscimo nos padrões de confiabilidade para touros jovens: - produção (65-70%) - tipo (30-60%) - saúde (30-60%)

29 Seleção assistida por marcadores No momento em que o terneiro nasce é possível predizer o mérito genético do possível reprodutor com aproximadamente 70% de confiabilidade (Usda)

30 Seleção assistida por marcadores Embriologia Molecular X Seleção por marcadores Genotipagem ainda fase embrionária Só os embriões de elevado mérito genético são transferidos para fêmeas receptoras. Estabelecimento de critérios para a identificação e a seleção mais rápidas dos animais portadores de características de interesse comercial Redução do intervalo entre gerações e dos custos do processo de reprodução.

31 O avanço genético nos próximos 10 anos será superior ao obtido nas últimas cinco décadas!!! BovineSNP50 Genotyping BeadChip

32 Inovação O potencial produtivo dos animais pode ser estimado de acordo com as informações das características economicamente relevantes diretamente a partir de seqüências do DNA. As informações sobre o perfil genético do rebanho são obtidas rapidamente, permitindo que se antecipe em muito tempo o processo de tomada de decisões, o que reflete diretamente na redução de custos.

33 Inovação Produtores e pecuaristas podem selecionar seu rebanho para determinadas características sem sacrifício de outras, obtendo ganhos sistêmicos e quase que imediatos. As estimativas sobre o perfil produtivo, permitem aos produtores orientar o descarte, a reposição, os acasalamentos e o manejo.

34 Genes de interesse zootécnico bovino Genes e suas funções para produção na bovinocultura

35 Genes de interesse zootécnico bovino Marcadores para produção de carne: miostatina e Leptina MIOSTATINA Gene da musculatura dupla controla o desenvolvimento da massa muscular. Alteração neste gene, resulta em alterações no desenvolvimento muscular, gerando animais adultos com maior número de fibras musculares e maior deposição de músculo na carcaça. LEPTINA: Gene codifica a leptina, que é um hormônio produzido pelo tecido adiposo e age sobre os mecanismos energético, eficiência reprodutiva e até o sistema imune. Relacionado a peso corporal, deposição de gordura na carcaça, qualidade de cortes nobres, além de consumo de ração, área de olho de lombo.

36 Genes de interesse zootécnico bovino Outros marcadores: BLAD, DUMPS, CVM BLAD (Deficiência de Adesão Leucocitária Bovina) onde os animais afetados por esta patologia são mais susceptíveis às infecções bacterianas. DUMPS (Deficiência de Uridina Monofosfato Sintetase) os animais provenientes de cruzamentos heterozigotos de portadores deste gene podem apresentar morte embrionária de seus produtos em torno do 40º dia de gestação. CVM (Complexo de Má Formação Vertebral Cervical) bezerros homozigotos para este gene podem ser reabsorvidos, abortados ou natimortos. Já animais portadores de apenas um gene da CVM são normais, podendo apresentar baixas taxas de prenhez quando cruzados com outros portadores.

37 Perspectivas futuras em genômica de bovinos Aumento da eficiência do processo de seleção, por meio da seleção assistida por marcadores. Conhecimento da variabilidade genética, a nível molecular, das populações. Geração de um grande número de informações de seqüências de DNA. Identificação de genes candidatos para as características relacionadas a saúde animal e qualidade de produtos em bovinos.

38 Obrigada Med. Vet. Eliza Rossi Komninou Aluna PPGB - doutorado Lab. Embriologia Molecular e Transgênese elizarossikom@gmail.com