CARACTERIZAÇÃO DE SEGMENTOS DE HOMOZIGOSE EM UMA POPULAÇÃO DE CAVALOS PURO SANGUE INGLÊS

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1 1 CARACTERIZAÇÃO DE SEGMENTOS DE HOMOZIGOSE EM UMA POPULAÇÃO DE CAVALOS PURO SANGUE INGLÊS CHARACTERIZATION OF RUNS OF HOMOZYGOSITY IN A POPULATION OF THOROUGHBRED HORSES Bruna Folegatti Santana (1) Gerardo Cornelio Mamani Mamani (2) Gerson Antônio de Oliveira (3) Luciana Laitano Dias de Castro (4) Marcelo Beltrao Molento (5) Ricardo Viera Ventura (6) José Bento Sterman Ferraz (7) Resumo Atualmente com tecnologias de genotipagem em alta densidade tornou-se possível calcular um coeficiente de endogamia a partir de corridas de homozigosidade que revela a proporção de segmentos em homozigose em um genoma. Objetivo deste trabalho é caracterizar segmentos de homozigose em equinos da raça Puro Sangue. Se utilizou dados genotípicos de 98 equinos da raça Puro Sangue Inglês do Estado de Rio Grande do Sul, obtidos a partir do chip Equine SNP70 BeadChip (Illumina Inc, USA) contendo 65,157 SNPs, com um pedigree contendo informações de 188 animais. O controle de qualidade dos genótipos foi feito usando o programa Plink 1.07(PURCELL et al., 2007). As corridas de homozigosidade foram obtidas também a partir do programa Plink. Foi concluído que os coeficientes de consanguinidade derivados de ROH são úteis para medir os níveis de endogamia em equinos, e as ROH não está sujeito aos mesmo erros que os pedigrees estão. Palavras-chave: Corridas de homozigose, Endogamia, Equinos Abstract With high-density genotyping technology it has become possible to calculate the inbreeding coefficient from runs of homozygosity that reveal a proportion of segments in homozygosity in a genome. The aim of this work was to characterize runs of homozygosity in Thoroughbred horses. Genotype data from 98 Thoroughbred horses from the State of Rio Grande do Sul were obtained using Equine SNP70 BeadChip chip (Illumina Inc, USA) containing 65,157 SNPs and the pedigree containing 188 animals. Quality control of genotypes was performed with Plink 1.07 (PURCELL et al., 2007). The runs of homozygosity were also obtained from Plink. It was concluded that inbreeding coefficients derived from ROH are useful for measuring inbreeding levels in horses, ROH is not subject to the same errors that pedigree are. Keywords: Inbreeding, Runs of Homozygosity, Horse 1 Mestranda em Biociência Animal pela USP/FZEA; 2 Doutorando em Biociência Animal pela USP/FZEA. 3 Doutor em Biociência Animal pela USP/FZEA; Doutoranda pela Universidade Federal do Paraná; Docente Universidade Federal do Paraná; 4 Professor visitante USP/FZEA; 4 Professor titular USP/FZEA. Departamento de Medicina Veterinária, USP/FZEA, brunafsantana@usp.br

2 2 1. Introdução O método mais antigo de medir níveis de endogamia se dá a partir de informações de pedigree calculando-se um coeficiente de endogamia descrito por Write (1922), definido como a probabilidade de que dois alelos escolhidos aleatoriamente em um lócus homologo dentro de um indivíduo, sejam idênticos por descendência (IBD) isto com relação a uma população de referência. Com o surgimento de marcadores genéticos de alta densidade tornou-se possível estimar coeficientes de endogamia genômicos, pelos alelos idênticos por estado (IBS), através de uma matriz genômica de relacionamento (VANRADEN, 2008) e também um coeficiente de endogamia calculado a partir de corridas de homozigosidade, inicialmente proposto para humanos por McQuillan et al. (2008). Segundo McQuillan et al. (2008), as corridas de homozigosidade (ROH; do inglês runs of homozygosity) são cadeias contiguas de homozigose em um genoma individual diploide devido à transmissão de haplótipos idênticos por parte dos pais. Muito do ímpeto em estimar autozigosidade individual a partir de mapas de homozigosidade se deve à procura de genes específicos relacionados a doenças, mais do que em interesse nos efeitos sobre a saúde associados à parentesco (MCQUILLAN et al., 2008). Frequentemente informações de pedigree são incompletas e sem grande profundidade, estas lacunas tem como consequência um coeficiente de endogamia subestimado, pois algumas relações entre de parentesco podem não ser consideradas. Existem evidências de que o Froh (coeficiente de endogamia calculado por ROH) é um melhor estimador da autozigosidade individual do que o coeficiente de endogamia por pedigree (Fped) avaliadas em espécies domésticas (CURIK; FERENČAKOVIĆ; SÖLKNER, 2014, 2016). As corridas de homozigosidade têm sido utilizadas também para analisar população histórica após seleção recente (PURFIELD at al., 2012), para estudar efeitos da endogamia sobre características produtivas (FERENCAKOVIC at al., 2011), e para controlar o aumento da endogamia (PRYCE et al., 2012). O objetivo deste trabalho é confirmar as vantagens da utilização de informações das corridas de homozigosidade no cálculo de um coeficiente de endogamia em equinos, além de caracteriza-las a partir de informações de genótipos de 91 animais.

3 3 2. Materiais e Métodos Se utilizou dados genotípicos de 98 equinos da raça Puro Sangue Inglês do Estado de Rio Grande do Sul, obtidos a partir do chip Equine SNP70 BeadChip (Illumina Inc, USA) contendo 65,157 SNPs, com um pedigree contendo informações de 188 animais. O controle de qualidade dos genótipos foi feito usando o programa Plink 1.07(Purcell et al., 2007). Foram realizadas filtragens de SNP e de amostras tomando limiares de call rate de 0.90 e 0.95 respectivamente, não se usou o critério de frequência de alelo menor. O estudo dos ROH considerou janelas de 1000 kb, 4000 kb, 8000 kb, kb, com pelo menos 45 SNP, permitindo-se 1 heterozigoto na cadeia, até 2 genótipos faltantes e um gap de 1000 kb entre SNP homozigotos. Os cromossomos sexuais foram excluídos do analise. As corridas de homozigosidade foram obtidas a partir do programa Plink Foi calculado também um coeficiente de endogamia baseado nas ROH. Os coeficientes foram calculados dividindo a soma dos segmentos em ROH por indivíduo pelo comprimento do genoma coberto pelos SNPs como descrito em Leutenegger et al. (2003) 3 Resultados e Discussão Após o controle de qualidade se trabalhou com SNP e 91 animais. A quantidade e o comprimento médio de ROH foram de 94,5 e kb. Considerando as ROH maiores do que 1 Mb, o número médio de segmentos em ROH por animal foi de 94,59 com valores de 73 como mínimo e 113 como máximo. A média, mediana e o maior comprimento de ROH entre os cromossomos foram ,02, , kb, respectivamente, e o animal com a autozigosidade mais alta teve 95 segmentos ROH em um total de 630,72 Mb, enquanto o animal com a menor autozigosidade teve 82 segmentos ROH total de 254,37 Mb. ROH maiores que 1 Mb cobrem em média 21,3 % de todo o genoma, já as maiores que 16 Mb cobrem em média 3,6%. Esta diferença no nível de autozigosidade indica que a endogamia existente não é recente.

4 4 Tabela 1 Estatística descritiva para os Froh com diferentes tamanhos de ROH em 91 animais da raça Puro Sangue Inglês Tamanho total das ROH Média (Froh) Máximo (Froh) Mínimo (Froh) Desvio Padrão (Froh) >1 Mb 0,2133 0,2812 0,1134 0,0324 >4 Mb 0,1476 0,2229 0,0451 0,0331 >8 Mb 0,0846 0,1619 0,0099 0,0301 >16 Mb 0,0362 0,1066 0,0000 0,0244 Quanto mais completas e livres de erros forem as informações de pedigree, e quanto melhor a qualidade dos dados genotípicos, maior será a correlação entre os coeficientes Fped e Froh, então os resultados das medidas dos níveis de endogamia seriam mais seguros. Devido ao fato de os dados de pedigree deste estudo não serem em maior número e profundidade não foi possível estimar o Fped com precisão, o pedigree que utilizado com 188 animais possuia 99 fundadores, sendo 99 machos, 65 fêmeas, e o Fped encontrado foi igual a zero. A Figura 1 mostra a cobertura das ROH em cada cromossomo, observa-se que a cobertura no cromossomo 30 é proporcionamente maior comparando-se com os outros cromossomos. Dentre as causas, pode-se atribuir o fato de que o chip tem uma maior quantidade de SNPs neste cromossomo depois do cromossomo 1, e o cromossomo 30 está entre os de menor tamanho. Figura 1 Cobertura das ROH por cromossomo Observando a Figura 2 percebe-se que as diferentes distâncias médias entre os SNPs nos cromossomos são semelhantes, indicando que o painel de genotipagem utilizado capta

5 5 informações de SNPs distribuídos em um padrão homogêneo, ou seja, regiões previamente identificadas com marcadores associados à fenótipos de interesse não foram explorados. Figura 2 Distância média entre os SNPs por cromossomo 4. Conclusão Os coeficientes de endogamia estimados a partir das ROH são uma ferramenta muito útil para indicar níveis de endogamia em equinos, especialmente se não houver profundidade no pedigree ou se estiver incompleto. Além disso, as corridas de homozigosidade permitem um panorama sobre a endogamia na população ancestral. Em cada cromossomo as distâncias entre os marcadores SNPs foram homogenias, indicando que regiões de maior interesse não foram exploradas pelo painel. Referências CURIK, I.; FERENČAKOVIĆ, M.; SÖLKNER, J. Inbreeding and runs of homozygosity: A possible solution to an old problem. Livestock Science, Amsterdam, v. 166, n. 1, p , FERENČAKOVIĆ, M. et al. Runs of Homozygosity Reveal Genome-wide Autozygosity in the Austrian Fleckvieh Cattle. Agriculturae Conspectus Scientificus, Zagreb. 76, n. 4, p , LEUTENEGGER, A.-L., PRUM, B., GÉNIN, E., VERNY, C., LEMAINQUE, A., CLERGET-DARPOUX, F., THOMPSON, E.A., Estimation of the Inbreeding Coefficient through Use of Genomic Data. Am. J. Hum. Genet. 73,

6 6 MCQUILLAN, R. et al. Runs of Homozygosity in European Populations. American Journal of Human Genetics, Cambridge, v. 83, n. 3, p , PRYCE, J.E., HAYES, B.J., GODDARD, M.E., Novel strategies to minimize progeny inbreeding while maximizing genetic gain using genomic information. Journal of Dairy Science. 95, PURCELL, S. et al. PLINK: A tool set for whole-genome association and population-based linkage analyses. American Journal of Human Genetics, Cambridge, v. 81, n. 3, p , PURFIELD, D.; BERRY, D.; MCPARLAND, S.; BRADLEY, D. Runs of homozygosity and population history in cattle. BMC Genetics, 13 (1): 70, VANRADEN, P.M., Efficient Methods to Compute Genomic Predictions. Journal of Dairy Science. 91, WRIGHT, S. Coefficients of inbreeding and relationship. American Naturalist, Chicago, v. 117, n. 1, p , 1922.