Estudo de associação genética do temperamento em bovinos da raça Nelore 1

Estudo de associação genética do temperamento em bovinos da raça Nelore 1 Fabiane L. Silva 2, Luciana C. A. Regitano 3, Francisco Peñangaricano 4, Ana L. Paçó 5, Polyana C. Tizioto 6, Tad Sonstegard 7, Luiz L. Coutinho 8, Maurício A. Mudadu 3, Maurício M. Alencar 3, Guilherme J. M. Rosa 4, Gerson B. Mourão 8 Resumo: Velocidade de fuga (VF) é uma carcaterística utilizada para avaliar o temperamento em bovinos. Animais que possuem VF inferior são em geral mais calmos, e portanto mais fácéis de manejar nas fazendas. Por outro lado, animais com VF elevadas podem influenciar o desempenho produtivo dos rebanhos, devido à sua correlação com outras características econômicas importantes, como por exemplo, ganho de peso diário, qualidade e rendimento de carcaça. Com a disponibilidade do sequenciamento do genoma bovino, e o de plataformas de genotipagem de marcadores moleculares SNP (polimorfismos de base única) em larga escala, tornaram-se possível estudo de associações genéticas que visam a identificação de regiões cromossômicas associadas com características econômicas em bovinos. Assim, o objetivo desse estudo foi realizar análise de associação genômica com VF em bovinos da raça Nelore. A análise de associação genética entre VF e SNP foi realizada a partir da genotipagem de 599 animais utilizando o Illumina BovineHD BeadChip. Associações entre SNP e VF foram realizadas utilizando um modelo linear misto, que incluiu o efeito poligênico do animal e ambiente permanente como aleatórios, idade do animal como covariável linear e grupo de contemporâneo como efeito fixo. Foram encontrados marcadores associados com velocidade de fuga nos cromossomos 6, 7 e 14, em famílias de referência da raça Nelore. A análise dos marcadores identificados como associados com VF poderá permitir a identificação de QTLs e genes candidatos que se validados, poderão ser usados na seleção assistida por marcadores em programas de melhoramento genético animal da raça Nelore. Palavras chave: SNP chip, velocidade de fuga, Bos taurus indicus. 1 Parte da tese de doutorado da primeira autora 2 Doutoranda do Programa de Pós-Graduação em Ciência Animal e Pastagens ESALQ-USP, Piracicaba, São Paulo. 2 Bolsista da FAPESP. E-mail: fabianezte@yahoo.com.br. 3 Embrapa Pecuária Sudeste/São Carlos, São Paulo. 4 Department of Animal Science, University of Wisconsin, Madison, USA. 5 UNESP, Jaboticabal, SP. 6 Doutoranda do Programa de Pós-Graduação em Biologia Evolutiva e Genética Molecular, UFSCAR/São Carlos, SP. 7 Agricultural Research Center, United States Department of Agriculture (USDA), Beltsville, MD, USA. 8 Departamento de zootecnia ESALQ-USP/Piracaba, São Paulo. 1

Genome-wide association with temperament trait in a Nelore population Abstract: Genome wide association analysis of exit velocity was performed with the genotyping data of 599 animals using the Illumina BovineHD Bead Chip. Markers associated with exit velocity were found on chromosomes 6, 7, and 14. Such markers and respective chromosomic regions may harbor important QTLs that could be potentially used in marker assisted selection. Keywords: SNP chip, exit velocity, Bos taurus indicus 1 Introdução Velocidade de fuga (VF) é uma característica de temperamento que avalia o tempo que o animal leva para sair do brete ao longo de uma determinada distância [3]. Animais que possuem VF inferior são em geral mais calmos, sendo mais fácil de manejar nas fazendas. Diversos trabalhos têm mostrado que animais que apresentam VF elevadas podem influenciar o desempenho produtivo dos rebanhos, devido à sua correlação com outras características, tais como qualidade de carcaça, ganho de peso diário, bem como o bem-estar e segurança dos animais e funcionários [1]. O desenvolvimento de tecnologias de genotipagem de polimorfismos de base única (SNPs) em larga escala, possibilitou estudos que visam a identificação de regiões cromossômicas associados à características de interesse econômico em bovinos a nível genômico, e consequentemente a incorporação destas informaçãoes em programas de melhoramento genético por meio da seleção genômica. O objetivo desse estudo foi realizar uma análise de associação genômica com VF em bovinos da raça Nelore. 2 Material e Métodos Foram utilizados 599 novilhos descendentes de 32 touros Nelore registrados, pertencentes às principais linhagens da raça de uso comercial mais frequente, que compõem famílias de meio-irmãos provenientes de inseminação artificial em tempo fixo, e criados na Embrapa Pecuária Sudeste, localizada na cidade de São Carlos-SP, na Embrapa Gado de Corte, situada no município de Campo Grande-MS, e em três propriedades particulares dos Estados de Mato Grosso do Sul e Mato Grosso. A variável velocidade de fuga (VF) foi avaliada após cada pesagem dos animais, totalizando quatro avaliações. A VF foi avaliada nos animais após a 2

abertura da porta da balança. Avaliou-se o tempo gasto (em segundos) para que os animais percorressem uma distância de 2,3 metros. A genotipagem dos animais foi realizada no Laboratório de Genômica Funcional do Departmento de Agricultura dos Estados Unidos (USDA), utilizando a tecnologia Illumina Bovine HDbeadchip. O estudo de associação entre os SNPs contidos no chip e a variável VF foi analisada com um modelo misto (GBLUP) de acordo com [8] VF = 1µ + Xβ + Za + Zpe + e (1) em que VF é o vetor de observações de EV, μ é a média geral de registros fenotípicos, 1 é um vetor de 1s, X é uma matriz de incidência de efeitos fixos, β é o vetor dos efeitos fixos (grupo contemporâneo formado pelo ano de nascimento, local de nascimento e sistema de confinamento); Z é a matrix de incidência que aloca as informações de parentesco ao fenótipo dos animais; a é o vetor de valores genéticos a serem preditos g ~ N(0, Gσ 2 g), em que σ 2 g é a variância genética aditiva, e G é a matriz de relacionamento genômica; pe é o vetor de efeitos aleatórios de ambiente permanente de animal com pe ~ N(0, Iσ 2 pe), ɛ é o vetor de residuos ε ~ N(0, Iσ 2 e). A matrix de relacionamento genômica (G) entre os indivíduos foi obtida da sequinte forma [7]: G ( ) ( ) 2 m p ( p ) em que M é a matriz de genótipos com o número total de marcadores (colunas) e o número total de indivíduos genotipados (linhas), P é uma matriz de frequências alélicas. A matriz G foi construída utilizando o programa pregsf90 [2], que é uma versão do programa BLUPf90 [5]. Após o ajuste do modelo e prediões dos valores genéticos doa animais, os efeitos dos marcadores SNP foram derivados de acordo com [8], utilizando uma matriz de relacionamento genômico ponderada: ĝ = DZ [ZDZ ] â em que g é o vetor dos efeitos dos marcadores SNP, D é uma matriz diagonal de pesos para os variância dos SNPs, a é vetor de valores genéticos genômico dos animais. O programa 3

postgsf90 foi usada para a obtenção de soluções dos efeitos dos SNP [8]. Após a análise de associação genética os efeitos dos SNP foram apresentados em um gráfico (Manhattan Plot), para a visualização dos efeitos dos marcadores SNP ao longo dos cromossomos através do pacote gap do software R [6] 3 Resultados e Discussão Os resultados de associação entre os SNPs presentes no chip e VF são apresentados na Figura 1. Identificou-se diversas regiões de QTL para VF, na qual podem-se observar os principais efeitos de maior magnitude localizadas nos cromossomos 6, 7 e 14. No cromossomo 7 foram encontradas dois SNPs associados com VF (SNPs = BovineHD0700020072 e BovineHD0700020070), localizados em uma região de QTL para característica de temperamento em animais Holândes x Charolês, descrito por [4], entretanto nenhum gene anotado foi identificado na região em que se encontram esses SNPs. O SNP = BovineHD1400015257, localizado no cromossomo 14 apresentou uma possível associação com VF. Este marcador SNP está localizado em uma região do genoma onde não há genes anotados e QTLs já descritos para características de temperamento. Estudos adicionais são necessários para validar associações encontradas nesse estudo antes que essas informações possam ser utilizadas em programas de melhoramento genético, e deve ser tratado com cautela, pois podem se tratar de falso-positivos. Figura 1. Manhattan plot com os resultados de associação dos SNPs com velocidade de fuga. 4

4 Conclusões Marcadores moleculares identificados nos cromossomos 6, 7 e 14 foram associados com VF nessa população da raça Nelore, o que demonstra o a existência de um componente genético contibuindo com a variação dessa característica. Estudos de mineração e interpretação biológica destas regiões associadas com VF poderão contribuir para a identificação de genes candidatos posicionais. Estudos adicionais de validação desses marcadores poderão contribuir para implementação dessa informação em programas de melhoramento da raça Nelore. 5 Agradecimentos À Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA), Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) e à Rede BifeQualis. 6 Referências [1] SANT'ANNA, A. C. M.; PARANHOS DA COSTA, J. R.; BALDI, F.; RUEDA, P. M.; ALBUQUERQUE, L. G. Genetic associations between flight speed and growth traits in Nellore cattle. Journal Animal Science, 90, 427-3432, 2012. [2] AGUILAR, I., MISZTAL, I., JOHNSON, D. L., LEGARRA, A., TSURUTA, S.; LAWLOR, T. J. Hot topic: A unified approach to utilize phenotypic, full pedigree, and genomic information for genetic evaluation of Holstein final score. Journal of Dairy Science, 93, 743 752, 2010. [3] BURROW, H. M., G. W. SEIFERT, AND N. J. CORBET. A new technique for measuring temperament in cattle. Proc. Aust. Soc. Anim. Prod. 17:154-157, 1988. [4] GUTIÉRREZ-GIL, B.; BAL, N, BURTON, D.; HASKELL, M.; WILLIAMS, J.L.; WIENER, P. Identification of Quantitative Trait Loci Affecting Cattle Temperament. Journal Heredity, 99, 629-638, 2008. [5] MISZTAL, I., TSURUTA, S., STRABEL, T., AUVRAY, B., DRUET, T.; LEE, D. H. BLUPF90 and related programs BGF90. In The 7th World Congress Genetics Application Livestock Production, pp. 28, Montpellier, France, 2002. [6] R DEVELOPMENT CORE TEAM. (2009). R: A Language and Environment for Statistical Computing. Vienna: R Foundation for Statistical Computing. [7] VANRADEN, P.M. Efficient methods to compute genomic predictions Journal Dairy Science, 91, 4414 4423, 2008. [8] WANG, H., I. MISZTAL, I. AGUILAR, A. LEGARRA; W. M. MUIR. Genome-wide association mapping including phenotypes from relatives without genotypes. Genet. Res. 94, 73-83, 2012. 5