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Resistência genética para o
controle do carrapato Fernando F. Cardoso, DVM, PhD
Embrapa Pecuária Sul, Bagé, Brazil
R. (B.) microplus – Distribuição
global
60o
45o
30o
15o
0o
15o
30o
45o
Ralph Bram, FAO, 1983
Principais perdas com carrapato
Diminuição na reprodução, crescimento, produção de leite, etc. (hematofagismo)
Desvalorização do couro/infecções secundárias
Altos gastos com insumos
Presença de resíduos na carne
Resistência do parasito aos acaricidas
Transmissão dos agentes causadores da tristeza parasitária (TPB)
Atinge 40% das propriedades do RS com 5,7 bovinos mortos/ano (ANDRADE et al., 2007)
Perdas produtivas em bovinos no Brasil de US$ 3 bilhões/ano (GRISI et al., 2014)
Cruzamento com raças taurinas
Viabilidade em larga escala
usando raças britânicas limitada
pela maior susceptibilidade
ao carrapato e outros
ectoparasitas
ao calor e irradiação solar
x
Melhorar rapidamente
a precocidade e
qualidade da carne de
populações zebuínas
Composição racial x
contagem de carrapatos
0
5
10
15
20
ANAN ANCR ANHH ANNE HHAN HHHH NEAN NENE
Composição Racial
(AN = Angus, CR=Caracu, HH=Hereford, NE = Nelore)
Nú
me
ro d
e c
arr
apa
tos
c c c b c c a a
A boa notícia!
Existe variabilidade genética para resistência ao
carrapato (Oliveira et al., 1989; Gomes, 1992; Frisch, 1999; Burrow, 2001)
Potencial para o melhoramento dessa
característica nos bovinos
Rota para seleção efetiva
Predição das diferenças genéticas nas características adaptativas (grau de resistência)
Requisitos da genética quantitativa
Bons fenótipos (contagem de carrapatos etc.)
Informação confiável de pedigree
Parâmetros genéticos (herdabilidade e correlações genéticas)
Ajuda da genética molecular
Seleção genômica (SG)
Não existem paineis de marcadores
para Hereford e Braford no Brasil
Por que GENÔMICA?
Desvendar a estrutura e as funções de genomas e aplicar este conhecimento na medicina,
farmacologia, agricultura etc.
Milhares de marcadores ou
sequências de DNA
Bioinformática & bioestatística
Conceitos de genética e fisiologia
•BRAC1 & BRAC2 • 5x risco de câncer de mama • 10-30x risco de câncer de
ovário
• Exemplos de aplicações
• Identificar as bases de doenças monogênicas
• Determinar o risco de doenças complexas
• Farmacogenômica
• Seleção genômica em animais de produção
• Desenvolver culturas mais resistentes aos fatores limitantes do seu crescimento
O que são os marcadores
moleculares?
Segmentos do código genético (DNA) Com sequência e posição no genoma conhecidas
Têm pelo menos duas formas (alelos) distintas (polimorfismo)
Ligados a genes funcionais
Resistência a doenças
Desempenho em características produtivas e de qualidade dos animais
SNP -Single Nucleotide Polymorphism
Mudança de uma única base na sequência genética de um indivíduo em comparação com um genoma de referência
Milhões na genoma
Menor custo e mão-de-obra (automação)
Era pós-genômica do gado (2008) Genotipagem de SNPs em larga escala e
Sequenciamento de DNA
• Foco no estudo de um ou poucos genes
• Marcadores esparsos = conhecimento limitado em características complexas
Antes
• Foco em todos os genes e suas funções coletivas
• Marcadores densos = pelos menos um marcador ligado a cada gene que afeta a característica de interesse
Depois
Usos potenciais das tecnologias
de DNA no gado
Verificação de
paternidade
Rastreabi-lidade
Acasala-mentos dirigidos
Seleção aprimora-da pela
genômica
Manejo de
precisão
Composi-ção racial
Acasalamentos dirigidos
Não
relacionados
por pedigree
Relações em primeiro
grau com erro de pedigree Meio-irmão
Genômica e a equação do
melhorista Ganho genético anual
DG =
r ´ i ´sA
IG
• Maior acurácia (r) em idades mais jovens • Correção de pedigree
• Estimação da amostragem mendeliana
• Redução do intervalo de gerações (IG)
• Manutenção da variabilidade genética (σA)
• Melhor controle da consanguinidade
• Útil para características difíceis de
melhorar • Baixa herdabilidade (reprodução, saúde)
• Limitadas por sexo (reproducão, leite)
• Medidas tardiamente (longevidade, vida
produtiva)
• Pouco fenótipos ou GxA (consumo,
metano, adaptação)
• Requer sacrifício do animal (carcaça,
qualidade da carne, saúde)
O auxílio da genômica pode ser
importante na seleção de bovinos
de corte?
Pouco provável
•Pesos
•Ganhos
•Medidas e escores corporais
Talvez
•Características de carcaça
•Habilidade materna
•Facilidade de parto
•Prenhez de novilhas
Muito provável
•Consumo e eficiência alimentar
•Resistência a doenças/parasitas
•Características de adaptação/rusticidade
•Habilidade de permanência
•Qualidade de produto (maciez, perfil de ácidos graxos etc.)
Adaptado de Macneil, 2014
Equação de predição
Valor genômico direto
VGD=x1g1+x2g2+…xGgG
Seleção genômica
Efeito do marcador
Estimar os efeitos de
marcadores por todo o
genoma
População de referência
Fenótipos
Genótipos
Genótipo SNP
Candidatos a seleção
Genótipos
Reprodutores selecionados
Σ= +10kg
-50g
+75g
+5g
-100g
-5g
-50g
+100g
+100g
+100g
-50g
+75g
+5g
-100g
-5g
-50g +100g
+1000g
-50g
+75g
+5g
-5g
-50g
etc . . .
VGD = soma das estimativas dos
efeitos dos marcadores em cada
região do genoma
Exemplo do Hereford e Braford no Brasil
Incorporação da genômica no
melhoramento animal
Apoio: Fontes financiadoras:
EMBRAPA, CNPq, CAPES e
Conexão Delta G
Objetivo geral:
Desenvolver estratégias para seleção genômica de animais mais resistentes à infestação natural por carrapatos e outras características de adaptação
Unindo forças...
População de referência (fenótipos & genótipos)
Protocolo para contagem de
carrapatos e obtenção de amostras
biológicas em nível de fazenda
5.248 animais avaliados entre 2010 and
2015
12.513 contagens (2 a 3/animal)
Escores para pigmentação e pelame
Extração de DNA e genotipagem
3750 animais jovens (2.841 animais
Braford e 909 Hereford) safras 2010-15
(50K) e 230 touros-pais (777K)
41.011 marcadores SNP (78%)
Parâmetros genéticos para
resistência ao carrapato
Reis, 2015
Trait NCarr GD CD PD MD GPD CS PS MS PE
Número de carrapatos 0,19 -0,12 -0,15 -0,04 -0,12 0,10 -0,19 -0,05 -0,13 0,13
Ganho desmama 0,01 0,35 0,91 0,73 0,76 -0,09 0,72 0,29 0,41 0,30
Conformação D -0,01 0,64 0,28 0,81 0,87 -0,14 0,78 0,39 0,57 0,26
Precocidade D 0,01 0,54 0,67 0,23 0,91 -0,24 0,59 0,68 0,67 0,22
Musculatura D -0,01 0,56 0,73 0,72 0,26 -0,23 0,66 0,56 0,75 0,20
Ganho pós-desmama -0,00 -0,18 -0,12 -0,16 -0,15 0,14 0,35 0,25 0,22 0,08
Conformação S -0,02 0,39 0,39 0,30 0,33 0,36 0,18 0,60 0,74 0,25
Precocidade S -0,01 0,22 0,24 0,32 0,28 0,33 0,61 0,18 0,81 0,14
Musculatura S -0,02 0,27 0,30 0,31 0,35 0,31 0,70 0,67 0,17 0,15
Perímetro Escrotal 0,03 0,28 0,20 0,16 0,16 0,19 0,27 0,21 0,22 0,43
Variância Fenotípica 0,10 494,9 0,76 0,85 0,87 737,9 0,73 0,82 0,82 7,00
`
Acurácia vs. vies dos métodos
usados na predição dos DGVs
Acurácia
Correlação entre o valor genético predito e o verdadeiro
Correlação genética entre os valores genômicos e os fenótipos ajustados (Saatchi et al.,2011)
Viés de predição
Regressão dos registros ajustados nos DGVs
rg
y *,VGD( )
y* = a + b ´VG
Alta acurácia e
com viés
Alta acurácia e
sem viés
Baixa acurácia e
com viés
Baixa acurácia
e sem viés
Acurácia até 84% maior para grupos K-means e 94% para aleatórios em relação a avaliação tradicional
ssGBLUP: acurácia de 0.61 no Braford e 0.29 no Hereford
K-means clusters Random clusters
Method Accuracy Bias Accuracy Bias
BLUP 0.26±0.06 1,09 0.29±0.07 1.07
GBLUP_GL 0.41±0.08 0.81 0.46±0.08 0.87
BayesB_GL 0.43±0.09 0.68 0.46±0.09 0.76
GBLUP_GC 0.39±0.05 1.07 0.48±0.07 1.16
BayesB_GC 0.42±0.08 0.93 0.49±0.08 1.06
ssGBLUP 0.48±0.08 0.69 0.56±0.07 0.52
Seleção genômica em uma etapa
(single-step)
Fenótipos
Co. AG
ssGBLUP
Pedigree SNP
Empresa de
genotipagem
Rebanhos de seleção
Associação de criadores Dados históricos População referência Equação de predição Genótipos
GEBV DNA
Genótipos
Aguilar et al., 2010
Fenótipos dos
animais selecionados
Avaliação genômica de touros
Hereford e Braford
https://www.embrapa.br/publicacoes
• Características avaliadas
– Resistência ao carrapato
– Pigmentação ocular
– Pelame à desmama
– Pelame ao sobreano
– Caracterização racial (Braford)
• Touros avaliados
– 148 Braford
– 114 Hereford
• Avaliação genômica em uma etapa
– Informação de fenótipos, pedigree e SNPs
Como ler o sumário genômico? • Identificação do touro
Nome
Apelido Registro Nascimento GS¹
ALVORADA38-E559(PARCEIRO)
PARCEIRO CG-107427 01/10/2005 38
1 GS = Grau de sangue
zebuíno do touro
(somente Braford)
4DEPG= Diferença esperada na progênie aprimorada pela genômica 5Acurácia da DEPG 6Percentil de classificação da DEPG na população avaliada 7Grau da DEPG = desempenho da progênie menos favorável, quanto maior a barra
vermelha, ou mais favorável, quanto maior a barra verde
• Avaliação genômica
Característica DEPG4 AC5 TOP6
ResistênciaaoCarrapato 67 25 0.56 0.85 21% -Res +Res
PigmentaçãoOcular 229 25 -0.02 0.96 64% -Pig +Pig
PelameaDesmama 243 25 -0.02 0.97 64% -Adap +Adap
PelameaoSobreano 208 25 -0.05 0.96 88% -Adap +Adap
CaracterizaçãoRacial 241 25 0.11 0.96 12% -Rac +Rac
Fenótipos²
Genótipos³ GraudaDEPG7
2Fenótipos= Número de medidas em filhos do touro; 3Genótipos= Filhos que foram genotipados;
Touros referência (alta acurácia)
• Braford
• Hereford
Apelido Registro Nascimento GS¹ DEPG4 AC5 TOP6Fenótipos²/Genótipos³ GraudaDEPG7
RETRUCO CG-85027 15/10/02 14 41 17 2.04 0.80 1% -Res +Res
GUABIJU CG-119111 26/09/06 38 26 19 1.70 0.73 1% -Res +Res
NEWCORRY ES-IA-B018 10/04/00 38 26 10 1.59 0.75 1% -Res +Res
TAURA CG-111100 16/09/06 38 29 10 0.85 0.76 11% -Res +Res
PORTINARI CG-88982 09/11/02 38 20 4 0.80 0.73 12% -Res +Res
92938807CHA CG-137868 23/08/07 38 28 14 0.59 0.73 19% -Res +Res
FORMULA-1 CG-101292 15/10/04 38 204 85 0.56 0.93 20% -Res +Res
PARCEIRO CG-107427 10/01/05 38 67 25 0.56 0.85 21% -Res +Res
DUQUE CG-39122 24/09/97 14 359 49 0.38 0.93 29% -Res +Res
BIGBROTHER CG-73647 21/09/01 38 193 62 0.35 0.94 30% -Res +Res
Apelido Registro Nascimento Fenótipos²/Genótipos³ DEPG4 AC5 TOP6 GraudaDEPG7
SHANNON ES-IA-485 07/09/00 24 8 1.20 0.66 1% -Res +Res
MALBEC ES-151179 14/09/05 64 26 0.74 0.81 4% -Res +Res
RIB_EYE ES-IA-505 23/03/05 136 20 0.56 0.87 10% -Res +Res
CHARRUA ES-IA-461 06/09/99 63 21 0.49 0.83 13% -Res +Res
CORONILLA ES-IA-525 09/10/99 59 22 0.27 0.81 26% -Res +Res
Como interpretar a DEPG para
resistência?
• Expressa em desvios-padrão (σ) da variabilidade genética para
resistência
• Diferença esperada entre os filhos do Touros K (DEPG=-1σ) e do
Touros D (DEPG=+1σ) é de 2σ
Baixa
Média
Alta
Diferença prática na progênie de
touros Braford
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
Low(≤-0.5SD) Medium High(≥0.5SD)
32.6
27.4
20.8
Averageprogeny
ckcounts
ResistanceGEBV
• 6 carrapatos a menos/ σ de DEPG Resistência
Seleção por índices ou formação
de linhagens?
Reis et al., submetido
Resistência genética de bovinos Braford reduz carga de carrapatos, produção e massa de ovos e eficiência de das teleóginas
Pesquisa atual Maximizando o
investimento em
dados moleculares
Densidades de genotipagem
Bovine HD (770K)
Bovine SNP50 (50K)
Bovine LD (8K)
~$160
~$65
~$30
Imputação de genótipos –
reduzindo custos de genotipagem
Animais jovens genotipados para 8K ($30) e avaliados com a informação equivalente a 50K ($65) ou 777K ($160)
Touro – 50K ou 777K Vaca – 50K ou 777K
Progênie- 8K
Schenkel et al., 2012
F=Fimpute; B=Beagle; NE=Nelore; P=Pedigree
Acurácia média LD→50K = 94,3% (Fimpute)
Marcadores (41045 SNPs) pelos cromossomos 1-29
Efe
ito
Pa
dr.
do
s M
arc
ad
ore
s (4
1045 S
NP
s)
GWAS detecção de marcadores específicos e mutações causais
BayesB, π=0.99
Nome Marcador (SNP) Efeito Marcador Padr. Cromossomo Posição
ARS-BFGL-NGS-5811 1,403625556 15 37534610
ARS-BFGL-NGS-111179 1,135088877 11 101217080
Hapmap58695-rs29019899 0,882801909 10 51735816
Hapmap22875-BTA-155031 0,829131575 4 113721793
Hapmap52967-rs29017027 0,621014514 5 14044364
Hapmap60779-rs29022104 0,614389545 11 65975590
Hapmap34041-BES1_Contig298_838 0,532197268 20 17837675
Hapmap40517-BTA-33731 0,520136991 13 73782308
Hapmap44228-BTA-34185 0,496029752 13 14814734
BTB-02002785 0,478146236 6 49130874
BTB-00915241 0,461448522 14 54323858
ARS-BFGL-NGS-113378 0,456498748 2 134486603
ARS-BFGL-NGS-13702 0,3888005 20 71498820
ARS-BFGL-NGS-40365 0,380880256 16 40059619
BTA-60194-no-rs 0,338216824 14 54291662
BTB-00082871 0,330247107 2 20699862
ARS-BFGL-NGS-60054 0,315492236 10 46571563
ARS-BFGL-BAC-37178 0,305107785 25 30062438
ARS-BFGL-NGS-107048 0,30012056 10 18395377
Painel reduzido com 58 marcadores (0,14% de 41.045)
relacionados à resistência ao carrapato retendo 70% da
acurácia do painel completo
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Sollero et al., submetido
Mais fenótipos de enfermidades… Tristeza parasitária, ceratoconjuntivite e carcinoma
ocular
Outras 22 características econômicas…
DEPs Genômicas para resistência
ao carrapato no mercado!
Considerações finais • Já temos tecnologia para seleção genômica do Hereford e
Braford no Brasil!
• Vantagens potenciais para os produtores • Aumento do ganho genético pela seleção combinando DEP
tradicional e predições genômicas
• Formação de linhagens geneticamente diferenciadas
• Expandir para outras características de alto valor econômico • Resistência a doenças e adaptação
• Reprodução
• Eficiência alimentar
• Qualidade de produto (Perfil de ácidos graxos, maciez e marmoreio da carne)
• Modelos eficientes de negócios • Custo de genotipagem precisa cair
• Imputação 8K -> 50K -> 777K
• Paineis de baixa densidade com marcadores mais informativos
Agradecimentos
Muito obrigado!
[email protected] 53-32404650