Population structure and inbreeding of Holstein cattle in southern Brazil

The present investigation aimed to evaluate the population structure and inbreeding of Holstein herds in southern Brazil. To carry out the analysis, the Associação Paranaense de Criadores de Bovinos da Raça Holandesa (APCBRH) in Brazil provided the data, which consisted of a pedigree file of 206,796 animals born between 1970 and 2014. Results regarding the following parameters were determined: pedigree integrity, effective number of founders, effective number of ancestors, generation interval, inbreeding coefficient, realized effective population size, and average relatedness coefficient. POPREP and ENDOG v.4.5 software packages were employed to estimate these parameters. Based on the data set, the mean generation interval was found to be 6.3 years, and the average inbreeding coefficient, related to inbred animals, was 4.99%. Furthermore, the realized effective population size varied throughout the time period, ranging from 22 to 114, whereas the rate of inbreeding in this same period showed a decreasing trend towards the later years in the period until 2014. Upon evaluation, average relatedness coefficient was estimated to be 0.71%. Moreover, the effective number of founders and ancestors were estimated as 418 and 400 animals, respectively. According to the level of inbreeding observed, it could be noticed that genetic diversity remains elevated, which will be important to the genetic progress in the Holstein breeding program in Southern Brazil.(AU)

Estrutura populacional da raça Girolando / Population structure of Girolando breed

O objetivo neste estudo foi avaliar a estrutura genética da população de bovinos da raça Girolando no Brasil. Analisou-se o arquivo de pedigree de 26.969 animais, composto de 3.031 machos e 23.938 fêmeas. O nível de conteúdo de informação do pedigree na geração atual foi 61%, mostrando ser de qualidade moderada. O coeficiente de endogamia médio e o coeficiente de relação médio da população Girolando foram 0,11 e 0,13%, respectivamente. O tamanho efetivo da população, considerando a geração completa traçada, foi 188, acima do nível crítico. Do total de 9.457 ancestrais que contribuíram para a população de referência, 457 explicaram 50% da variabilidade genética da população. O número efetivo de fundadores foi 551 e o de ancestrais 393. O intervalo médio de geração foi de 5,26 anos, sendo ligeiramente maior nas trilhas gaméticas mãe-filho e pai-filha. A partir dos coeficientes estimados, pode-se concluir que a endogamia nos rebanhos da raça Girolando foi de pequena magnitude e que as práticas de acasalamento foram adequadas durante o período avaliado. No entanto, é importante continuar com o monitoramento desses coeficientes a fim de prevenir perda de variabilidade genética.

The aim of this study was to evaluate the population structure of Girolando cattle in Brazil. The pedigree file contained 26,969 individuals, from which 3,031 were males and 23,938 were females. The average level of completeness of the pedigree in the current generation was of reasonable quality (61%). Inbreeding and average relatedness coefficients were low: 0.11 and 0.13%, respectively. Estimates of effective population size considering the full generations traced was 188, which is above the critical level range. The number of ancestors that contributed to the reference population was 9,457 animals, from which 457 explained 50% of the genetic variability of the population. The effective number of founders and the effective number of ancestors in this population were, respectively, 551 and 393. The average generation interval was 5.26 years, slightly higher in genetic pathways dam-son and sire-daughter. The inbreeding in the Girolando breed was of small magnitude, indicating that the current practices of mating were adequate during the study period. However, it is important to continue monitoring these coefficients in order to prevent loss of genetic variability.

Estrutura populacional da raça Girolando / Population structure of Girolando breed

O objetivo neste estudo foi avaliar a estrutura genética da população de bovinos da raça Girolando no Brasil. Analisou-se o arquivo de pedigree de 26.969 animais, composto de 3.031 machos e 23.938 fêmeas. O nível de conteúdo de informação do pedigree na geração atual foi 61%, mostrando ser de qualidade moderada. O coeficiente de endogamia médio e o coeficiente de relação médio da população Girolando foram 0,11 e 0,13%, respectivamente. O tamanho efetivo da população, considerando a geração completa traçada, foi 188, acima do nível crítico. Do total de 9.457 ancestrais que contribuíram para a população de referência, 457 explicaram 50% da variabilidade genética da população. O número efetivo de fundadores foi 551 e o de ancestrais 393. O intervalo médio de geração foi de 5,26 anos, sendo ligeiramente maior nas trilhas gaméticas mãe-filho e pai-filha. A partir dos coeficientes estimados, pode-se concluir que a endogamia nos rebanhos da raça Girolando foi de pequena magnitude e que as práticas de acasalamento foram adequadas durante o período avaliado. No entanto, é importante continuar com o monitoramento desses coeficientes a fim de prevenir perda de variabilidade genética.(AU)

The aim of this study was to evaluate the population structure of Girolando cattle in Brazil. The pedigree file contained 26,969 individuals, from which 3,031 were males and 23,938 were females. The average level of completeness of the pedigree in the current generation was of reasonable quality (61%). Inbreeding and average relatedness coefficients were low: 0.11 and 0.13%, respectively. Estimates of effective population size considering the full generations traced was 188, which is above the critical level range. The number of ancestors that contributed to the reference population was 9,457 animals, from which 457 explained 50% of the genetic variability of the population. The effective number of founders and the effective number of ancestors in this population were, respectively, 551 and 393. The average generation interval was 5.26 years, slightly higher in genetic pathways dam-son and sire-daughter. The inbreeding in the Girolando breed was of small magnitude, indicating that the current practices of mating were adequate during the study period. However, it is important to continue monitoring these coefficients in order to prevent loss of genetic variability.(AU)

Comparação de metodologias de seleção sob oscilação genética / Comparison of selection methodologies under genetic drift

Determinou-se o número adequado de repetições na comparação de métodos de seleção tradicionais e associados a marcadores moleculares, com diferentes tamanhos efetivos e sob diferentes sistemas de acasalamento dos reprodutores selecionados, usando simulação com o programa GENESYS. Para comparar os diferentes métodos de seleção utilizaram-se populações com tamanhos efetivos de 18,18 (TE1) e de 66,66 (TE2) e uma, 10 e 30 repetições por geração, avaliando-se os valores fenotípicos médios. Para as situações com apenas uma repetição, os resultados apresentaram incoerências, independentemente do tamanho efetivo (TE1 ou TE2) ou do sistema de acasalamento (RAA - reprodutores acasalados aleatoriamente, EIC - exclusão de irmãos completos ou EICMI - exclusão de irmãos completos e meio-irmãos). Observou-se que a oscilação genética influencia o ganho genético, principalmente, em populações com pequeno tamanho efetivo e que um valor mínimo de 10 repetições por geração é necessário para assegurar a consistência dos resultados obtidos pelos métodos de seleção.(AU)

This work was carried out to determine the required number of replicates for comparison of conventional and molecular marker-associated selection methods in distinct effective population sizes and different mating systems, by simulations using the software GENESYS. Effective populational size of 18.18 (ES1) and 66.66 (ES2), and one, 10, and 30 replicates per generation were used to compare the different selection methods, based on mean phenotypic values. Incongruences results were observed when a single replicate was considered independently of effective size (ES1or ES2) and the mating system (random mating; exclusion of full-sibs or exclusion of both full and half-sibs). Genetic oscillation influenced the genetic gain, mainly in populations of small effective size. Furthermore, at least 10 replicates per generation were required to obtain sound consistent results for both selection methods.(AU)

Genetic structure of the registred polled gir breed in Brazil / Estrutura genética da raça Gir Mocha registrada no Brasil

Using pedigree records of the Polled Gir animals in Brazil born between 1976 and 1998, the inbreeding and effective population size were calculated and genetic variability was determined by parameters based on probabilities of gene origin. The data file was separated in the following periods: 1979-1983, 1984-1988, 1989-1993 e 1994-1998. The total inbreeding increased from 0.22% to 3.06%, the expected inbreeding under random mating increased from 0.07% to 1.54% and the inbreeding due to population subdivision increased from 0.14% to 1.54%, indicating that genetic subdivision in this population is relevant. The effective population size was estimated from the total inbreeding and decreased from 229 to 24. Based on the probabilities of gene origin the effective number of founders, ancestries and remaining genomes decreased over the periods, reaching values of 29, 28 and 19. The results of this study indicate the need for active management to increase genetic variability for conservation and breeding purposes.

Utilizando dados do registro genealógico de animais da raça Gir Mocho, nascidos entre 1976 e 1998, foram calculadas a endogamia, o tamanho efetivo e avaliada a variabilidade genética desta raça por meio dos parâmetros de probabilidade de origem do gene. O banco de dados foi separado nos seguintes períodos: 1979-1983, 1984-1988, 1989-1993 e 1994-1998. A endogamia total aumentou de 0,22% para 3,06%, a esperada sob acasalamento ao acaso aumentou de 0,07% para 1,54%, e a endogamia atribuída a subdivisão populacional aumentou de 0,14% para 1,54% indicando a existência de subdivisão genética na raça Gir Mocho. O tamanho efetivo populacional estimado pelo coeficiente total de endogamia decresceu de 229 para 24. Tendo-se como base a probabilidade de origem do gene foram calculados os números efetivos de fundadores, de ancestrais e de genomas remanescentes. Esses parâmetros decresceram ao longo dos períodos atingindo valores de 29, 28 e 19. Os parâmetros que expressam a variabilidade genética da raça decresceram ao longo dos períodos, indicando a necessidade de monitoração da raça para fins de conserva ção e melhoramento genético.

Efeitos da seleção individual e da seleção baseada no BLUP em populações diferentes, quanto ao tipo de acasalamento / Individual selection and selection based on BLUP effects in different populations, according to mating design

Dados simulados foram utilizados para avaliar o desempenho da seleção individual e da seleção baseada no melhor preditor linear não-viesado (BLUP), em populações que diferiam entre si, quanto ao tipo de acasalamento, no decorrer de 50 gerações. Estudou-se uma característica quantitativa com herdabilidade igual a 0,10, em populações de 600 indivíduos, que apresentaram a seguinte estrutura: valores de razão sexual (d), de 10 e 50, tamanhos efetivos de população (Ne), de 36,36 e 7,84 e intensidade de seleção dos machos (im), de 2,23 e 2,82. Em cada valor de d, formaram-se populações correspondentes ao tipo de acasalamento, em todas as gerações: acasalamentos preferenciais de meios-irmãos e irmãos completos, acasalamentos preferenciais entre meios-irmãos, acasalamentos ao acaso, exclusão de acasalamentos entre irmãos completos e exclusão de acasalamentos de meios-irmãos e irmãos completos. As características avaliadas ao longo das gerações foram: valores fenotípicos médios, consangüinidade média, perda percentual por fixação de alelos desfavoráveis e limite da seleção. Observou-se que o BLUP, o tipo de acasalamento, excluindo acasalamentos entre irmãos e a menor razão sexual, juntos, proporcionaram os melhores resultados de valores fenotípicos, durante 45 gerações de seleção. Nessa estratégia de seleção, verificou-se também atraso no número de gerações necessárias para se atingir determinado nível de consangüinidade.(AU)

The performance of individual selection and of selection based on best linear unbiased prediction (BLUP) for simulated data of a low heritability trait (h2=.10) selected for fifty generation in a population of 600 animals with different mating structures were evaluated. The mating structures evaluated were: mating ratio (d) of 10 and 50, population size (Ne) 36.36 and 7.84 and male selection intensity (im ) of 2.23 and 2.82. For each d level half and full sib matings, half sib matings, random mating systems and the exclusion of full sib and of half and full sib matings were also evaluated. The average phenotypic value, average inbreeding, percentage of loss by fixation of undesirable alleles and selection limit were studied. The results suggested that BLUP, mating systems with exclusion of between sib matings, and the smallest mating ratio resulted in higher phenotypic value along the 45 generation of selection and the number of generations to reach a specific inbreeding coefficient considering this selection strategy increased.(AU)

Genetic structure of the registred polled gir breed in Brazil / Estrutura genética da raça Gir Mocha registrada no Brasil

Using pedigree records of the Polled Gir animals in Brazil born between 1976 and 1998, the inbreeding and effective population size were calculated and genetic variability was determined by parameters based on probabilities of gene origin. The data file was separated in the following periods: 1979-1983, 1984-1988, 1989-1993 e 1994-1998. The total inbreeding increased from 0.22% to 3.06%, the expected inbreeding under random mating increased from 0.07% to 1.54% and the inbreeding due to population subdivision increased from 0.14% to 1.54%, indicating that genetic subdivision in this population is relevant. The effective population size was estimated from the total inbreeding and decreased from 229 to 24. Based on the probabilities of gene origin the effective number of founders, ancestries and remaining genomes decreased over the periods, reaching values of 29, 28 and 19. The results of this study indicate the need for active management to increase genetic variability for conservation and breeding purposes.

Utilizando dados do registro genealógico de animais da raça Gir Mocho, nascidos entre 1976 e 1998, foram calculadas a endogamia, o tamanho efetivo e avaliada a variabilidade genética desta raça por meio dos parâmetros de probabilidade de origem do gene. O banco de dados foi separado nos seguintes períodos: 1979-1983, 1984-1988, 1989-1993 e 1994-1998. A endogamia total aumentou de 0,22% para 3,06%, a esperada sob acasalamento ao acaso aumentou de 0,07% para 1,54%, e a endogamia atribuída a subdivisão populacional aumentou de 0,14% para 1,54% indicando a existência de subdivisão genética na raça Gir Mocho. O tamanho efetivo populacional estimado pelo coeficiente total de endogamia decresceu de 229 para 24. Tendo-se como base a probabilidade de origem do gene foram calculados os números efetivos de fundadores, de ancestrais e de genomas remanescentes. Esses parâmetros decresceram ao longo dos períodos atingindo valores de 29, 28 e 19. Os parâmetros que expressam a variabilidade genética da raça decresceram ao longo dos períodos, indicando a necessidade de monitoração da raça para fins de conserva ção e melhoramento genético.

Estrutura populacional da raça Nelore Mocho

The population structure of the Polled Nelore breed using pedigree records from animals registered from 1969 to 1998 was described. The data file was divided in the following periods: 1979-1983, 1984-1988, 1989-1993 and 1994-1998. Descriptive statistics of the number of breeders, sires and dams were calculated. The total inbreeding increased from 0.55% to 0.98%, the inbreeding expected under random mating increased from 0.11% to 0.56%, and the inbreeding due to population subdivision was constantly around 0.45%, indicating that genetic subdivisions of the Polled Nelore breed is near to zero and quite irrelevant. The effective population size estimated from the total inbreeding was around 120. The upgrading of non-registered animals increased from 4,630 to 13,907 animals, however, this action was not enough to increase the effective population size. Based on probabilities of gene origin the effective numbers of founders, ancestors and remaining genomes were calculated. These parameters decreased over the period reaching values of 144, 98 and 64. All the estimates were analogous in the description of the population genetic structure and should be considered in developing future selection programs.

Descreveu-se a estrutura populacional da raça Nelore Mocho utilizando dados do registro genealógico de animais nascidos entre 1969 e 1998. O banco de dados foi separado em quatro períodos de 1979-1983, 1984-1988, 1989-1993 e 1994-1998. Calcularam-se as estatísticas descritivas do número de criadores, de reprodutores e de reprodutrizes. A endogamia total aumentou de 0,55% para 0,98%, a esperada sob acasalamento ao acaso aumentou de 0,11% para 0,56% e a endogamia devido à subdivisão populacional permaneceu constante, ao redor de 0,45%, indicando que a subdivisão genética da raça Nelore Mocho é próxima a zero e praticamente inexistente. O tamanho efetivo populacional foi estimado pelo coeficiente total de endogamia e permaneceu ao redor de 120. A inclusão de animais no livro genealógico aumentou de 4.630 para 13.907, entretanto, esta ação não foi suficiente para incrementar o tamanho efetivo. Baseado na probabilidade de origem do gene foram calculados o número efetivo de fundadores, de ancestrais e de genomas remanescentes. Esses parâmetros decresceram ao longo do período, atingindo valores de 144, 98 e 64. Todas as estimativas foram análogas na descrição da estrutura genética populacional e devem ser consideradas no futuro para o desenvolvimento de programas de seleção.