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Tese em Português | VETTESES | ID: vtt-201225

Resumo

A incorporação de informações fornecidas pelos marcadores moleculares nas avaliações genéticas é uma estratégia promissora para aumentar a eficiência dos programas de melhoramento animal. Entendendo a importância de estudos que analisem e divulguem resultados da aplicação desta tecnologia, esta tese foi estruturada para inicialmente apresentar uma revisão sobre os principais conceitos relacionados ao uso da genômica e à resistência de bovinos ao carrapato. Em capítulos posteriores são apresentados os resultados obtidos em dois estudos envolvendo rebanhos Hereford e Braford. No primeiro deles são apresentados níveis de desequilíbrio de ligação (r2), persistência de fase e tamanho efetivo das populações (Ne). Para tanto, 391 bovinos Hereford e 2.079 Braford foram genotipados com chips de média densidade (50K) e 40 touros com chips de alta densidade (HD). As médias ± desvio-padrão de r2 observadas foram 0,21 ± 0,27 para Hereford e 0,16 ± 0,22 para Braford. O atual Ne da população Hereford foi estimado em 153 indivíduos e em 220 na Braford. As raças apresentaram níveis moderados a altos de persistência de fase em todas as distâncias entre marcadores, sendo as correlações mais altas (> 0,9) observadas em distâncias de até 50Kb. O r2 diminuiu rapidamente à medida que a distância entre marcadores aumentou, mas níveis considerados úteis para o mapeamento de QTLs (r2> 0,2) foram encontrados em distâncias de até 50Kb. Nas populações Hereford e Braford analisadas são necessários, respectivamente, ao menos 50 mil e 150 mil SNP para condução de estudos de associação ampla ou de seleção genômica eficientes. Os níveis de persistência de fase observados indicaram que em distâncias próximas (< 50Kb) os efeitos de SNP verificados em uma população são iguais na outra. O segundo estudo realizou uma análise de associação genômica ampla para identificar regiões do genoma relacionadas à resistência de bovinos ao carrapato. Foi utilizada a metodologia GBLUP de passo único para verificar a variância genética capturada por janelas de 16 SNP adjacentes, em dois cenários: S1 (onde o algoritmo utilizado recalcula os efeitos de SNP a cada iteração) e S2 (tanto o efeito de SNP como de animal são recalculados). Foram utilizados dados de contagens de carrapatos de 928 animais Hereford e 3.435 Braford, dos quais 3.545 foram genotipados com chips 50K e 131 touros com chips HD. No S1 e S2, as 10 janelas com maior variância genética explicaram, respectivamente, 7,28% e 16,65% da variação genética. Não foi encontrada sobreposição entre nenhuma das 10 regiões de maior variância nos dois cenários com QTLs associados à resistência descritos na literatura. Entre as 10 janelas com maior variância genética, quatro foram comuns aos dois cenários. A anotação funcional demonstrou que estas regiões abrigam ou estão próximas de genes envolvidos em processos relacionados à imunidade inata, processos inflamatórios, entre outros, indicando serem potenciais candidatas para estudos de mapeamento fino. Devido à complexa natureza da resistência de bovinos ao carrapato, é importante que mais estudos sejam conduzidos para melhor entendimento dos mecanismos biológicos envolvidos na sua expressão.

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The possibility of incorporating information from molecular markers in genetic evaluation processes is an important strategy to increase efficiency of animal breeding programs. Understanding the importance of studies that explore the possibility of genomic technologies application in animal production, this thesis was structured in order to initially provide a brief review of the main concepts related to the use of genomics and to cattle tick resistance. In later chapters, results of studies involving the application of genomic tools in Hereford and Braford breeds are presented and discussed. The first study was conducted to estimate linkage disequilibrium (r 2 ), persistence of phase and effective population size (Ne), using information from 391 Hereford and 2,079 Braford animals genotyped with Illumina BovineSNP50v2 chips (50K), and from 40 bulls genotyped with high-density chips (HD). Average r 2 ± standard deviation were 0.21 ± 0.27 for Herefords and 0.16 ± 0.22 for Brafords. Current estimated Ne for Brafords and Herefords was 220 and 153, respectively. Breeds demonstrated moderate to strong persistence of phase at all distances. The greatest phase correlations (r > 0.9) were found in the 0-50Kb bins. Estimated r 2 decreased rapidly with increasing distance between SNP, however, useful linkage for QTL mapping and genomic selection (r 2 > 0.2) was found spanning to ~50Kb. SNP panels containing about 50,000 and 150,000 are necessary to design effective genome-wide association and genomic selection studies to Hereford and Braford breeds, respectively. Markers are expected to be in phase with QTL alleles in distances < 50Kb in both populations due to observed high levels persistence of phase. The objective of the second study was to conduct a genome-wide association study to identify genomic regions (windows with 16 adjacent SNP) associated with cattle tick resistance using the single-step GBLUP procedure. Analysis considering two scenarios: S1 (which iterates on SNP weights and SNP effect) and S2 (in which SNP weight and effects, and also animal effects were recomputed). Information of tick counts on 928 Hereford and 3,435 Braford bovines was used. From the total of 4,363 animals with phenotypic data, 3,545 were genotyped with 50K and 131 sires were also genotyped with HD. The top 10 windows with largest fraction of variance explained 7.28% of additive genetic variance in S1, and 16.65% of variance in S2. Some peaks associated with high proportion of variance were identified as common to S1 and S2. The four top 10 windows common to both scenarios were mapped close or within genes related to innate immune responses, inflammatory processes and others pathways. Despite none of the top 10 SNP windows of S1 or S2 overlapped any QTL previously described to tick resistance in literature, they provide regions and genes which are potential candidates to be involved in the expression of resistance for further fine mapping studies. Due to the high complexity of tick resistance expression, more studies should be developed combining GWAS with other methods results for a better understanding about genes and pathways involved in the expression of resistance.

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