ANÁLISE MULTIVARIADA COM DADOS GENÔMICOS E TRANSCRIPTÔMICOS PARA PERFIL DE ÁCIDOS GRAXOS DA CARNE EM BOVINOS NELORE TERMINADOS EM CONFINAMENTO

RESUMO

A compreensão de processos regulatórios e organização molecular dos organismos vivos progrediram consideravelmente na última década. As metodologias também evoluíram com o sequenciamento de DNA e RNA e de ferramentas genômicas permitindo a análise de centenas ou milhares de genes, proteínas ou metabólitos. O uso simultâneo dessas informações auxilia na obteção de informações relevantes sobre as variáveis que envolvem as variações fenotípicas de características de interesse. O objetivo do presente estudo foi integrar dados fenotípicos, genotípicos e transcriptômicos em busca de aprimoramento sobre os mecanismos genéticos e metabólicos que determinam o perfil de ácidos graxos na carne de bovinos Nelore, a fim de contribuir para o melhoramento da composição de ácidos graxos da carne. Foram utilizados machos da raça Nelore terminados em confinamento, abatidos com média de idade 24 meses. Amostras do músculo L. thoracis, entre a 12ª a 13ª costela foram coletadas para as análises de perfil de ácidos graxos, extração de RNA e de DNA. Os resultados foram apresentados nos capítulos 2 e 3. No capítulo 2, o objetivo foi identificar genes diferencialmente expressos pelo método RNA-seq e perfil de ácidos graxos no músculo L. thoracis com uso de componentes principais (principal components PC). Foram selecionados dois grupos de 10 animais, os quais possuíam valores de PC1 e PC2 extremos (Alto x Baixo) para os grupos somatórios de ácidos graxos (AG) ácidos graxos saturados (AGS), ácidos graxos monoinsaturados (AGMI), ácidos graxos poli-insaturados (AGPI), ômega 3 (n-3) e ômega 6 (n-6) para análise de genes diferencialmente expressos - GDE (p<0,10). Para o grupo AGS foram encontrados 33 GDE para PC1 e nenhum GDE para PC2; para AGMI foram 56 GDE em PC1 e 10 GDE para PC2; AGPI apresentou apenas dois GDE para PC1 e nenhum para PC2; para ômega 3 nenhum GDE foi encontrado para PC1 e nenhum para PC2; para ômega 6 foram sete GDE para PC1 e três GDE para PC2. A análise de enriquecimento funcional foi realizada por meio do programa DAVID v. 6.8. Dentre os GDE, foram identificados genes relacionados a metabolismo energético (UCP3), adipogênese (MBNL1), metabolismo ou catabolismo de gordura (MVD, PCYT2, LIPE e EPHX2), que desempenham um papel na biologia lipídica celular em bovinos da raça Nelore. Esses resultados contribuem para o conhecimento dos mecanismos biológicos envolvidos na expressão perfil de ácidos graxos na carne de animais Nelore. No capítulo 3, o objetivo foi utilizar dados fenotípicos, genotípicos e transcriptômicos para investigar redes causais para perfil de ácidos graxos na carne de animais da raça Nelore, para buscar genes diferencialmente expressos (GDE) relacionados com as características em estudos. Quatro regiões genômicas (eQTLs) mostraram associações significativas (p<0,05) com sete fenótipos, C160, C161, C180, C181c9, C182c, CLA, C226, e também com a expressão de 30 genes, incluindo SREBF1, MDE9, ACSF2, relacionados a metabolismo e catabolismo de lipídeos; e ABCC3, ADCY1, OGDH, metabolismo energético. O estudo apresentou relação causal entre a expressão do perfil de ácidos graxos e os processos metabólicos que envolvem a regulação de tal expressão, demonstrararam efeitos causais entre os GDE encotrados. Os resultados encontrados no presente estudo contribuíram para o conhecimento dos mecanismos biológicos envolvidos no perfil de ácidos graxos na carne de animais Nelore. Pode ser aplicado no futuro para utilizar GDE encontrados como marcadores genéticos em bovinos Nelore para selecionar a composição lipídica que contribua para melhor nutrição e a saúde do consumidor.

ABSTRACT

The understanding of regulatory processes and molecular organization of organisms has progressed considerably in the last 10 years.The methodologies also evolved with the sequencing of DNA, RNA and genomic tools allowing the analysis a lot of genes, proteins or metabolites. The simultaneous use of this information should help to obtain relevant information about the variables that result the phenotypic variations of traits of interest. The objective of the present study was to integrate phenotypic, genotypic and transcriptomic studies in order to clarify the genetic and metabolic mechanisms that determine the fatty acid profile in Nelore beef, in order to contribute to the improvement of the fatty acid composition of the meat. Nelore males were used in feedlot, coming from farms that integrate three breeding programs and slaughtered with an average of 24 months. Samples of the L. thoracis muscle between the 12th to 13th rib were collected for analysis of fatty acid profile, RNA and DNA extraction. The results were presented in chapters 2 and 3. In chapter 2, the objective was to identify genes differentially expressed by RNA-seq method and fatty acid profile in the L. thoracis muscle with the use of Principal Components (PC). Two groups of 10 animals were selected, which had PC1 and PC2 extreme values (High x Low) for the fatty acids (FA) groups saturated fatty acids (SFA), monounsaturated fatty acids (MUFA), polyunsaturated fatty acids (PUFA), omega 3 (n-3) and omega 6 (n-6)) for analysis of differentially expressed genes - GDE (p <0.10).The SFA group, 33 DEG for PC1 and no DEG for PC2 were found; for MUFA were found 56 DEG for PC1 and 10 DEG for PC2; PUFA presented only two DEG for PC1 and none for PC2; for omega-3 no DEG found for PC1 and none for PC2; already for Omega 6, seven DEG for PC1 and three DEG for PC2 were found. Functional enrichment analysis was perfomed by DAVID v. 6.8. Among the DEG, genes about the energy metabolism (UCP3), adipogenesis (MBNL1), fat metabolism or catabolism (MVD, PCYT2, LIPE and EPHX2) have been identified that play a role in cellular lipid Nelore breed. In chapter 3, the objective was to use phenotypic, genotypic and transcriptomic data to investigate causal networks for the profile of fatty acids in the meat of Nelore animals. Four genomic regions showed significant associations (p <0.05) with seven phenotypes (C16 0, C16 1, C18 0, C18 1c9, C18 2, CLA, C22 6) and also with expression of 30 genes, including SREBF1, MDE9, ACSF2, related to lipid metabolism and catabolism; and ABCC3, ADCY1, OGDH, energy metabolism. The present study showed a causal relationship between the fatty acid profile expression and the metabolic processes that involve the regulation of such expression, demonstrated causal effects among the found DEG. The results should contributed to the knowledge of the biological mechanisms involved in the fatty acid profile in beef cattle. In the future, it may be to use DEG found as genetic markers in Nelore cattle to select the lipid composition that contributes to better nutrition and consumer health.