Influence of genetic markers on the feeding behavior of yearling bulls / Influencia de los marcadores genéticos en el comportamiento alimentario de toretes de un año / Influência de marcadores genéticos no comportamento alimentar de touros de um ano

Abstract Background: The search for gene and marker effects on economically important traits is aimed not only to understanding the genetic architecture of complex traits but also to applying the information to breeding schemes. Objective: To analyze the effect of two temperament-related SNPs (rs109576799 located in the DRD3 gene, and rs43696138 in the HTR2A gene) on feeding performance of Mexican beef cattle. Methods: One hundred and thirty-six young beef bulls were included in a centralized feed efficiency performance test based on residual feed intake (RFI), with 20 d for adaptation and 70 d of feed efficiency testing. In addition to feeding traits, temperament was assessed at the beginning of the trial using pen score (PS) and exit velocity (EV). All animals were genotyped with two markers located in the HTR2A and DRD3 genes, and an association analysis was conducted between these genotypes and the measured traits. Results: For Brangus breed, a significant association was obtained between average daily gain (ADG; p=0.019), and the rs43696138 marker, resulting in higher gains for homozygous genotype GG (1.69 ± 0.04 kg), when compared to the heterozygous genotype GA (1.54 ± 0.04 kg). Conclusion: The previously reported association of these markers with temperament was not confirmed in the evaluated breeds; however, the rs43696138 marker showed an effect on a feeding performance trait. Further studies are needed to determine the effect of this and other markers on both RFI and temperament.

Resumen Antecedentes: La búsqueda de efectos genéticos y marcadores de rasgos económicamente relevantes no solo se basa en el interés biológico de comprender la arquitectura genética de rasgos complejos, sino también en aplicar la información en los esquemas prácticos de mejoramiento. Objetivo: Analizar el efecto de dos SNPs relacionados con el temperamento (rs109576799 localizado en el gen DRD3, y rs43696138 localizado en el gen HTR2A) sobre la eficiencia alimenticia en el ganado bovino mexicano. Métodos: Ciento treinta y seis toretes de carne jóvenes fueron sometidos a una prueba de comportamiento alimenticio basada en el consumo residual de alimento (RFI), con 20 d de adaptación y 70 d de prueba para la eficiencia alimenticia. Además de los rasgos de comportamiento alimenticio, se evaluó el temperamento de los animales al inicio de la prueba, mediante la evaluacion de comportamiento en el corral (PS), y la velocidad de salida (EV). Todas las muestras se tipificaron con dos marcadores localizados en los genes DRD3 y HTR2A para posteriormente realizar un análisis de asociación de los genotipos con los rasgos evaluados. Resultados: En la raza Brangus, se observó una asociación significativa de la media de ganancia diaria de peso (ADG, p=0,019) con el marcador rs43696138, localizado en el gen HTR2A, resultando en mayores ganancias para el genotipo GG (1,69 ± 0,04 kg) en comparación con los toros heterocigóticos GA (1,54 ± 0,04 kg). Conclusión: No se confirmó la asociación de estos marcadores previamente reportados con el temperamento en las razas evaluadas; sin embargo, el marcador rs43696138 mostró efecto en un rasgo de comportamiento alimenticio. Se necesitan más estudios para determinar el efecto de éste y otros marcadores en el consumo residual de alimento (RFI) y el temperamento.

Resumo Antecedentes: A busca de efeitos genéticos e marcadores de características economicamente relevantes não se baseia apenas no interesse biológico de compreender a arquitetura genética de traços complexos, mas também na aplicação da informação nos esquemas práticos de melhoria. Objetivo: Analisar o efeito de dois SNPs relacionados ao temperamento (rs109576799 localizado no gene DRD3 e rs43696138 localizado no gene HTR2A) sobre a eficiência nutricional no gado mexicano. Métodos: Cento e trinta e seis touros jovens foram submetidos a um teste de comportamento alimentar com base na entrada de alimentação residual (RFI), com 20 d de adaptação e 70 d de teste para eficiência de alimentação. Além dos traços de comportamento alimentar, o temperamento dos animais foi avaliado no início do teste, através da avaliação do comportamento na caneta (PS) e da velocidade de saída (EV). Todas as amostras foram digitadas com dois marcadores localizados nos genes DRD3 e HTR2A para posteriormente realizar uma análise de associação dos genótipos com os traços avaliados. Resultados: Na raça Brangus, observou-se uma associação significativa do ganho diário médio (ADG, p = 0,019) com o marcador rs43696138, localizado no gene HTR2A, resultando em maiores ganhos para o genótipo GG (1,69 ± 0,04 kg), em comparação com os touros heterozigóticos GA (1,54 ± 0,04 kg). Conclusão: A associação destes marcadores previamente relatados com o temperamento nas raças avaliadas não foi confirmada; no entanto, o marcador rs43696138 mostrou um efeito sobre uma característica de comportamento alimentar. Mais estudos são necessários para determinar o efeito deste e outros marcadores com ingestão alimentar residual (RFI) e temperamento.

Meat tenderness genetic polymorphisms occurrence and distribution in five Zebu breeds in Mexico

Background The Zebu cattle are represented by a diverse group of breeds in México. Traditionally these breeds have been associated with the tough beef characteristic. Validated genetic markers have the potential to be included in marker-assisted selection and management programs in order to improve traits such as beef tenderness. The incidence and distribution of Calpain and Calpastatin polymorphisms strongly associated with beef tenderness were estimated in registered cattle of five Zebu breeds in Mexico. Results A low and in some cases null frequency of favorable C allele of CAPN316 was determined in all breeds. Conversely, a more equilibrated frequency in CAPN4751 and CAST loci was observed. Conclusions Although the relatively low occurrence of favorable alleles in assessed loci may limit their use in selection programs, genotyping availability might be a practical and comprehensive tool for introgression programs by marker assisted selection and management as to improve meat tenderness of Zebu breeds.

Genomic and phenotypic beef quality indicators of Charolais cattle in México / Indicadores genómicos y fenotípicos para calidad de la carne en bovinos Charolais de México / Indicadores genómicos e fenotípicos na qualidade da carne do gado Charolês no México

Tenderness and marbling are polygenic traits used as indicators of good meat quality. Among different genes related to meat quality, µ-calpaine (CAPN1) and thyroglobulin (TG5) have been specifically linked to tenderness and marbling, respectively. Objectives: to estimate the allelic and genotypic frequencies of markers in CAPN1 and TG5 genes, and relate their presence to beef carcass quality. Methods: CAPN1 and TG5 polymorphisms were identified by PCR-ACRS and PCR-RFLP, respectively, validating their putative effects on beef carcass using real time ultrasound in Charolais candidate sires (n=80). Results: computed genotypic frequencies in CAP4751 and TG5 showed Hardy-Weinberg equilibrium, while CAP316 expressed deviation from equilibrium. Association analysis indicated a significant effect of CAP4751 on rib eye area (REA) (p<0.05) and intramuscular fat (IMF) (p<0.10), while TG5 showed a significant trend on yield grade (YG). Conclusions: these results support the use of these markers for assessing traits related to meat quality, and warrant further studies to validate their use in cattle herds for breeding purposes.

La terneza y el marmoreo son características poligénicas e indicadoras de calidad en la carne bovina. Uno de los genes relacionados con la terneza en la carne es el gen de µ-calpaína (CAPN), en el cual se han identificado dos polimorfismos CAPN316 y CAPN4751 asociados significativamente a esta característica. En el gen de la Tiroglobulina (TG5) relacionado con el marmoleo, se ha identificado un polimorfismo en la posición -537del gen, asociado a la deposición de grasa intramuscular en bovinos. Objetivo: estimar las frecuencias genotípicas y alélicas de tres marcadores genéticos y su asocación con carcaterísticas de calidad de la carne bovina. Métodos: a partir de muestras de sangre de 80 toretes Charolais de 12 meses de edad mantenidos en pruebas de comportamiento, se caracterizaron polimorfismos en los marcadores CAPN316 y CAPN4751 identificados mediante el diseño de oligonucleótidos y la creación de sitios de restricción en la reacción en cadena de la polimerasa (PCR-ACRS) y de TG5 identifificado mediante PCR- RFLP, se utilizaron cebadores previamente reportados. Resultados: las frecuencias alélicas y genotípicas de los polimorfismo de CAPN4751 y TG5 mostraron estar en equilibrio genético; más no para CAPN316. Los análisis de asociación mostraron una diferencia significativa del marcador CAPN4751 sobre el área del músculo Longissimus dorsi (REA) (p<0.05) y grasa intramuscualr (IMF) (p<0.10); mientras que para TG5 hubo una tendencia significativa sobre el grado de rendimiento (YG). Conclusiones: dichos resultados sugieren el efecto potencial de estos marcadores comerciales sobre características de la carne, el estudio propone su uso sinérgico como complemento informativo de indicadores de la calidad en animales reproductores, pero resalta la necesidad de validación extensiva en poblaciones particulares para fomentar su uso en el mejoramiento de la ganadería para carne.

A maciez e o marmoreio são características poligênicas e indicadoras de qualidade da carne. Um dos genes relacionados à maciez da carne é o gene da -calpaína (CAPN1), no qual se tem identificados dois polimorfismos CAPN316 e CAPN4751 associados significativamente com esta característica. No gene da tiroglobulina (TG5) relacionado com o marmoreio, se tem identificado um polimorfismo na posição -537. Objetivo: estimar as frequências genotípicas e alélicas de três marcadores genéticos (SNP) e fazer a respectiva associação dos genótipos e alelos com os indicadores de qualidade da carne, obtendo um efeito significativo sobre algumas características de carcaça estimada pela ultrassonografia em tempo real em touros Charolês no noroeste do México. Métodos: foram identificados polimorfismos em três marcadores SNP a partir de 80 amostras de sangue de novilhos Charolês, sendo os SNP CAPN4751 e CAPN316 identificados após o desenho de oligonucleotídeos iniciadores e a criação de sítios de restrição na reação em cadeia da enzima polimerase (PCR-ACRS). O marcador TG5 foi identificado por PCR-RFLP com sequencias de oligonucleotídeos previamente reportadas. Resultados: Os polimorfismos CAPN4751 e TG5 mostraram estar em equilíbrio genético, mas o CAPN316 esta em desequilíbrio. A análise de associação demonstrou uma diferença estatística significativa para o marcador CAPN4751 em área do músculo Longissimus dorsi (REA) (p< 0.05) e gordura intramuscular (MI) (p<0.10), enquanto que para TG5 houve efeito significativo sobre rendimento (YG). Conclusões: Estes resultados sugerem o efeito potencial destes marcadores comerciais para melhorar as características de qualidade da carne. O estudo propõe a utilização das informações sinergicamente com os indicadores fenotípicos de qualidade da carne, mas salienta a necessidade da validação extensiva em populações específicas para incentivar a sua utilização no melhoramento de gado de corte.

Convenient genotyping of nine bovine K-casein variants

K-casein gene polymorphisms are of major importance in the dairy industry due to their association with different quality and productive traits (i.e., milk protein). Several methods for genotyping this gene have been proposed; however, none are focused on the simultaneous discrimination of nine K-casein variants. A strategy based on PCR-RFLP was designed to characterize nine K-casein variants (A, B, C, E, F², G, H, I and J) and used to genotype three cattle populations: Gyrholando (3/8 Gyr x 5/8 Holstein), Charolais and Carora. The B variant was the most frequent in the Charolais and Carora breeds, with allelic frequencies of 0.60 and 0.59, respectively. In the Gyrholando breed, four variants were found, with the A variant being the most frequent and E and H the least. The genotyping strategy was effective in detection and differentiation of K-casein variants, and it is proposed for use in laboratories with minimal molecular biology equipment for genotyping and evaluation of the phenotypic effects of nine K-casein variants on milk production and quality.

Tipifi cación de tres marcadores genéticos de caracteresde importancia comercial en ganado Charolais: implicaciones en la ganadería para carne en México / Tipificação de três marcadores genéticos de importância comercial em gado Charolês: implicações no gado de corte no México / Three commercial-trait-related genetic markers typification in Charolais cattle: implications for mexican beef cattle production

Fueron obtenidas muestras de toros Charolais de registro (N=130) candidatos a sementales para hatospie de cría manejados en un centro de pruebas de comportamiento productivo, con la finalidad de estimarlas frecuencias genotípicas y alélicas de tres marcadores simples de un solo nucleótido que han sidoasociados con características de calidad de la carne en ganado bovino. Se analizaron dos polimorfismosen el gen Calpaína, CAPN316 y CAPN4751, y la mutación Q204X, privada de la raza Charolais, en el genMiostatina. Se encontró alta frecuencia del alelo normal en CAPN316 (f=0.85) y frecuencia similares delos alelos normal y mutado para el marcador CAPN4751 (f= 0.58 y 0.48, respectivamente). Se analizó lafrecuencia de la mutación Q204X del gen Miostatina, encontrándose baja frecuencia (f= 0.03) atribuiblea la selección negativa para la característica de doble musculatura en los últimos 30 años. Se discutenlas implicaciones del estudio y validación del efecto de estos marcadores en el sistema de productor decarne bovina. La implementación del uso de estos marcadores podría ayudar a incentivar el desarrollo delsistema, el fomento de nichos de mercado para la calidad de la carne y sobre aumentar la rentabilidad delos sistemas de producción de carne actuales.

Samples from registered Charolais sire candidate bulls for breeding herds and managed in aperformance test station (N=130) were analyzed in order to estimate genotypic and allelic frequencies ofthree single nucleotide polymorphisms associated to beef quality traits. Two Calpain gene SNP markers,CAPN316 and CAPN4751, and the Charolais private mutation Q204X associated to double-musclingphenotype, were assessed. High frequency of normal allele was observed in CAPN316 (f=0.85) and similarfrequencies for normal and favorable alleles in CAPN4751 (f=0.58 and 0.42, respectively). For Q204X,a low prevalence for the double muscling promoter allele was observed (f=0.03) attributable to negativeselection criterion over this trait in the last 30 years. Implication and validation effects of the marker effectson the beef production system are discussed. Implementation of marker assisted management could helpsystem development, support creation of quality meat niches and facilitate the increasing profitability forcurrent beef production industry.

Foram obtidas amostras de machos da raça Charolês registrado (N=130) candidatos a seremreprodutores para fazendas de cria, manejados em una central de teste de desempenho, com a finalidadede estimar as freqüências genotípicas e gênicas de três marcadores de um só nucleótido, associados comcaracterísticas de qualidade da carne bovina. Foram analisados os polimorfismos do gen da Calpaína,CAPN316 e CAPN4751, e a mutação Q204X, privada da raza charolês, no gen da Miostatina. Foramencontradas freqüências altas do alelo normal na CAPN316 (f= 0.85) e freqüências similares dos alelosnormal e mutado para o marcador CAPN4751 (f=0.58 e 0.48, respectivamente). Foi encontrada baixafreqüência da mutação Q204X do gen Miostatina (f=0.03) devido à seleção negativa para a característicade dupla musculatura nos últimos 30 anos. O uso destes marcadores poderia ajudar a incentivar odesenvolvimento e fomento de mercados específicos para qualidade de carne e aumentar a rentabilidadedos sistemas de produção de carne atuais.

Assessment of the myostatin Q204X allele using an allelic discrimination assay

An allelic discrimination assay was designed and used to determine the genotypic and allelic frequencies of the myostatin (MSTN) gene Q204X allele from two Mexican Full-French herds. The assay is a simple high throughput genotyping method that could be applied to investigate the effect of the Q204X allele on the Charolais breed.