Tecnologia de marcadores moleculares para o melhoramento genético de rebanhos bovinos Eliza Rossi...

Tecnologia de marcadores moleculares para o melhoramento genético de rebanhos bovinos

Eliza Rossi Komninou

Melhoramento genético de rebanhos bovinos

MELHORAMENTO ANIMAL

Busca a obtenção de animais dotados geneticamente de uma herança superior

Baseia-se no estudo de diferentes métodos de cruzamento e seleção de animais.

Robert Bakewell – Fundador dos padrões modernos de melhoramento animal e do desenvolvimento de técnicas de cruzamento

“O filho se parece com os pais ou com seus ascendentes” “Acasalar o melhor com o melhor”

(1725-1795)


Início do século XX •Produção animal como atividade comercial:

• Demanda por animais com melhor desempenho e que fossem melhor adaptados;

• Seleção genética - caráter intuitivo, com base em características estéticas e produtivas;

• Aumento da freqüência de alelos favoráveis aprimorando características produtivas;

• Não havia conhecimento dos genes envolvidos, e dos mecanismos moleculares a eles associados;


Por meio de avanços nas áreas de estatística, do desenvolvimento de modelos de seleção mais elaborados e de softwares mais sofisticados, os programas de melhoramento tem conseguido progressos significativos.

Limitações ???

Pela dificuldade para medir certas características em programas de melhoramento o incremento nas taxas de melhoramento dessas características fica limitado

Método de seleção clássica

BASEADA NO FENÓTIPO

A capacidade de produção de um animal (fenótipo) é o reflexo da interação de seu material genético (genótipo) com o ambiente.

BASEADA NO FENÓTIPO

A capacidade de produção de um animal (fenótipo) é o reflexo da interação de seu material genético (genótipo) com o ambiente.

Método de seleção clássica

Exemplo de ferramenta de seleção clássica:

Teste de progênie

CENTRAIS DE COLETA DE SÊMEN

• Machos com 8 meses são levados para as centrais de coleta de sêmen e com idade entre 11 a 14 meses começam a ser coletados;

• São coletadas 3000 doses de sêmen de cada touro jovem; • Estas 3000 doses de cada um destes touros jovens são distribuídas

aleatoriamente para fazendas colaboradoras;

• Cada novilha parida é avaliada (cerca de 80 novilhas são avaliadas por touro) e os dados entram nas avaliações dos touros

Teste de progênie

Teste de progênie

• As filhas resultantes são identificadas, quando parem são classificadas e passam pelo controle leiteiro

• Estes resultados são utilizados para calcular a prova de cada touro

• Apenas os melhores 5 a 10 % dos touros avaliados voltam a coletar sêmen para a comercialização pois são os Touros Melhoradores e o restante é abatido.

Muito tempo e dinheiro são gastos para se provar um touro. Em média gasta-se US$30.000 para cada touro que entra em teste.

Desde que o touro jovem chega a central (com 8 meses) até sair sua prova se passam 4 anos em que o animal permanece em estábulos recebendo alimentação e os cuidados necessários até que suas filhas sejam avaliadas.

Aspectos importantes

Livros Genealógicos

Registro genealógico das principais raças européias criadas no Brasil

Informações a respeito de características de cada animal quanto a ascendência, conformação, função reprodutiva, produtividade, longevidade, etc.. Exemplo:

Principais caracteres produtivos para seleção de bovinos

BOVINOS DE LEITE:- Produção de leite (Kg por lactação)- Produção de gordura e proteína no leite- Peso corporal-Tamanho- Velocidade de ordenha mecânica- Intervalo entre partos- Conformação de úbere- Estrutura correta das patas e dos aprumos- Temperamento (docilidade)- Resistência a doenças - Especificações da raça

Principais caracteres produtivos para seleção de bovinos

BOVINOS DE CORTE- Fertilidade- Taxa de desmama- Idade á puberdade- Intervalo entre partos- Peso ao nascer e à desmama (205d) e ao ano de idade- Peso do bezerro desmamado e do animal maduro- Habilidade materna- Espessura de gordura subcutânea- Conformação, musculatura, tamanho, gordura, aprumos- Aproveitamento de carcaça ao abate, forma e proporções - Peso dos cortes comerciais, marmoreio da carne- Temperamento (docilidade)- Especificações da raça

• Programas de melhoramento genético que aumentem a eficiência da produção e a padronização dos animais e de seus produtos.

Agroindústria

Objetivos do melhoramento animal Agroindústria

Biotecnologia no melhoramento de rebanhos bovinos

• Inseminação artificial/ IATF• Tansferência de embriões (TE)• Produção in vitro de embriões (PIVE)• Sexagem de embriões• Marcadores Moleculares - Marker Assisted Selection (MAS)• Embriologia molecular• Transgênese Animal• Clonagem

Marcadores moleculares

Marcadores moleculares são por definição todo e qualquer fenótipo molecular oriundo de um gene expresso ou de um

segmento específico de DNA que diferencia dois ou mais indivíduos quanto a:

desempenho, crescimento, precocidade,

qualidade de carne, e mesmo doenças congênitas importantes dos bovinos

O uso de marcadores moleculares principalmente de DNA, permite que o potencial genético de um animal seja determinado com maior precisão, antes mesmo da expressão do seu fenótipo.

O uso de marcadores moleculares principalmente de DNA, permite que o potencial genético de um animal seja determinado com maior precisão, antes mesmo da expressão do seu fenótipo.

Marcadores moleculares

A partir de 1970: • Possibilidade de incrementar a informação oriunda do

fenótipo com aquela oriunda diretamente do DNA;

• Marcas na seqüência de DNA próximas à região de interesse (genes) permitiriam o acompanhamento da segregação de alelos por gerações e, por conseqüência, da característica de interesse a elas associada.

• Essas marcas são identificadas pela associação dos alelos segregantes com valores fenotípicos referentes à característica estudada.

• Além disso, mutações que ocorrem durante o processo de duplicação de um gene, dando origem a um novo alelo, tem um efeito diferente também, sobre a expressão do caráter (fenótipo) e também podem ser identificadas.

Polimorfismo genético

Os alelos de genes ligados ocupam o mesmo locus em cromossomos homólogos

Complexidade de bases genéticas para alguns caracteres em bovinos: (exemplos)

- Presença ou ausência de aspas: controlado por um loco com dois alelos M ou m.

- Grupos sanguíneos:Cerca de 25 a 30 alelos.

Alelos múltiplos em umLocus = Polimorfismo genético

São diferentes versões de uma certa seqüência de DNA em um determinado local

cromossômico (locus)

Herança Poligênica

Praticamente todas as características de interesse econômico (caracteres quantitativos) são de herança poligênica, ou determinadas por poligenes

POLIGENE: Vários genes, cada um contribuindo com mais ou com menos efeito sobre o fenótipo. Afetam muitas vezes mais de uma característica e são fortemente influenciados pelo ambiente).

A partir do desenvolvimento de marcadores polimórficos (especialmente microssatélites e SNP) capazes de identificar os alelos associados a essas características complexas nas populações, foi possível a construção do Mapeamento de locos de características quantitativas (QTL).

Herança Poligênica

LOCOS DE CARACTERÍSTICAS QUANTITATIVAS (QTL).

São os locais individuais no cromossomo que afetam a expressão da característica

Quanto maiores os efeitos do QTL sobre uma característica, o tamanho da população e a herdabilidade e quanto mais próximo o marcador estiver do QTL, mais fácil será a sua detecção.

Identificação de genes de interesse zootécnico

1) Mapeamento de QTL: pode determinar as regiões genômicas que contém genes de interesse, mas o intervalo de confiança do QTLpode ser de milhares de pares de bases e conter muitos genes;

2) Genes candidatos: limitada ao nosso conhecimento atual da função de alguns genes;

3) Seqüenciamento de DNA e mRNA, incluindo expressão gênica: arranjos de DNA podem identificar vias metabólicas associadas à característica de interesse, mas não o gene responsável.

Integração das técnicas: Identificação, compreensão do número, função, contribuição e localização dos genes envolvidos no controle das características quantitativas de interesse.

Seleção assistida por marcadores

Seqüenciamento X “seleção genômica” :

- O seqüenciamento de genoma complementa as estratégias e permite a identificação de novos marcadores,

- Não exige prévio conhecimento de QTL

- Apresenta a vantagem de identificar SNP em larga escala.

- Delimita a menor região cromossômica que contém um QTL


Genome-wide association study

Estudos visando à associação de SNPs com a variação fenotípica: seleciona aqueles SNPs que possam potencialmente modificar o gene ou QTL envolvido no controle da característica sob investigação, de forma a afetá-la.

Chips de SNP - seqüenciamento de 2ª geraçãoDetecção de milhares de SNP simultaneamente, a um menor custo

e de maneira rápida

Prometem uma revolução na genômica animal !


USDA EM JAN. DE 2009: ILLUMINA BOVINE SNP50 BEADCHIP;

• Genotipagem de 5.800 touros provados;

• 58.000 marcadores moleculares;

• 39.835 tiveram relações com características econômicas;

• Acréscimo nos padrões de confiabilidade para touros jovens: - produção (65-70%) - tipo (30-60%) - saúde (30-60%)


FONTE: (Usda)

No momento em que o terneiro nasce é possível predizer o mérito genético do possível reprodutor com aproximadamente 70% de confiabilidade


Embriologia Molecular X Seleção por marcadores

Genotipagem ainda fase embrionária

Só os embriões de elevado mérito genético são transferidos para fêmeas receptoras.

Estabelecimento de critérios para a identificação e a seleção mais rápidas dos animais portadores de características de interesse comercial

Redução do intervalo entre gerações e dos custos do processo de reprodução.

BovineSNP50 Genotyping BeadChip

O avanço genético nos próximos 10 anos será superior ao obtido nas últimas cinco décadas!!!

Inovação

• O potencial produtivo dos animais pode ser estimado de acordo com as informações das características economicamente relevantes diretamente a partir de seqüências do DNA.

• As informações sobre o perfil genético do rebanho são obtidas rapidamente, permitindo que se antecipe em muito tempo o processo de tomada de decisões, o que reflete diretamente na redução de custos.

Inovação

•Produtores e pecuaristas podem selecionar seu rebanho para determinadas características sem sacrifício de outras, obtendo ganhos sistêmicos e quase que imediatos.

•As estimativas sobre o perfil produtivo, permitem aos produtores orientar o descarte, a reposição, os acasalamentos e o manejo.

Genes de interesse zootécnico bovino

Genes e suas funções para produção na bovinocultura

Marcadores de interesse zootécnico para bovinos

Marcadores para produção de leite: β-lactoglobulina e κ-caseína

• β-LACTOGLOBULINA Dependendo do genótipo pode estar relacionada a um efeito positivo na concentração de gordura , ou com menor concentração de proteína e redução na produção total do leite

• κ-CASEÍNA B Relacionada com maior produção de queijo, provavelmente por resultar em coagulação mais rápida e maior firmeza do coágulo


Marcadores para produção de carne: miostatina e Leptina

MIOSTATINA Gene da musculatura dupla controla o desenvolvimento da massa muscular. Alteração neste gene, que inicia sua função biológica ainda na fase embrionária, resulta em alterações no desenvolvimento muscular, gerando animais adultos com maior número de fibras musculares e maior deposição de músculo na carcaça.

LEPTINA: Gene codifica a leptina, que é um hormônio produzido pelo tecido adiposo e age sobre os mecanismos energético, eficiência reprodutiva e até o sistema imune. Relacionado a peso corporal, deposição de gordura na carcaça, qualidade de cortes nobres, além de consumo de ração, área de olho de lombo.


Outros marcadores: BLAD, DUMPS, CVM

• BLAD (Deficiência de Adesão Leucocitária Bovina) onde os animais afetados por esta patologia são mais susceptíveis às infecções bacterianas.

• DUMPS (Deficiência de Uridina Monofosfato Sintetase) os animais provenientes de cruzamentos heterozigotos de portadores deste gene podem apresentar morte embrionária de seus produtos em torno do 40º dia de gestação.

• CVM (Complexo de Má Formação Vertebral Cervical) bezerros homozigotos para este gene podem ser reabsorvidos, abortados ou natimortos. Já animais portadores de apenas um gene da CVM são normais, podendo apresentar baixas taxas de prenhez quando cruzados com outros portadores.

Perspectivas futuras em genômica de bovinos

• Aumento da eficiência do processo de seleção, por meio da seleção assistida por marcadores.

• Conhecimento da variabilidade genética, a nível molecular, das populações.

• Geração de um grande número de informações de seqüências de DNA.

• Identificação de genes candidatos para as características relacionadas a saúde animal e qualidade de produtos em bovinos.

Obrigada

Med. Vet. Eliza Rossi KomninouAluna PPGB - doutoradoLab. Embriologia Molecular e Transgênese [email protected]

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