Genes candidatos para características de crescimento, reprodução e resistência em bovinos de corte
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Tese de doutorado
Título alternativo
Candidate genes for growth, reproduction and resistance traits in beef cattle
Primeiro orientador
Membros da banca
Eduardo Maldonado Turra
Fabyano Fonseca e Silva
Idalmo Garcial Pereira
Renan Pedra de Souza
Fabyano Fonseca e Silva
Idalmo Garcial Pereira
Renan Pedra de Souza
Resumo
Selecionar animais que possuem alelos favoráveis em genes que participam do controle
genético de características de interesse econômico pode aumentar a eficiência dos programas
de melhoramento de bovinos de corte. Neste sentido, dois artigos foram desenvolvidos com o
objetivo principal de identificar genes candidatos funcionais (FCG) para características
importantes em bovinos da raça Nelore. No primeiro artigo, “Genes underlying genetic
correlations between growth, reproduction and parasite burden traits in beef cattle”, estimamos
a correlação genética entre características de crescimento, reprodução e carga parasitária e
identificamos FCG que influenciam mais de uma dessas características. Avaliamos seis
características, incluindo duas de crescimento (peso corporal - PC e ganho médio diário -
GMD), uma de reprodução (circunferência escrotal - CE) e três de carga parasitária (contagem
de carrapatos - CAR, ovos de nematóides gastrointestinais por grama fezes e oocistos de
Eimeria spp. por grama de fezes - EIM). As correlações genéticas foram obtidas por meio de
modelos multicaracterísticos. Um total de 21.667 marcadores SNP foram utilizados para
realizar os GWAS (Genome Wide Association Studies) e identificar janelas genômicas que
explicavam pelo menos 1% da variação genética para as características avaliadas. As
correlações genéticas foram positivas e de magnitude moderada para os pares de características
PC-GMD (0,64), PC-CE (0,38), PC-CAR (0,39), GMD-CE (0,27) e CAR-EIM (0,33). Somente
o par GMD-EIM apresentou correlação negativa (-0,22). Para todos os outros pares, as
correlações genéticas foram próximas de zero. Os efeitos dos SNPs foram calculados como
proporção do desvio padrão genético e mostraram que existem SNPs mapeados próximo a FCG
que promovem o melhoramento genético de ambas as características em sentido favorável.
Além disso, análises funcionais foram realizadas e os FCGs foram selecionados com base no
controle genético destes sobre processos biológicos para cada uma das características. As
análises funcionais apontaram sete genes, SLC16A4, KCNA2, LAMTOR5, DUSP10,
MAP3K1, TPMT e KIF13A como FCGs com efeitos sobre mais de uma característica.
Independentemente dos valores de correlação genética (baixo a moderado), existem FCG que
podem influenciar as características de produção, reprodução ou resistência, em conjunto. No
segundo artigo, “Candidate genes for longitudinal traits under selection in beef cattle”,
identificamos FCG que participam do controle genético do peso corporal em cinco idades
diferentes idades (330, 385, 440, 495 e 550 dias), em dois arquivos de dados distintos, um com
registros completos de peso corporal (AD100) e outro com uma seleção sequencial simulada
de 70% dos animais mais pesados (AD70). Os parâmetros genéticos para o peso corporal foram
estimados por meio de dois tipos de modelos, unicaracterísticos (UNI) e modelos de regressão
aleatória com funções spline (REG) para os dois bancos de dados. Os pesos corporais foram
padronizados para 330, 385, 440, 495 e 550 dias de idade para UNI. Para o REG, os nós de
splines lineares foram ajustados para as idades 274, 330, 385, 440, 495, 550 e 594 dias. Os
GWAS foram realizados com os resultados dos modelos UNI e REG. O GWAS e o
enriquecimento funcional foram realizados conforme descrito anteriormente para o primeiro
artigo. Identificamos sete FCG (DUSP10, LAMTOR5, PAFAH2, SLC30A2, TRIM63,
NCAM1 e SCL16A4) para peso corporal em diferentes idades. O gene DUSP10 foi associado
ao peso corporal em todas as cinco idades avaliadas, sugerindo a importância desse gene para
os diferentes estágios do crescimento animal. Por outro lado, a maioria dos FCG associados ao
peso corporal foram diferentes para diferentes idades, sugerindo que a importância de cada gene
para o crescimento animal também pode mudar em diferentes estágios de desenvolvimento e
diferentes genes podem ser mais relevantes para o peso corporal em cada estágio de
crescimento. Quando a seleção sequencial foi simulada, diferentes FCG foram associadas ao
peso corporal no AD100 e AD70 para cada idade, mesmo quando o REG foi utilizado. Portanto,
a seleção sequencial pode influenciar os resultados de GWAS e esse pode ser mais um motivo
para inconsistências frequentes verificadas nestes estudos para características de crescimento
medidas em bovinos de corte. Ressaltamos que os resultados aqui apresentados são essenciais
para sugerir genes importantes que participam do controle genético de características de
interesse zootécnico em bovinos de corte. Ainda, os FCG sugeridos no presente trabalho, esses
poderiam ser validados para cada característica em populações maiores e outras raças, a fim de
aperfeiçoar a compreensão do controle genético desses genes sobre as características avaliadas.
Abstract
Selecting animals which have favorable alleles in genes that participate in the genetic control
of economic interest traits may increase the efficiency of beef cattle breeding programs. In this
way, two papers were developed with the main aim of identified functional candidate genes
(FCG) for important traits in Nellore cattle. In the first paper, “Genes underlying genetic
correlations between growth, reproduction and parasite burden traits in beef cattle”, we aim to
estimate genetic correlations between growth, reproduction and parasite burden traits and
identified FCG that influence more than one of these traits. We evaluated six traits, comprising
two of growth (body weight - BW and average daily gain - ADG), one of reproduction (scrotal
circumference - SC) and three parasite burden (counts of tick - TICK, gastrointestinal nematode
eggs per gram of feaces - GIN, and Eimeria spp. oocysts per gram of faeces - EIM). The genetic
correlations were obtained through multiple trait models. A total of 21,667 SNP markers were
used to perform single-step GWAS (Genome Wide Association Studies), and to identify
genomic windows that explained at least 1% of the genetic variance for the evaluated traits.
The genetic correlations were positive and of moderate magnitude for the pairs of traits BW-
ADG (0.64), BW-SC (0.38), BW-TICK (0.39), ADG-SC (0.27), and TICK-EIM (0.33). Only
the pair ADG-EIM presented a negative correlation (-0.22). For all the other pairs, the genetic
correlations were close to zero. The effects of the SNPs were calculated as genetic standard
deviation and showed that there were SNPs mapped in FCG that promoted genetic improvement
to both traits. Additionally, functional analyses were performed and FCGs were selected based
on their roles in biological processes for each trait. The functional analyses selected seven
genes, SLC16A4, KCNA2, LAMTOR5, DUSP10, MAP3K1, TPMT, and KIF13A as FCGs
with effects over more than one trait. Independently of the genetic correlation (low-moderate)
there are FCG that can influence both production, reproduction or resistance traits in beef cattle.
In the second paper, “Candidate genes for longitudinal traits under selection in beef cattle”, we
aim to identify functional candidate genes which take part in genetic control of body weight in
five different ageS (330, 385, 440, 495 and 550 days) for a beef cattle population for two
databases which one with complete body weight records (DB100) and another one which a
sequential selection of 70% of heaviest animals (DB70). The genetic parameters for body
weight were estimated by a single trait (STM) and a random regression model with spline
functions (RRM) for both databases. Body weights were standardized at 330, 385, 440, 495 and
550 days of age for STM. In RRM, the knots of linear splines were fitted at 274, 330, 385, 440,
495, 550 and 594 days of age. The GWAS were performed with both STM and RRM. The
GWAS and the functional enrichment were performed as previous described from the first
paper. We identified seven FCG (DUSP10, LAMTOR5, PAFAH2, SLC30A2, TRIM63,
NCAM1 and SCL16A4) to body weight in different ages. of each gene for animal growth can
change in different development stages and different The DUSP10 gene was associated with
body weight in all the five ages evaluated, appointing for the relevance of this gene for different
stages of the animal growth. On the other hand, the majority of the FCG associated with body
weight were different for different ages suggesting that the importance genes can be more
relevant to body weight in each growth stage. When the sequential selection was simulated
different FCG were associated with body weight in DB100 and DB70 for each age, even when
the RRM was performed. Also, when GWAS and post GWAS are performed, the sequential
selection influenced the results and this may be one more reason for frequent inconsistences in
GWAS results performed for growth traits measured in beef cattle. We suggested genes as FCG
which take part in the genetic control of important traits to beef cattle. Therefore, these genes
could be validated in largest populations and different breeds, in order to improve the
understanding about the genetic control of them over the traits here evaluated.
Assunto
Palavras-chave
Bovino, Melhoremento genético, Zootecnia, Nelore