Resistência genética para o

controle do carrapato Fernando F. Cardoso, DVM, PhD

Embrapa Pecuária Sul, Bagé, Brazil

R. (B.) microplus – Distribuição

global

60o

45o

30o

15o

0o

15o

30o

45o

Ralph Bram, FAO, 1983

Principais perdas com carrapato

Diminuição na reprodução, crescimento, produção de leite, etc. (hematofagismo)

Desvalorização do couro/infecções secundárias

Altos gastos com insumos

Presença de resíduos na carne

Resistência do parasito aos acaricidas

Transmissão dos agentes causadores da tristeza parasitária (TPB)

Atinge 40% das propriedades do RS com 5,7 bovinos mortos/ano (ANDRADE et al., 2007)

Perdas produtivas em bovinos no Brasil de US$ 3 bilhões/ano (GRISI et al., 2014)

Cruzamento com raças taurinas

Viabilidade em larga escala

usando raças britânicas limitada

pela maior susceptibilidade

ao carrapato e outros

ectoparasitas

ao calor e irradiação solar

x

Melhorar rapidamente

a precocidade e

qualidade da carne de

populações zebuínas

Composição racial x

contagem de carrapatos

0

5

10

15

20

ANAN ANCR ANHH ANNE HHAN HHHH NEAN NENE

Composição Racial

(AN = Angus, CR=Caracu, HH=Hereford, NE = Nelore)

Nú

me

ro d

e c

arr

apa

tos

c c c b c c a a

A boa notícia!

Existe variabilidade genética para resistência ao

carrapato (Oliveira et al., 1989; Gomes, 1992; Frisch, 1999; Burrow, 2001)

Potencial para o melhoramento dessa

característica nos bovinos

Rota para seleção efetiva

Predição das diferenças genéticas nas características adaptativas (grau de resistência)

Requisitos da genética quantitativa

Bons fenótipos (contagem de carrapatos etc.)

Informação confiável de pedigree

Parâmetros genéticos (herdabilidade e correlações genéticas)

Ajuda da genética molecular

Seleção genômica (SG)

Não existem paineis de marcadores

para Hereford e Braford no Brasil

Por que GENÔMICA?

Desvendar a estrutura e as funções de genomas e aplicar este conhecimento na medicina,

farmacologia, agricultura etc.

Milhares de marcadores ou

sequências de DNA

Bioinformática & bioestatística

Conceitos de genética e fisiologia

•BRAC1 & BRAC2 • 5x risco de câncer de mama • 10-30x risco de câncer de

ovário

• Exemplos de aplicações

• Identificar as bases de doenças monogênicas

• Determinar o risco de doenças complexas

• Farmacogenômica

• Seleção genômica em animais de produção

• Desenvolver culturas mais resistentes aos fatores limitantes do seu crescimento

O que são os marcadores

moleculares?

Segmentos do código genético (DNA) Com sequência e posição no genoma conhecidas

Têm pelo menos duas formas (alelos) distintas (polimorfismo)

Ligados a genes funcionais

Resistência a doenças

Desempenho em características produtivas e de qualidade dos animais

SNP -Single Nucleotide Polymorphism

Mudança de uma única base na sequência genética de um indivíduo em comparação com um genoma de referência

Milhões na genoma

Menor custo e mão-de-obra (automação)

Era pós-genômica do gado (2008) Genotipagem de SNPs em larga escala e

Sequenciamento de DNA

• Foco no estudo de um ou poucos genes

• Marcadores esparsos = conhecimento limitado em características complexas

Antes

• Foco em todos os genes e suas funções coletivas

• Marcadores densos = pelos menos um marcador ligado a cada gene que afeta a característica de interesse

Depois

Usos potenciais das tecnologias

de DNA no gado

Verificação de

paternidade

Rastreabi-lidade

Acasala-mentos dirigidos

Seleção aprimora-da pela

genômica

Manejo de

precisão

Composi-ção racial

Acasalamentos dirigidos

Não

relacionados

por pedigree

Relações em primeiro

grau com erro de pedigree Meio-irmão

Genômica e a equação do

melhorista Ganho genético anual

DG =

r ´ i ´sA

IG

• Maior acurácia (r) em idades mais jovens • Correção de pedigree

• Estimação da amostragem mendeliana

• Redução do intervalo de gerações (IG)

• Manutenção da variabilidade genética (σA)

• Melhor controle da consanguinidade

• Útil para características difíceis de

melhorar • Baixa herdabilidade (reprodução, saúde)

• Limitadas por sexo (reproducão, leite)

• Medidas tardiamente (longevidade, vida

produtiva)

• Pouco fenótipos ou GxA (consumo,

metano, adaptação)

• Requer sacrifício do animal (carcaça,

qualidade da carne, saúde)

O auxílio da genômica pode ser

importante na seleção de bovinos

de corte?

Pouco provável

•Pesos

•Ganhos

•Medidas e escores corporais

Talvez

•Características de carcaça

•Habilidade materna

•Facilidade de parto

•Prenhez de novilhas

Muito provável

•Consumo e eficiência alimentar

•Resistência a doenças/parasitas

•Características de adaptação/rusticidade

•Habilidade de permanência

•Qualidade de produto (maciez, perfil de ácidos graxos etc.)

Adaptado de Macneil, 2014

Equação de predição

Valor genômico direto

VGD=x1g1+x2g2+…xGgG

Seleção genômica

Efeito do marcador

Estimar os efeitos de

marcadores por todo o

genoma

População de referência

Fenótipos

Genótipos

Genótipo SNP

Candidatos a seleção

Genótipos

Reprodutores selecionados

Σ= +10kg

-50g

+75g

+5g

-100g

-5g

-50g

+100g

+100g

+100g

-50g

+75g

+5g

-100g

-5g

-50g +100g

+1000g

-50g

+75g

+5g

-5g

-50g

etc . . .

VGD = soma das estimativas dos

efeitos dos marcadores em cada

região do genoma

Exemplo do Hereford e Braford no Brasil

Incorporação da genômica no

melhoramento animal

Apoio: Fontes financiadoras:

EMBRAPA, CNPq, CAPES e

Conexão Delta G

Objetivo geral:

Desenvolver estratégias para seleção genômica de animais mais resistentes à infestação natural por carrapatos e outras características de adaptação

Unindo forças...

População de referência (fenótipos & genótipos)

Protocolo para contagem de

carrapatos e obtenção de amostras

biológicas em nível de fazenda

5.248 animais avaliados entre 2010 and

2015

12.513 contagens (2 a 3/animal)

Escores para pigmentação e pelame

Extração de DNA e genotipagem

3750 animais jovens (2.841 animais

Braford e 909 Hereford) safras 2010-15

(50K) e 230 touros-pais (777K)

41.011 marcadores SNP (78%)

Parâmetros genéticos para

resistência ao carrapato

Reis, 2015

Trait NCarr GD CD PD MD GPD CS PS MS PE

Número de carrapatos 0,19 -0,12 -0,15 -0,04 -0,12 0,10 -0,19 -0,05 -0,13 0,13

Ganho desmama 0,01 0,35 0,91 0,73 0,76 -0,09 0,72 0,29 0,41 0,30

Conformação D -0,01 0,64 0,28 0,81 0,87 -0,14 0,78 0,39 0,57 0,26

Precocidade D 0,01 0,54 0,67 0,23 0,91 -0,24 0,59 0,68 0,67 0,22

Musculatura D -0,01 0,56 0,73 0,72 0,26 -0,23 0,66 0,56 0,75 0,20

Ganho pós-desmama -0,00 -0,18 -0,12 -0,16 -0,15 0,14 0,35 0,25 0,22 0,08

Conformação S -0,02 0,39 0,39 0,30 0,33 0,36 0,18 0,60 0,74 0,25

Precocidade S -0,01 0,22 0,24 0,32 0,28 0,33 0,61 0,18 0,81 0,14

Musculatura S -0,02 0,27 0,30 0,31 0,35 0,31 0,70 0,67 0,17 0,15

Perímetro Escrotal 0,03 0,28 0,20 0,16 0,16 0,19 0,27 0,21 0,22 0,43

Variância Fenotípica 0,10 494,9 0,76 0,85 0,87 737,9 0,73 0,82 0,82 7,00

`

Acurácia vs. vies dos métodos

usados na predição dos DGVs

Acurácia

Correlação entre o valor genético predito e o verdadeiro

Correlação genética entre os valores genômicos e os fenótipos ajustados (Saatchi et al.,2011)

Viés de predição

Regressão dos registros ajustados nos DGVs

rg

y *,VGD( )

y* = a + b ´VG

Alta acurácia e

com viés

Alta acurácia e

sem viés

Baixa acurácia e

com viés

Baixa acurácia

e sem viés

Acurácia até 84% maior para grupos K-means e 94% para aleatórios em relação a avaliação tradicional

ssGBLUP: acurácia de 0.61 no Braford e 0.29 no Hereford

K-means clusters Random clusters

Method Accuracy Bias Accuracy Bias

BLUP 0.26±0.06 1,09 0.29±0.07 1.07

GBLUP_GL 0.41±0.08 0.81 0.46±0.08 0.87

BayesB_GL 0.43±0.09 0.68 0.46±0.09 0.76

GBLUP_GC 0.39±0.05 1.07 0.48±0.07 1.16

BayesB_GC 0.42±0.08 0.93 0.49±0.08 1.06

ssGBLUP 0.48±0.08 0.69 0.56±0.07 0.52

Seleção genômica em uma etapa

(single-step)

Fenótipos

Co. AG

ssGBLUP

Pedigree SNP

Empresa de

genotipagem

Rebanhos de seleção

Associação de criadores Dados históricos População referência Equação de predição Genótipos

GEBV DNA

Genótipos

Aguilar et al., 2010

Fenótipos dos

animais selecionados

Avaliação genômica de touros

Hereford e Braford

https://www.embrapa.br/publicacoes

• Características avaliadas

– Resistência ao carrapato

– Pigmentação ocular

– Pelame à desmama

– Pelame ao sobreano

– Caracterização racial (Braford)

• Touros avaliados

– 148 Braford

– 114 Hereford

• Avaliação genômica em uma etapa

– Informação de fenótipos, pedigree e SNPs

Como ler o sumário genômico? • Identificação do touro

Nome

Apelido Registro Nascimento GS¹

ALVORADA38-E559(PARCEIRO)

PARCEIRO CG-107427 01/10/2005 38

1 GS = Grau de sangue

zebuíno do touro

(somente Braford)

4DEPG= Diferença esperada na progênie aprimorada pela genômica 5Acurácia da DEPG 6Percentil de classificação da DEPG na população avaliada 7Grau da DEPG = desempenho da progênie menos favorável, quanto maior a barra

vermelha, ou mais favorável, quanto maior a barra verde

• Avaliação genômica

Característica DEPG4 AC5 TOP6

ResistênciaaoCarrapato 67 25 0.56 0.85 21% -Res +Res

PigmentaçãoOcular 229 25 -0.02 0.96 64% -Pig +Pig

PelameaDesmama 243 25 -0.02 0.97 64% -Adap +Adap

PelameaoSobreano 208 25 -0.05 0.96 88% -Adap +Adap

CaracterizaçãoRacial 241 25 0.11 0.96 12% -Rac +Rac

Fenótipos²

Genótipos³ GraudaDEPG7

2Fenótipos= Número de medidas em filhos do touro; 3Genótipos= Filhos que foram genotipados;

Touros referência (alta acurácia)

• Braford

• Hereford

Apelido Registro Nascimento GS¹ DEPG4 AC5 TOP6Fenótipos²/Genótipos³ GraudaDEPG7

RETRUCO CG-85027 15/10/02 14 41 17 2.04 0.80 1% -Res +Res

GUABIJU CG-119111 26/09/06 38 26 19 1.70 0.73 1% -Res +Res

NEWCORRY ES-IA-B018 10/04/00 38 26 10 1.59 0.75 1% -Res +Res

TAURA CG-111100 16/09/06 38 29 10 0.85 0.76 11% -Res +Res

PORTINARI CG-88982 09/11/02 38 20 4 0.80 0.73 12% -Res +Res

92938807CHA CG-137868 23/08/07 38 28 14 0.59 0.73 19% -Res +Res

FORMULA-1 CG-101292 15/10/04 38 204 85 0.56 0.93 20% -Res +Res

PARCEIRO CG-107427 10/01/05 38 67 25 0.56 0.85 21% -Res +Res

DUQUE CG-39122 24/09/97 14 359 49 0.38 0.93 29% -Res +Res

BIGBROTHER CG-73647 21/09/01 38 193 62 0.35 0.94 30% -Res +Res

Apelido Registro Nascimento Fenótipos²/Genótipos³ DEPG4 AC5 TOP6 GraudaDEPG7

SHANNON ES-IA-485 07/09/00 24 8 1.20 0.66 1% -Res +Res

MALBEC ES-151179 14/09/05 64 26 0.74 0.81 4% -Res +Res

RIB_EYE ES-IA-505 23/03/05 136 20 0.56 0.87 10% -Res +Res

CHARRUA ES-IA-461 06/09/99 63 21 0.49 0.83 13% -Res +Res

CORONILLA ES-IA-525 09/10/99 59 22 0.27 0.81 26% -Res +Res

Como interpretar a DEPG para

resistência?

• Expressa em desvios-padrão (σ) da variabilidade genética para

resistência

• Diferença esperada entre os filhos do Touros K (DEPG=-1σ) e do

Touros D (DEPG=+1σ) é de 2σ

Baixa

Média

Alta

Diferença prática na progênie de

touros Braford

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

Low(≤-0.5SD) Medium High(≥0.5SD)

32.6

27.4

20.8

Averageprogeny

ckcounts

ResistanceGEBV

• 6 carrapatos a menos/ σ de DEPG Resistência

Seleção por índices ou formação

de linhagens?

Reis et al., submetido

Resistência genética de bovinos Braford reduz carga de carrapatos, produção e massa de ovos e eficiência de das teleóginas

Pesquisa atual Maximizando o

investimento em

dados moleculares

Densidades de genotipagem

Bovine HD (770K)

Bovine SNP50 (50K)

Bovine LD (8K)

~$160

~$65

~$30

Imputação de genótipos –

reduzindo custos de genotipagem

Animais jovens genotipados para 8K ($30) e avaliados com a informação equivalente a 50K ($65) ou 777K ($160)

Touro – 50K ou 777K Vaca – 50K ou 777K

Progênie- 8K

Schenkel et al., 2012

F=Fimpute; B=Beagle; NE=Nelore; P=Pedigree

Acurácia média LD→50K = 94,3% (Fimpute)

Marcadores (41045 SNPs) pelos cromossomos 1-29

Efe

ito

Pa

dr.

do

s M

arc

ad

ore

s (4

1045 S

NP

s)

GWAS detecção de marcadores específicos e mutações causais

BayesB, π=0.99

Nome Marcador (SNP) Efeito Marcador Padr. Cromossomo Posição

ARS-BFGL-NGS-5811 1,403625556 15 37534610

ARS-BFGL-NGS-111179 1,135088877 11 101217080

Hapmap58695-rs29019899 0,882801909 10 51735816

Hapmap22875-BTA-155031 0,829131575 4 113721793

Hapmap52967-rs29017027 0,621014514 5 14044364

Hapmap60779-rs29022104 0,614389545 11 65975590

Hapmap34041-BES1_Contig298_838 0,532197268 20 17837675

Hapmap40517-BTA-33731 0,520136991 13 73782308

Hapmap44228-BTA-34185 0,496029752 13 14814734

BTB-02002785 0,478146236 6 49130874

BTB-00915241 0,461448522 14 54323858

ARS-BFGL-NGS-113378 0,456498748 2 134486603

ARS-BFGL-NGS-13702 0,3888005 20 71498820

ARS-BFGL-NGS-40365 0,380880256 16 40059619

BTA-60194-no-rs 0,338216824 14 54291662

BTB-00082871 0,330247107 2 20699862

ARS-BFGL-NGS-60054 0,315492236 10 46571563

ARS-BFGL-BAC-37178 0,305107785 25 30062438

ARS-BFGL-NGS-107048 0,30012056 10 18395377

Painel reduzido com 58 marcadores (0,14% de 41.045)

relacionados à resistência ao carrapato retendo 70% da

acurácia do painel completo

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

Sollero et al., submetido

Mais fenótipos de enfermidades… Tristeza parasitária, ceratoconjuntivite e carcinoma

ocular

Outras 22 características econômicas…

DEPs Genômicas para resistência

ao carrapato no mercado!

Considerações finais • Já temos tecnologia para seleção genômica do Hereford e

Braford no Brasil!

• Vantagens potenciais para os produtores • Aumento do ganho genético pela seleção combinando DEP

tradicional e predições genômicas

• Formação de linhagens geneticamente diferenciadas

• Expandir para outras características de alto valor econômico • Resistência a doenças e adaptação

• Reprodução

• Eficiência alimentar

• Qualidade de produto (Perfil de ácidos graxos, maciez e marmoreio da carne)

• Modelos eficientes de negócios • Custo de genotipagem precisa cair

• Imputação 8K -> 50K -> 777K

• Paineis de baixa densidade com marcadores mais informativos

Agradecimentos

Muito obrigado!

fernando.cardoso@embrapa.br 53-32404650