Eliza Rossi Komninou

Doutoranda em Biotecnologia

Tecnologia de marcadores moleculares para o melhoramento genético de

rebanhos bovinos

Produção de Bovinos

QUALIDADE DOS PRODUTOS

EFICIÊNCIA NOS SISTEMAS DE PRODUÇÃO

PRODUÇÃO DE ALIMENTOS

SUSTENTABILIDADE DO SISTEMA

MELHORAMENTO GENÉTICO DE REBANHOS

SANIDADE

DESEMPENHO

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

(1725-1795)

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

Melhoramento genético de rebanhos bovinos

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;

Melhoramento genético de rebanhos bovinos

AVANÇOS NA ESTATÍSTICA

DESENVOLVIMENTO DE MODELOS DE SELEÇÃO MAIS ELABORADOS

SOFTWARES MAIS SOFISTICADOS

PROGRESSOS SIGNIFICATIVOS NO MELHORAMENTO DE BOVINOS

MELHORAMENTO GENÉTICO ANIMAL

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.

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. Emmédia gasta-se US$30.000 para cada touro que entra em teste.

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

Aspectos importantes

Livros Genealógicos

Registro genealógico das principais raças européias criadas no Brasil

ASSOCIAÇÕES DE CRIADORES DE RAÇAS 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-Puberdade precoce-Fertilidade - Facilidade ao parto- 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- Conversão alimentar- Idade à puberdade- Intervalo entre partos- Peso ao nascer e à desmama (205d) e ao ano de idade- Alta velocidade de ganho de peso- 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- Alto rendimento de carcaça- Maciez e palatabilidade da carne- 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

Direcionamento de cruzamentos entre animais geneticamente provados;

Importação e disseminação de material genético (animais, sêmen e embriões) de rebanhos selecionados;

Utilização de cruzamentos entre raças aumentando a heterose, geralmente refletida no aumento de produtividade.

Novas exigências e demandas dos consumidores

Necessidade de aumento da eficiência do processo produtivo

Competitividade do mercado (produção com baixo custo e alta qualidade)

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 opotencial 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 de mapas genéticos saturados e a partir daí o 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.

Detecção de genes de interesse comercial

Identificação, compreensão do número, função, contribuição e localização dos genes envolvidos no controle das características quantitativas de

interesse:

1) Mapeamento de QTL: pode determinar as regiões cromossômicas que contém genes de interesse, mas a região identificada pode conter diversos genes e o intervalo de confiança do QTL pode ser de milhares de pares de bases ;

2) Genes candidatos: genes de ação biológica conhecida; 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.

Detecção de genes de interesse comercial

4) Seqüenciamento de genoma e identificação de SNP:

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

- Mapeamento fino, delimitando a menor região cromossômica que contém um QTL

- Não exige prévio conhecimento de QTL;

- Apresenta a vantagem de identificar SNP em larga escala;

Estudos de associação

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.

Capazes de analisar dezenas de milhares de marcadores SNP

Uma amostra com chip de 50 mil marcadores fica pronta em questão de dias

Seleção assistida por marcadores

DETECÇÃO DE GENES DE INTERESSE COMERCIAL

Acurácia em torno de 0.70/0.80 para a DEP genômica estimada pelo uso de cerca de 50.000 marcadores em populações de gado leiteiro

Chips de genotipagem de alta densidade:

Varredura do genoma para milhares de SNP ao mesmo tempo

REVOLUÇÃO NA GENÔMICA ANIMAL!!

Seleção assistida por marcadores

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;

Antes do ano de 2009, o Mérito Genético de um reprodutor que não tivesse dados de produção das filhas (touros Jovens) era calculado pelo Pedigree (média dos seus pais). Com estas informações, a confiabilidade destas provas variava entre 30 e 40% para os dados de Produção, Tipo e Características de Saúde. Atualmente, além da informação obtida pelo Pedigree, temos a informação Genômica do animal, o que praticamente dobrou a confiabilidade das provas dos touros jovens.

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

Seleção assistida por marcadores

(Usda)

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

Seleção assistida por marcadores

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 deacordo com as informações das característicaseconomicamente relevantes diretamente a partir deseqüências do DNA.

• As informações sobre o perfil genético do rebanho sãoobtidas rapidamente, permitindo que se antecipe em muitotempo o processo de tomada de decisões, o que refletediretamente 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

Genes de interesse zootécnico bovino

Marcadores para produção de carne: miostatina e Leptina

MIOSTATINA Gene da musculatura dupla controla o desenvolvimento damassa muscular. Alteração neste gene, resulta em alterações nodesenvolvimento muscular, gerando animais adultos com maior númerode fibras musculares e maior deposição de músculo na carcaça.

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

Genes de interesse zootécnico bovino

Outros marcadores: BLAD, DUMPS, CVM

• BLAD (Deficiência de Adesão Leucocitária Bovina) onde os animaisafetados por esta patologia são mais susceptíveis às infecçõesbacterianas.

• DUMPS (Deficiência de Uridina Monofosfato Sintetase) os animaisprovenientes de cruzamentos heterozigotos de portadores deste genepodem apresentar morte embrionária de seus produtos em torno do40º dia de gestação.

• CVM (Complexo de Má Formação Vertebral Cervical) bezerroshomozigotos para este gene podem ser reabsorvidos, abortados ounatimortos. Já animais portadores de apenas um gene da CVM sãonormais, podendo apresentar baixas taxas de prenhez quandocruzados 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 Transgêneseelizarossikom@gmail.com