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

Apresentação em tema: "Tecnologia de marcadores moleculares para o melhoramento genético de rebanhos bovinos Eliza Rossi Komninou."— Transcrição da apresentação:

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

2 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” ( )

3 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;

4 Melhoramento genético de rebanhos bovinos
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 Quais limitações vocês imaginam? Como prever por ex: o rendimento de carcaça de um animal antes do abate? Ou se um animal vai ter resistência a algum patógeno ou não sem realizar um desafio? Ou se uma fêmea vai produzir muito ou pouco leite antes de ela entrar em lactação?

5 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.

6 Método de seleção clássica

7 Exemplo de ferramenta de seleção clássica:

8 CENTRAIS DE COLETA DE SÊMEN
Teste de progênie CENTRAIS DE COLETA DE SÊMEN

9 Teste de progênie 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

10 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.

11 Aspectos importantes Muito tempo e dinheiro são gastos para se provar um touro. Em média gasta-se US$ 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.

12 Registro genealógico das principais raças européias criadas no Brasil
Livros Genealógicos Informações a respeito de características de cada animal quanto a ascendência, conformação, função reprodutiva, produtividade, longevidade, etc.. Exemplo: Registro genealógico das principais raças européias criadas no Brasil

13 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 Alta fertilidade Tamanho pequeno Puberdade precoce Facilidade ao parto Boa produção de leite Adaptabilidade ao ambiente Longevidade Docilidade Alta velocidade de ganho de peso Alto rendimento de carcaça Maciez e palatabilidade da carne

14 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

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

16 Objetivos do melhoramento animal Agroindústria
Novas exigências e demandas dos consumidores Necessidade de aumento da eficiência do processo produtivo Competitividade do mercado (produção com baixo custo e alta qualidade) 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.

17 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 De todas estas técnicas a Inseminação é a que mais teve impacto no melhoramento nos últimos 50 anos. As demais também são ferramentas importantes capazes de aumentar a eficiência do melhoramento animal. Nós vamos falar então da importância dos marcadores moleculares no melhoramento de rebanhos bovinos.

18 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.

19 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.

20 Polimorfismo genético
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. Os alelos de genes ligados ocupam o mesmo locus em cromossomos homólogos Alelos múltiplos em um Locus = Polimorfismo genético Os genes são as unidades básicas de herança e estão localizados em uma posição fixa no cromossomo (locus). Muitas variantes diferentes de seqüência de DNA podem existir em um determinado locus; algumas delas são evidentes, porque afetam o fenótipo, mas outras estão ocultas, porque não têm efeito visível. Os alelos estão em pares em todo o indivíduo e se separam ao serem transmitidos para a progênie. Ou seja, só um dos dois genes que ocupa um loco é incluído em um gameta. São diferentes versões de uma certa seqüência de DNA em um determinado local cromossômico (locus)

21 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).

22 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.

23 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 QTL pode 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.

24 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

25 Seleção assistida por marcadores
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 geração Detecção de milhares de SNP simultaneamente, a um menor custo e de maneira rápida Prometem uma revolução na genômica animal !

26 Seleção assistida por marcadores
USDA EM JAN. DE 2009: ILLUMINA BOVINE SNP50 BEADCHIP; Genotipagem de touros provados; marcadores moleculares; tiveram relações com características econômicas; Acréscimo nos padrões de confiabilidade para touros jovens: - produção (65-70%) - tipo (30-60%) - saúde (30-60%) 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,

27 Seleção assistida por marcadores
No momento em que o terneiro nasce é possível predizer o mérito genético do possível reprodutor com aproximadamente 70% de confiabilidade incremento na confiabilidade possibilita uma acurácia muito maior no momento de selecionar os touros que serão amostrados nos testes de progênie. Antes das avaliações genômicas o mérito genético de dois irmãos inteiros (filhos de mesmo touro e mesma vaca) era igual até o momento da primeira prova, assim, estes irmãos deveriam ser amostrados no programa de teste de progênie para se identificar qual deles seria o reprodutor com mérito genético superior. Atualmente, alguns dias após o nascimento destes terneiros é possível identificar, com uma boa margem de segurança, qual dos irmãos é geneticamente superior. FONTE: (Usda)

28 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.

29 O avanço genético nos próximos 10 anos será superior ao obtido nas últimas cinco décadas!!!
BovineSNP50 Genotyping BeadChip

30 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.

31 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.

32 Genes de interesse zootécnico bovino
Genes e suas funções para produção na bovinocultura

33 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

34 Marcadores de interesse zootécnico para bovinos
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.

35 Marcadores de interesse zootécnico para bovinos
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.

36 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.

37 Obrigada Med. Vet. Eliza Rossi Komninou Aluna PPGB - doutorado
Lab. Embriologia Molecular e Transgênese