Palestra Marcos Vinicius Silva - Seminário ANCP 2014

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Information about Palestra Marcos Vinicius Silva - Seminário ANCP 2014
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Published on April 28, 2014

Author: ANCP

Source: slideshare.net

Marcos Vinicius Barbosa da Silva Bioinformática e Genômica Animal Embrapa Gado de Leite Ribeirão Preto, 25/04/2014 Entendendo e usando as DEPs genômicas

2 • Alvo ⇨ aumentar a produção e a rentabilidade da pecuária pelo uso de animais mais eficientes, adaptados ao ambiente e com melhor qualidade do produto. Melhoramento Genético

2 Ferramentas e estratégias ! Seleção: escolha dos pais da próxima geração • Aquisição de animais “superiores” • Programas de melhoramento genético ! ! Acasalamento: consiste na reprodução dirigida dos indivíduos selecionados • Diferenças entre raças/linhagens/indivíduos • Programas de cruzamento sistemático • Raças compostas Melhoramento Genético

3 Fatores determinantes para avanços no melhoramento ! Ampliação do papel da pecuária de corte ▪ Produção de carne -> geração de alimentos saudáveis e seguros ▪ Diminuir o impacto ambiental ▪ Gases de efeito estufa (principalmente o metano) ▪ Bem-estar animal ! Competição por terras com agricultura e geração energia ▪ Eficiência da utilização de alimentos ▪ Adaptação dos animais ao ambiente (menos favoráveis) ▪ Resistência a doenças e parasitas

3 Fatores determinantes para avanços no melhoramento ! Revolução nos métodos genômicos ▪ Sequenciamento de DNA e de genotipagem de marcadores moleculares ▪ Avaliação genética que associa métodos quantitativos tradicionais com informações de dezenas de milhares de marcadores moleculares

1 A evolução das metodologias de estimação 
 do valor genético " Seleção genômica, associada com DEPs (single-step) ou não (em desenvolvimento, já em uso em gado de leite) " Biologia molecular, seleção assistida por marcadores genéticos (começando a ser usada) " DEP’s com alta acurácia (“Modelos Animais”, ~20 anos) " DEP’s com média acurácia (“Modelos touro”, >30 anos) " DEP’s com baixa acurácia (“Quad. Mínimos”, >50 anos) " Índices (desvios de grupos, e.g. provas de ganho de peso, > 60-80 anos) " medições ajustadas (>80 anos) " medições (pesos, dimensões, tempos, etc.) (>100 anos) " Tradição, fama do criador dos animais " Pedigree (>100 anos) " Avaliação visual (>2.000 anos) Eficácia Vamos ser mais eficientes? Prof. Dr. José Bento Sterman Ferraz, 2011

! Coleta dos dados fenotípicos dos animais (produção e composição do leite, pesos às diversas idades etc.) ! Predição do mérito genético (DEP) dos indivíduos ! Seleção dos animais superiores como pais da futura geração e comercialização de reprodutores com indicação de desempenho Predição do Mérito Genético Fenótipo Pedigree Metodologia Estatística Antiga “caixa-preta” Programas de Seleção Tradicional em Bovinos

Geneticistas usam a semelhança entre parentes para efetuar a escolha dos indivíduos que serão pais na próxima geração e promover ganhos genéticos! Animal breeders use the resemblance between relatives to select parents of the next generation and make genetic change

As taxas de ganho são aumentadas quando se consegue identificar apropriadamente (com alta acurácia) aqueles indivíduos de melhor genética (DEPs)

Marcadores Genéticos Seleção Assistida por Marcadores -Aumento dos ganhos genéticos ! Redução do intervalo de gerações # Aumento da acurácia para seleção, da variabilidade genética e da pressão de seleção

Marcadores Moleculares Usados ! Def.: Marcador molecular é todo e qualquer fenótipo molecular oriundo de um gene expresso (como em isoenzimas) ou de um segmento específico de DNA (expresso ou não) ! Sistemas sanguíneos ! Polimorfismos Bioquímicos (Albumina, Amilase, Transferrina, Anidrase Carbônica) ! Restriction Fragment Length (RFLPs) ! Random Amplified Polymorphic DNA (RAPDs) ! Sequence Tagged Sites (STS) ! Amplified Fragment Length Polymorphisms (AFLPs) ! Microssatélites (SSR)

n Eenennaam Missouri 8/31/2011 Animal Genomics and Biotechnology Education A lot of detail about the marker Marcadores Genéticos Leptina: proteína que influencia o apetite e o metabolismo energético

First multi-gene test arrives Animal Genomics and Biotechnology Educationan Eenennaam Missouri 8/31/2011

Pfizer Animal Genetics aquired Bovigen – results reported as GPD aquired Bovigen – results reported as GPD

Genoma Bovino: 
 Sequenciamento e Anotação


# Permitem que a herança seja seguida na região através das gerações # Single nucleotide polymorphisms (SNiP) são os marcadores do futuro! # Grande quantidade! * 6-12 milhões no genoma! Polimorfismo “poly” = muitas “morph” = formas 94% 6% Single nucleotide polymorphism (SNP) População Geral Enfim, os SNPs

Desenvolvimento de ferramentas (chip de DNA) ! - Affymetrix 10K chip - Affymetrix 25K chip - Illumina Bovine SNP50K chip - Illumina High-Density Bovine BeadChip (777K) - Affymetrix Axiom Genome-Wide BOS 1 Array (648K) - Affymetrix 3K, 6K - GeneSeek Genomic Profiler (GGP) LD (9K) e HD (78K) - GGP Indicus LD (20K) e HD (80K) 50K777K 648K

Uso de microarranjos (chips) de DNA ! Estudos de prospecção de genes de interesse: Genome-wide Association Study (GWAS) ! Programas de avaliação e melhoramento: Seleção Genômica Como usar essa ferramenta?

Seleção Genômica ! Definição: seleção simultânea para vários (dezenas ou centenas de milhares) marcadores cobrindo de modo denso todo o genoma, de tal forma que todos os genes estejam em desequilíbrio de ligação com pelo menos alguns desses marcadores ! ! Apresentada por Meuwissen et al. (2001)

DNA Nova e melhor!! Fenótipo Predição do Mérito Genético Pedigree?? Seleção Genômica

Seleção Genômica Qual a importância de um único SNP?        Regressão linear simples: a substituição do alelo C pelo A, aumenta em média, 5 unidades na característica de interesse 0 1y =  +  x + e, x={0,1,2}Prof. Fabyano Fonseca (UFV)

Individual 1 Individual 2 Individual N Phenotype 2.5 4.8 4.7 Genotype . . C . . . . . T . . . . . . . . . T . . . . . C . . . . . A . . . . . . . . . T . . . . . G . . . . . A . . . . . . . . . A . . . . . C . . . . . T . . . . . . . . . T . . . . . G . . . . . T . . . . . . . . . T . . . . . G . . . . . T . . . . . . . . . T . . . … Individual 1 Individual 2 Individual N Phenotype 2.5 4.8 4.7 Genotype . . 0 . . . . . 1 . . . . . . . . . 2 . . . . . 1 . . . . . 1 . . . . . . . . . 1 . . . . . 2 . . . . . 2 . . . . . . . . . 2 . . . … 1,…, m efeitos a serem estimados simultaneamente        0 1 1 m my =  + x  ... x  e+ + + Regressão múltipla y: fenótipo X: 0,1 e 2 (aa, aA, AA) Qual a importância de vários SNPs? Um efeito para cada SNP Seleção Genômica Prof. Fabyano Fonseca (UFV)

1.2 Valor Genético Genômico (EGBV)    1 1,1 1 2,1 2 2500,1 2500 1 ˆ ˆ ˆEGBV =z b z b ... z b : EGBV = 0 (0.25) 1 ( 0.10) ... 2 (0.12)= 2.5 Aa AAaa Example + + + + − + +    2 1,2 1 2,2 2 2500,2 2500 2 ˆ ˆ ˆEGBV =z b z b ... z b : EGBV = 1 (0.25) 0 ( 0.10) ... 2 (0.12)=1.6 Aa AAaa Example + + + + − + +    634 1,634 1 2,634 2 2500,634 2500 634 ˆ ˆ ˆEGBV =z b z b ... z b : EGBV = 1 (0.25) 2 ( 0.10) ... 2 (0.12)=0.5 Aa AA AA Example + + + + − + + 2500 SNPs 634 animais Seleção Genômica Prof. Fabyano Fonseca (UFV)

Confiabilidades comparando predição genômica e método tradicional Confiabilidade Tradicional Genômico Genômico Característica PA Realizado Ganho Mérito total 30 53 23 Leite 35 58 23 Gordura 35 68 33 Proteína 35 57 22 Gordura % 35 78 43 Proteína % 35 69 34 VanRaden et al. (2009)

Aumento das acurácias das DEPs da raça Angus - EUA How much do DNA tests help increase accuracy of EPDs? (Table 4) Data from Kent Anderson, Pfizer Animal Genetics, presented at BIF 2011

Touros testados (Avaliação Genômica em ABR/2009) Idade (ano) Conf Lucro Liq. Freddie 4 74 905 Twist 1 68 874 Cassino 1 69 871 Al 1 69 866 ManOMan 5 83 779

Novo Modo de Responder à Uma Antiga Questão!!! ✓ Qual dos bezerros candidatos a reprodutor é o melhor??

Genômica, Avaliações Genômicas ou Seleção Genômica O que e por quê? ! Genômica: Estudo do genoma completo de um organismo; ! Avaliações Genômicas: Inclusão de informações de marcadores moleculares ! Seleção Genômica: Seleção com base nas DEPs originadas das avaliações genômicas

DEP genômica ! DEP Genômica: Conceito semelhante à DEP tradicional. É a mesma DEP, mas agora calculada com uma informação a mais (marcadores moleculares) ! Touros avaliados pela genômica são melhores que os touros avaliados pela metodologia tradicional? Não necessariamente! ! DEP Genômica é mais confiável que a tradicional? Depende!

Uso de microarranjos (chips) de DNA ! Estudos de prospecção de genes de interesse: Genome-wide Association Study (GWAS) ! Programas de avaliação e melhoramento: Seleção Genômica

DEP genômica ! DEP Genômica: “If a test was developed for Angus, it will work best for Angus cattle. The test will not be as accurate if it is used in other breeds. An Angus test used on Charolais will not work as well, and you will be really disappointed if you use it in Bos indicus cattle” Dr. Matt Spangler, University of Nebraska

DEP genômica ! Mais fenótipos!!! ! Os erros de pedigree serão todos corrigidos pela genômica? Depende! ! Parentesco entre os animais serão estimados de forma mais precisa? Depende!

Problemas no Pedigree Manfred O-Man Jezebel O-Style Teamster Deva Dima 34

AvôP AvóP AvôM AvóM Pai Mãe Touro Manfred 1.053 .090 .090 .105 .571 .098 .334 Jezebel .090 1.037 .051 .099 .563 .075 .319 Teamster .090 .051 1.035 .120 .071 .578 .324 Dima .105 .099 .120 1.042 .102 .581 .342 O-Man .571 .563 .071 .102 1.045 .086 .566 Deva .098 .075 .578 .581 .086 1.060 .573 O-Style .334 .319 .324 .342 .566 .573 1.043 Matriz de parentesco esperada
 (considerado parentesco entre avôs e avós) 35

Matriz de parentesco genômico AvôP AvóP AvôM AvóM Pai Mãe Touro Manfred 1.201 .058 .050 .093 .609 .054 .344 Jezebel .058 1.131 .008 .135 .618 .079 .357 Teamster .050 .008 1.110 .100 .014 .613 .292 Dima .093 .135 .100 1.139 .131 .610 .401 O-Man .609 .618 .014 .131 1.166 .080 .626 Deva .054 .079 .613 .610 .080 1.148 .613 O-Style .344 .357 .292 .401 .626 .613 1.157 36

Diferença (Genômico – Pedigree) AvôP AvóP AvôM AvóM Pai Mãe Touro Manfred .149 -.032 -.040 -.012 .038 -.043 .010 Jezebel -.032 .095 -.043 .036 .055 .004 .038 Teamster -.040 -.043 .075 -.021 -.057 .035 -.032 Dima -.012 .036 -.021 .097 .029 .029 .059 O-Man .038 .055 -.057 .029 .121 -.006 .060 Deva -.043 .004 .035 .029 -.006 .087 .040 O-Style .010 .038 -.032 .059 .060 .040 .114 37

! Situação: escolha entre dois touros jovens com DEPs idênticas para peso ao sobreano, então, qual deles escolher? Uma informação genômica adicional pode ser importante! Por exemplo, facilidade de parto (+11 e -2) DEP genômica

SG em Gado de Corte ! Baixo uso de IA; ! Baixa acurácia dos touros para pop. de treinamento; ! Objetivos de seleção às vezes não são claros; ! Ausência de fenótipos para características de importância econômica; ! Custo de genotipagem; ! Cada programa deve estabelecer seu próprio modelo.

Modelo atual de seleção genômica em gado de corte (Angus EUA) Associação Base dados: fenótipo (F) + pedigree (P) AGI F + P DEPgenômica Criadores F + P DEPgenômica Pfizer/Igenity Base dados: DNA + genótipo + equação predição “DNA” valor molecular ➢ População de treinamento estática ➢ Genótipos não são repassados aos produtores, somente valores moleculares ➢ Animais selecionados não retroalimentam o sistema a medida que tem fenótipos ➢ Acurácias vão decrescendo com o tempo Adaptado de Carvalheiro, 2012

“Carpe diem…” Marcos Vinicius Barbosa da Silva marcos.vb.silva@embrapa.br

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