Nome do Projeto
Cruzamento de raças bovinas sobre característica resistência parasitária de bovinos de corte: avaliação dos efeitos diretos, maternos e heteróticos de Angus, cruza Caracu x Angus, Hereford, Nelore e cruzas
Ênfase
Pesquisa
Data inicial - Data final
28/10/2020 - 01/11/2023
Unidade de Origem
Coordenador Atual
Área CNPq
Ciências Agrárias
Resumo
O Brasil é um dos principais países produtores e exportadores de carne bovina, possuindo uma grande extensão territorial que permite a criação de diversas raças bovinas e o uso do cruzamento para explorar a complementaridade entre as mesmas. Esta produção expressiva necessita parâmetros para avaliar a produtividade, e a criação de animais mais resistentes aos parasitas, qualidade da carne e eficiência econômica são fatores instrumental para a competitividade dos sistemas de produção no Brasil tanto no mercado interno quanto na exportação de carne bovina. Desse modo, a presente pesquisa busca avaliar diferenças entre taurinos e zebuínos puros e suas cruzas com relação a resistência ao carrapato Rhipicephalus (Boophilus) microplus e a infestação por endoparasitas gastrointestinais bem como a viabilidade do uso da genômica para selecionar indivíduos mais resistentes dentro das composições raciais estudadas correlacionando com a qualidade da carne e eficiência econômica dos diferentes sistemas de produção. Cabe destacar que para a execução do presente projeto não será necessária a coleta de dados de animais, pois serão utilizados dados já coletados, não havendo a necessidade de apreciação da proposta pela comissão de ética da instituição (Comissão de Ética em Experimentação Animal, CEEA-UFPel).

Objetivo Geral

Desenvolver estudos de associação genômica ampla para características de qualidade de carcaça e resistência à parasitas em raças bovinas Angus, cruza Caracu x Angus, Hereford, Nelore e cruzas.

Justificativa

Grandes avanços em produtividade têm sido obtidos pela pecuária, como resultado do trabalho realizado por programas de melhoramento genético. Contudo, torna-se evidente a importância do desenvolvimento específico de determinadas raças e seus cruzamento, a partir da utilização de procedimentos de seleção mais modernos e acurados, visando identificar animais de excelente mérito genético em idades mais jovens maximizando, desta forma, as respostas à seleção para características de interesse.
Meuwissen et al. (2001) propuseram novo método de seleção, o qual consiste em incluir informações genotípicas na avaliação genética dos animais, denominado de seleção genômica, que estima os valores genéticos genômicos (GEBV, Genomic Estimated Breeding Values) por meio de marcadores moleculares de polimorfismos de nucleotídeos únicos (SNP, Single Nucleotide Polymorphism). Atualmente, os métodos de avaliação genética para implementação da seleção genômica estão em pleno desenvolvimento (Goddard et al., 2010) e sua aplicação tem despertado grande interesse dos pesquisadores e profissionais em genética animal, pois permite a aceleração dos ganhos genéticos dos programas de melhoramento, que geralmente, praticam avaliações genéticas por meio de dados fenotípicos e de pedigree. Sendo que na avaliação genética tradicional a informação de parentesco (pedigree) é utilizada como sendo uma média dos genes compartilhados entre parentes, o que pode não ser uma verdade. Desta forma, utilizando os dados provenientes dos marcadores do tipo SNP é possível “corrigir” o parentesco entre animais genotipados e saber com melhor precisão a proporção de genes compartilhados entre eles.
No Brasil, algumas pesquisas (Carvalheiro et al., 2014; Neves et al., 2014; Cardoso et al., 2015) comprovaram os benefícios da seleção genômica em bovinos de corte. Além disso, para proceder a aplicação da seleção genômica de bovinos de corte em escala comercial, deve-se resolver alguns desafios do ponto de vista financeiro, estatístico, logístico (como um exequível “modelo de negócio”), genético, computacional (dadas as dimensões dos arquivos de dados e a complexidade dos modelos estatísticos), da particularidade das características que são critérios de seleção, dos custos de genotipagem e da necessidade de validação dos marcadores do tipo SNP, no sentido que faltam painéis altamente informativos para os rebanhos brasileiros.
Pesquisas visando elucidar os mecanismos da avaliação e seleção de animais utilizando dados genômicos podem contribuir para o avanço desta tecnologia (genômica) em bovinos e permitir a utilização da mesma em escala comercial. O desenvolvimento e integração dos conhecimentos e avanços da genética molecular, com os disponibilizados pela genética quantitativa, além dos avanços computacionais, tornaram viável a utilização da seleção genômica em programas de melhoramento genético. Desta forma seria possível predizer com maior precisão e antecipação o valor genético de animais, maximizando o ganho genético das características economicamente importantes, como qualidade de carcaça e resistência a parasitas.
Utilizando fenótipos de contagem de carrapatos, Cardoso et al. (2015) mostraram ganhos em acurácia na estimação do GEBV desta característica e algumas metodologias para melhor estimar o GEBV em animais da raça Braford, no Brasil. Entretanto, em escala comercial, a tecnologia ainda não está disponível. Em bovinos de leite, desde 2008 a seleção genômica passou a ser uma realidade (Hayes et al., 2009). De modo geral, essa tecnologia pode ser aplicada em outras raças e cruzamentos que vem sendo usada em larga escala na produção de bovinos.
Para o desenvolvimento da pecuária de corte bovina brasileira requer aprofundamento em pesquisas na compreensão dos mecanismos fisiológicos envolvidos na manifestação de “novos” fenótipos tais como qualidade da carcaça, as capacidades de marmoreio, maciez e deposição de gordura, resistência a parasitas (carrapatos e helmintos). Deste modo, estudos genéticos visando elucidar as bases dessas características podem contribuir para o entendimento de aspectos complexos da fisiologia e, consequentemente, permitir o desenvolvimento de novas ferramentas de seleção. Recentemente, com o sequenciamento e mapeamento dos genomas bovinos taurino e zebuíno de referência, estudos voltados à descoberta de polimorfismos de sítio único (SNP) abriram caminho para o desenvolvimento de poderosas ferramentas de caracterização do perfil genético por todo o genoma, denominadas de SNP chips. Esta tecnologia permite a interrogação simultânea de até 800 mil pontos distribuídos ao longo de todos os cromossomos bovinos, os quais podem ser analisados em busca de associações com fenótipos de interesse (GWAS, Genomewide Association Study). Este tipo de estudo permite gerar conhecimento acerca dos genes e fragmentos cromossômicos ligados às características de interesse, os quais podem ser posteriormente explorados no âmbito da biologia dos sistemas.
Avaliação da viabilidade econômica do uso da informação genômica buscando tornar viável a implementação da seleção genômica em rebanhos comerciais de bovinos de corte, com um custo compatível à adesão do produtor, como objetivo geral identificar, avaliar e disponibilizar estratégias de uso de marcadores/genes que influenciam características de interesse econômico em bovinos de corte. Para tanto, serão utilizados dados de genotipagem obtidos por meio de painéis de polimorfismos de nucleotídeos únicos (SNPs) de diferentes densidades. Dessa forma, pretende-se melhorar a compreensão do controle genético das características de importância econômica, visando aplicações no sistema produtivo.

Metodologia

DESCRIÇÃO DOS DADOS
Todos os procedimentos experimentais envolvendo animais foram aprovados pelo Comitê de Ética e Experimentação Animal da Universidade Federal de Pelotas (Pelotas, Brasil; Processo CEEA No. 8250-2015). O estudo foi conduzido na Embrapa Pecuária Sul, município de Bagé, Rio Grande do Sul, Brasil. A região tem um clima subtropical, com temperatura média anual de 17,6° C, variando entre 12,5° C em junho e 24° C de janeiro, e com extremos de -4° C e 41° C. A precipitação média anual é de 1.350 mm, com aproximadamente 25%, 34%, 25% e 16% ocorrendo no outono, inverno, primavera e verão, respectivamente.
Serão utilizadas dados de infestação de carrapato (TICK) e helmintos (OPG) e características de qualidade da carne provenientes de 426 bovinos de cortes de raças puras e cruzadas formadas pelos seguintes grupos genéticos: Angus (AN), Hereford (HH), Nelore (NE), Angus x Hereford (ANHH), Hereford x Angus (HHAN), Angus x Nelore (ANNE), Nelore x Angus (NEAN) e Caracu x Angus (CRAN). Estes dados são provenientes de outro projeto executado na Embrapa Pecuária Sul
Serão formados grupos de manejo (GM) pela combinação dos efeitos de potreiro e data de contagem. Os dados de contagem de carrapatos e endoparasitas por não seguirem uma distribuição normal, serão normalizados usando transformação logarítmica por 〖log〗_10 (x_i+1.0), onde x_i é a quantidade de parasita observada.
Estes animais foram submetidos entre maio de 2007 e julho de 2010 a contagens (de uma a cinco) dos ectoparasitas e entre março de 2007 e maio de 2010 a contagens (entre uma a quatro) através do exame de ovos por grama de fezes para quantificar infestação helmíntica. Tais medidas foram repetidas no tempo, respeitando num período mínimo de 30 dias entre os exames.
Foram consideradas para a contagem de carrapatos as teleóginas de tamanho ≥ 4,5 mm de comprimento e estas avaliações foram realizadas em cada animal de forma manual observando a presença de carrapatos em toda a metade esquerda do corpo. Tais medidas foram repetidas no tempo, respeitando num período mínimo de 30 dias entre as contagens.
Para OPG foi utilizada a técnica de McMaster. Quantificou-se quatro gramas de material fecal, realizando a diluição deste material em 56 ml de solução hipersaturada de NaCl na densidade de 1.2; homogeneizada a mistura, esta foi filtrada em uma peneira. Com uma pipeta de Pasteur, a solução foi colocada nas duas câmaras de MCMaster. Deixou-se descansar a amostra por quinze minutos, após, levando-a ao microscópio para a contagem dos ovos. Os resultados das duas câmaras foram somados e a soma foi multiplicada por 50, expressando o OPG (GORDON e WHITLOCK, 1939; UENO e GONÇALVES, 1998).

ANÁLISE ESTATÍSTICA
Para análise de variância e as médias das características estudas neste projeto entre grupos raciais serão comparadas pelo teste de Tukey nível de 5% de significância, utilizando o software R (R CORE TEAM, 2013a; R CORE TEAM, 2013b).
Será adotado o modelo misto para análises de medidas repetidas. Após as transformações logarítmicas por 〖log〗_10 (x_i+1.0), as características em estudo serão analisadas pelo método dos quadrados mínimos, utilizando-se o procedimento GLS (R CORE TEAM, 2013b), com o objetivo de verificar possíveis fontes de variação sobre elas. O modelo estatístico que será utilizado incluirá as características estudadas como variáveis dependente e incluiu os efeitos de grupo racial (onde neste está incluído os coeficientes genéticos: os efeitos aleatórios de animal (efeito genético aditivo direto), efeitos aleatórios maternos (efeito genético aditivo materno)), grupo de manejo, gênero, idade e de ambiente permanente do animal (efeitos não genéticos aditivos, decorrentes do próprio animal), utilizando modelo de repetibilidade descrito como:

Y_ijk=µ+〖GR〗_i+〖GM〗_j+〖ID〗_k+G_l+ e_ijkl
onde: Yijk = são as variáveis dependentes resistência a carrapato e helminto, μ = é a média geral, 〖GR〗_i= é o efeito fixo do ith grupo racial, GM = é o efeito fixo do jth grupo de manejo, 〖ID〗_k = é o efeito do kth idade em dias, G_l= é o efeito do gênero e e_ijk = é o efeito aleatório residual atribuído ao ith bovino.
Para a análise dos coeficientes genéticos, os efeitos do GR serão substituídos por uma série de efeitos utilizando o Modelo Linear Generalizado (GLM), com Regressão de Poisson usando a função glm do Software R, de acordo com o seguinte modelo estatístico:
〖GR〗_i=b_1 g_A^i+b_2 g_C^i+b_3 g_H^i+b_4 g_A^m+b_5 g_H^m+b_6 h_t^i+b_7 h_z^i

Na equação anterior, g_j^i representa a proporção individual do bovino da jth raça sendo A = Angus, C = Caracu, e H = Hereford em cada ith GR; da mesma forma, g_j^m representa a proporção da raça da mãe de cada bovino de cada GR; h^i representam os efeitos de heterose individuais que foram assumidos como proporcionais à heterozigose individual esperada (GREGORY e CUNDIFF, 1980). Os efeitos da heterose serão subdivididos quando a heterozigose resultar da combinação de alelos de uma raça taurina e uma raça zebuína (subscrito z) ou de duas raças taurinas (subscrito t). Para, b_1,b_2,b_3 = efeito aditivo individual dos coeficientes das raças Angus, Caracu e Hereford, respectivamente; b_4,b_5 = são os efeitos genéticos aditivos maternos dos coeficientes das raças Angus and Hereford; b_6,b_7= coeficientes de heterose individuais, expressos por cruzamentos de raças taurinas e de raças taurina com zebuína, respectivamente. As médias previstas serão estimadas e comparadas aplicando a função de contraste R/base aos efeitos aditivos individuais, maternos e de heteroses individuais, e coeficientes fracionais, que são apropriados para os GRs (BOICHARD et al., 2016).
A estrutura de simetria composta baseada na variação dentro dos indivíduos coletados será a mais adequada da variância e covariância (R) dos erros e_ijkl, dada por Var(e_ijkl)=R (BOZDOGAN, 1987).

CONTROLE DE QUALIDADE DOS DADOS GENÔMICOS
Serão analisados dados anteriormente genotipados, totalizando para este estudo 439 animais por meio Illumina® BovineSNP, densidade de 50k para todos. Genótipos serão identificados de acordo com o número de alelos, sendo AA = “0”, AB = “1” e BB = “2”. Serão considerados para as análises somente os cromossomos autossômicos e SNP. Os parâmetros de controle de qualidade (CQ) que serão utilizados para remover SNPs pouco informativos serão executados em scripts desenvolvidos no software R. Este CQ é implementado com o pacote SNPStats para remover amostras com sexo trocado, verificando o cromossomo “X” e amostras duplicadas. Para o CQ dos SNPs serão utilizados apenas SNPs mapeados nos cromossomos autossômicos, com “call rate” maior que 85%, com uma “MAF” (“minor allele frequencies”) maior que 0,03 e dentro do equilíbrio de Hardy-Weinberg (P > 10–6).

ESTIMATIVA DO EFEITO DOS SNPs
Utilizando a metodologia bayesiana, será obtido valores dos parâmetros genéticos de modelos mistos através do BLUP (melhor predição linear não viesada). O processo dos dados se dará primeiramente utilizando os programas da família BLUP, o REMLF90, o AIRMELF90 e o BLUPF90, estimando assim os componentes de variância genética, herdabilidade, variâncias fenotípicas, genéticas e de ambiente permanente.
A matriz de parentesco utilizada será a H, conforme Aguilar et al. (2010), em que são combinados dados de genótipos e pedigree. A inversa da matriz H é dada por:

H^(-1)=A^(-1)+(■(0&0@0 &G^(-1)-A_22^(-1) ))

em que: A é o numerador da matriz de relacionamento para todos os animais, A22 é o numerador da matriz de relacionamento para os animais genotipados; e G é a matriz de relacionamento genômico.
Modelo utilizado será:
Y_ =µ_ +Za+e_

em que: Y é vetor de fenótipos simulados; μ é a média geral dos fenótipos; Z é a matriz de incidência que relaciona os indivíduos aos fenótipos; a é o vetor de efeitos individuais dos animais; e, e_ é o vetor de resíduos.
Para realizar a análise de GWAS será utilizado os softwares postGSf90 para obtenção das soluções do GWAS. Os valores de p serão obtidos com base nas (co) variações do erro de previsão para SNPs, conforme metodologia descrita por Aguilar et al. (2010). Os resultados do p valor dos SNPs, ou janelas mais significativas serão representadas com gráficos de Manhattan e efeitos de SNPs e QTLs para cada característica. Estes gráficos serão criados a partir de pacotes específicos (qqman) no software R.

Indicadores, Metas e Resultados

Este estudo é parte de um projeto amplo que tem como objetivo geral melhorar a eficiência da produtividade da carne bovina através de estratégias genéticas com a utilização de cruzamentos envolvendo Bos taurus e Bos Indicus. Dando base para dissertações de mestrado e teses de doutorado, até o presente já foi possível obter respostas de eficiência reprodutiva, habilidade materna e metabolismo durante o período de transição de vacas de corte e eficiência alimentar e qualidade da carne de novilhos. Espera-se agora, utilizar as características avaliadas como infestação parasitária bem como as avaliações de carcaça e carne e uma avaliação econômica do sistema de cria e ciclo completo a fim de identificar sistemas de cruzamento e composições raciais adaptadas e bioeconomicamente mais rentáveis para as condições de criação do sul do Brasil.
Do ponto de vista acadêmico, espera-se dar origem a uma tese de doutorado e pelo menos três publicações científicas em revistas indexadas. Além disso, este trabalho possibilita o estreitamento do vínculo do Programa de Pós-Graduação em Zootecnia com a Embrapa Pecuária Sul através de colaborações dos alunos dos Grupos de Pesquisa do curso de Zootecnia da Universidade Federal de Pelotas com a Embrapa.

Equipe do Projeto

NomeCH SemanalData inicialData final
ARIONE AUGUSTI BOLIGON7
FERNANDO FLORES CARDOSO
MICHELE DA ROSA SCHOLANT SIMÕES

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