Eventos de recombinação e estimativa da variância da diversidade gamética em bovinos nelore: implicações para programas de melhoramento

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Fieno, Patrícia Iana Schmidt [UNESP]
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: Genômica; Diversidade genética; Melhoramento genético; Bovinos de corte
• Link de acesso: https://hdl.handle.net/11449/310573; https://orcid.org/0000-0002-2690-7335

A variância da diversidade gamética refere-se à variabilidade do potencial genético de um indivíduo que pode ser transmitido à sua prole por meio de seus gametas. Essa variância surge de dois processos genéticos fundamentais: amostragem mendeliana, que introduz aleatoriedade na segregação de alelos durante a meiose, e recombinação, que é um processo biológico fundamental que cria combinações de material genético. Os objetivos desta tese foram inicialmente calcular taxas de recombinação entre marcadores SNPs de painéis comerciais, identificar regiões de hotspots no genoma, construir um mapa de recombinação para machos Nelore, estimar parâmetros genéticos relacionados ao processo de recombinação, realizar estudo de associação genômica ampla (GWAS) para eventos de recombinação e identificar por meio de análises funcionais os genes candidatos próximos aos SNPs significativamente associados. Posteriormente, objetivou-se estimar a variância da diversidade gamética de todos os animais para diversas características economicamente importantes usando as taxas de recombinação entre marcadores SNPs previamente estimadas, bem como os efeitos de marcadores SNPs sobre tais características. Finalmente, a resposta à seleção para as características estudadas foi comparada considerando a seleção tradicional e a seleção considerando também a variância da diversidade gamética. Um total de 62.022 animais genotipados com painéis de baixa e média densidade foram imputados para um painel de alta densidade (409.029 marcadores SNP após controle de qualidade). As posições genômicas dos marcadores foram baseadas na montagem do genoma ARS-UCD1.2 Bos taurus. As características reprodutivas consideradas foram circunferência escrotal (SC), idade ao primeiro parto (IPP) e prenhez de novilhas (HP), reconcepção de novilhas (HR) e capacidade de permanência (STAY), e as características de crescimento foram peso corporal ao desmame (WW) e peso corporal ao ano (YW). Registros fenotípicos medidos em aproximadamente 1.100.000 animais Nelore de programas de melhoramento comercial foram usados. As taxas de recombinação foram medidas por meio de um método indireto usando pedigree e as informações de genotipagem. Foram extraídos pares progênie-pai do pedigree da população de gado Nelore estudada. Tanto o pai quanto a prole foram genotipados e faseados para inferir sobre eventos de recombinação para uma meiose paterna. As regiões de hotspots foram definidas como intervalos de SNPs com taxa de recombinação > 2,5 desvios padrão acima da média de recombinação. Os parâmetros genéticos para taxa de recombinação foram estimados usando dois modelos: 1) Usando o número médio de eventos de “crossovers” meióticos por reprodutor 2) Usando estes eventos como medidas repetidas, uma vez que os reprodutores tiveram vários descendentes. Posteriormente, usando ambos os modelos, as análises de GWAS foram realizadas, considerando todos os “crossovers” localizados e somente as regiões de hotspots, para identificar genes candidatos e mecanismos biológicos que afetam a taxa de recombinação. Em análises funcionais, genes dentro de 100 kb a jusante e a montante de cada marcador SNP significativo foram investigados. Em análises subsequentes, aplicamos o mapa de recombinação construído para os machos, no software gamevar.f90 e estimamos a variância da diversidade gamética e o coeficiente de variação relativa para toda população, considerando características reprodutivas e de crescimento. Os genótipos foram faseados utilizando o software findhap.f90 v4 e para a obtenção dos efeitos dos marcadores para cada característica fenotípica estudada, um modelo assumindo homogeneidade de variância dos seus efeitos, ssGBLUP, foi usado. Como resultado, foram identificados 407.828 eventos de “crossovers” e 12.357 meioses paternas, que abrangem 33 Morgans para machos Nelore. Foram encontradas 2.039 regiões de hotspots, destacando-se o cromossomo 1 com o maior número destas regiões. As estimativas de herdabilidade foram de 0,24±0,06 e 0,17±0,09 para os modelos 1 e 2, respectivamente. Para o modelo 2 a repetibilidade estimada foi de 0,50±0,03. Por meio de análises GWAS, encontramos SNPs significativos para ambos os modelos (1 - 29SNPs; 2 - 192 SNPs) e genes semelhantes que podem impactar a recombinação de várias maneiras, seja participando diretamente do processo de recombinação homóloga ou influenciando indiretamente o ciclo celular, a estabilidade genômica e os processos de reparo do DNA. Nosso GWAS utilizando as regiões de hotspots da recombinação, identificou o gene PRDM9 no cromossomo 1, em ambos os métodos, que está validado e diretamente relacionado com a recombinação meiótica. As estimativas de herdabilidade encontrados sugerem que os eventos de recombinação meiótica são um processo hereditário na população Nelore estudada. Por meio de nosso estudo, o primeiro mapa de recombinação para bovinos Nelore utilizando um painel comercial de SNP está sendo disponibilizado para a comunidade científica. A variância gamética foi identificada em todas as características, com BTA1 e BTA8 desempenhando papéis centrais na transmissão da variabilidade genética para características de crescimento e reprodução, respectivamente. O BTA1 teve o maior impacto na covariância gamética de YW, WWd e WWm, enquanto o BTA8 esteve associado a AFC, HP e HR, reforçando sua importância na regulação genética dessas características. A inclusão da variância gamética na seleção resultou em ganhos genéticos adicionais, com o maior aumento observado para HP (+8,41%) e STAY (+8,43%) sob REPD1.5. As características de crescimento apresentaram melhorias mais modestas, variando de 2,37% a 5,38%. O número de progênies necessário para capturar 90% da variância gamética variou entre 51 (SC e YW) e 125 (HP), destacando o potencial da seleção relativa em biotecnologias reprodutivas. Dado que este é o primeiro estudo na raça Nelore, nossos resultados revelam novos insights sobre a compreensão da recombinação e aplicação da variância gamética nessa raça de alta importância econômica para o Brasil.