Simulação de seleção recorrente assistida por marcadores moleculares em espécies autógamas - Bearzoti, Eduardo (1997)
A seleção recorrente em espécies autógamas consiste em um procedimento que pode aumentar a probabilidade de combinações genotípicas superiores, em virtude do aumento da frequência de alelos favoráveis. Entretanto, trata-se de uma prática de difícil execução, principalmente devido ao fato de a etapa de recombinação quase sempre ter de ser manual. Suas dificuldades inerentes demandam a busca por metodologias que aumentem sua eficiência. A seleção assistida por marcadores moleculares pode contribuir nesse sentido, uma vez que quase sempre algum desequilíbrio de ligação é restabelecido em cada ciclo seletivo, em decorrência do uso frequente de unidades de seleção com algum grau de endogamia. Para tanto, é fundamental a estimação da proporção da variância genética explicada por marcadores moleculares (p), se um índice de seleção for utilizado, combinando as informações fenotípica e molecular. Embora o coeficiente de determinação (R2) seja por vezes empregado para esse fim, não é claro sob quais circunstâncias esta estatística é adequada, e se não haveria outros estimadores mais apropriados. Face aos aspectos levantados, este trabalho teve por objetivos: a) a obtenção de um estimador da proporção da variância genética explicada por marcadores moleculares, e a avaliação de algumas de suas propriedades e de sua utilização na seleção assistida por marcadores; e b) a avaliação da seleção assistida por marcadores moleculares em espécies autógamas, mediante simulação em computador, sob diferentes valores de parâmetros genéticos e de outros fatores. Um estimador da proporção p da variância genética explicada por marcadores moleculares foi obtido considerando situações em que modelos de regressão múltipla são utilizados, tendo o número de cópias de um dos alelos de vários locos marcadores como variáveis regressaras. Também considerou-se como variável dependente a média fenotípica de progênies avaliadas em experimentos com repetições. Para a avaliação da seleção assistida por marcadores em plantas autógamas, linhagens endogâmicas foram simuladas, em número de 5 (na maioria das situações), cada qual participando de dois cruzamentos mediante um esquema de dialelo circulante, formando assim uma população-base composta por 5 subpopulações. Em cada uma destas, 400 plantas So ou S2 eram classificadas quanto ao genótipo de 130 locos marcadores codominantes, ao longo de um genoma fictício de 10 Morgans. Neste genoma, 50 QTL's foram dispostos aleatoriamente, apresentando efeito diferenciado. As progênies obtidas daquelas plantas So ou S2 eram dispostas em 2 repetições. Os descendentes obtidos por autofecundação das progênies selecionadas formavam novas 5 subpopulações em um ciclo seletivo seguinte. Ao todo, 6 ciclos de seleção foram simulados em 10 repetições, para cada conjunto de valores para parâmetros possivelmente influentes. A seleção assistida por marcadores foi praticada mediante o índice de seleção de Lande & Thompson (1990), e avaliada comparando-a com a seleção baseada apenas nas médias fenotípicas das progênies. Para quantificar o nível de desequilíbrio de ligação em um dado ciclo seletivo, foram considerados todos os pares de locos marcadores distanciados de 16,67 cM apresentando polimorfismo, tomando-se o valor médio do desequilíbrio. Quando o número de progênies é pequeno (da ordem de 10), tanto o estimador proposto da proporção da variância genética explicada por marcadores moleculares, como o coeficiente de determinação, mostraram-se insatisfatórios, devido à sua tendenciosidade ou baixa precisão. Por outro lado, se a herdabilidade da característica for alta, ou tanto este parâmetro como p forem altos, o coeficiente de determinação R2 mostrou-se mais apropriado. Se o número de progênies avaliadas for alto (algumas centenas), o estimador proposto tem um vício consideravelmente menor que o de R2, e com um nível de precisão tolerável. Nesses casos, intervalos de confiança para p podem ser construídos utilizando a aproximação normal. Os resultados de uma forma geral não atestaram a seleção assistida por marcadores como eficiente, por mais de um único ciclo seletivo, em todas as situações consideradas. A razão principal dessa falta de eficiência foi tida principalmente pelo fato de que, ao contrário de estudos anteriores, nos quais foram consideradas populações-base formadas a partir do cruzamento de duas linhagens endogâmicas apenas, nesse estudo optou-se pela simulação de uma população-base formada a partir de várias linhagens. Isto fez com que ocorressem misturas de diferentes fases de ligação entre locos marcadores e aqueles controladores da característica em questão, diminuindo o nível de desequilíbrio de ligação ao longo dos ciclos seletivos, apesar do uso de unidades de recombinação endogâmicas. Quando considerada por apenas um ciclo seletivo, a seleção assistida por marcadores mostrou-se eficiente, especialmente se praticada em gerações precoces de autofecundação, e quando a característica apresentou baixa herdabilidade. O tamanho das subpopulações nas quais a metodologia foi aplicada afetou sobremaneira sua eficiência, demandando a avaliação de algumas centenas de progênies por cruzamento. A técnica mostrou-se promissora no primeiro ciclo seletivo, mesmo em presença de dominância positiva completa. O uso de 200 locos marcadores, ao invés de 130, propiciou melhorias apenas modestas de eficiência. Baixos valores do coeficiente de heterogeneidade de solo de Smith (1938), com consequentes reduções na herdabilidade, também não aumentaram sobremaneira a eficiência do uso de marcadores moleculares. Para que a seleção assistida por marcadores se mantivesse eficiente por mais de um ciclo seletivo, testou-se o uso de seleção de apenas uma progênie por cruzamento (e, consequentemente, apenas duas progênies para compor subpopulações, em ciclos seguintes). Este procedimento de fato aumentou o desequilíbrio de ligação gerado na etapa de recombinação, mas mostrou-se inadequado a longo prazo, devido à ocorrência de alta deriva genética, tanto em QTL's como em locos marcadores, reduzindo o nível de polimorfismo. O uso de um alto tamanho efetivo populacional, pelo uso de 20 linhagens para compor a população-base, não foi suficiente para contornar o problema da deriva genética, evidenciando a dificuldade de se estabelecer um programa de melhoramento em espécies autógamas com características tais que a seleção assistida por marcadores se justifique.