Loading presentation...

Present Remotely

Send the link below via email or IM

Copy

Present to your audience

Start remote presentation

  • Invited audience members will follow you as you navigate and present
  • People invited to a presentation do not need a Prezi account
  • This link expires 10 minutes after you close the presentation
  • A maximum of 30 users can follow your presentation
  • Learn more about this feature in our knowledge base article

Do you really want to delete this prezi?

Neither you, nor the coeditors you shared it with will be able to recover it again.

DeleteCancel

Make your likes visible on Facebook?

Connect your Facebook account to Prezi and let your likes appear on your timeline.
You can change this under Settings & Account at any time.

No, thanks

Aula Uso de Marcadores na Produção Animal 2013

No description
by

Miguel Santana

on 21 September 2016

Comments (0)

Please log in to add your comment.

Report abuse

Transcript of Aula Uso de Marcadores na Produção Animal 2013

Stepwise
GRAMMAR/Gamma, EMMAX, TASSEL, FASTA
Regressão múltipla bayesiana
RRBLUP
GBLUP
Alfabeto Bayes (A, B, C, Cp, CpC, D, LASSO)
Machine learning
Redes neurais
Random Forest
Estudos de associação de amplo genoma
Qual é o desafio?
Encontrar um
conjunto de marcadores
moleculares que tenham
associação
com características produtivas
Esses conjunto deve
explicar
uma parcela significativa do fenótipo
Combinar
as informações desses marcadores com outras ferramentas (exemplo DEP's) para selecionar os animais ==>
maior produtividade
O que há de novo?
Novas metodologias de estimação de valores genéticos levam ao
aumento de acurácia
da escolha de reprodutores e progressivos ganhos genéticos: exemplo frangos de corte
Como funciona a genética no nível celular?
Resultados Parciais
ESTATÍSTICA E BIOINFORMÁTICA
Cromossomos, DNA, RNA...
Coleta de genótipos
José Bento Sterman Ferraz
Miguel Henrique de Almeida Santana

Introdução
PRODUÇÃO ANIMAL:

É a ciência que se dedica ao estudo da criação, produção e manejo de animais domésticos com ênfase econômica
Produção Animal
Melhoramento genético
e
Diferenças entre as raças e animais
Cor de pelagem
Mocho ou aspado
Peso às diferentes idades
Características reprodutivas
Qualidade de carne
Eficiência alimentar
Resistência a parasitos
Resistência a doenças
O que interfere no desempenho?
Instalações
Alimentação
Manejo
Saúde
Ambiente
GENÉTICA
Mão-de-obra
Melhoramento genético animal
O que é ?
Obtenção de melhoria na produção animal por alterações na composição genética nos rebanhos
Duas etapas:
Alterações genéticas (seleção, mutação, migração)
Sistemas de acasalamento
Endogamia
Exogamia
Para que servem reprodutores e matrizes
São nossas
máquinas
Fornecem os

gametas
Produzir os
bezerros
Adequados aos

sistemas de produção

e ao

ambiente
Valem o valor dos seus
gametas
Necessário

conhecer

isso
1800
1900
2010
2000
1700
10.000 AC
Medições
Medições
ajustadas
Início do século XX
DEP's
Diferença esperada na progênie
Biologia molecular
Seleção Assistida por Marcadores

Seleção Genômica
Avaliação visual
Domesticação dos animais
Pedigree
Avaliação dos animais de acordo com os pais
Evolução das metodologias de estimação do valor genético
Eficácia
Tradição da família pela fama de criador dos animais
Tradição
Pesos, dimensões, tempos, etc...
Índices
Desvios de grupos, provas de ganho de peso
Baixa acurácia
Média acurácia
Alta acurácia
Quadrados mínimos
Modelos touro
Modelos Animais
1950 - 1970
1970 - 1990
A partir de 1990
Modelo
P =
G +

E + GE
P = Fenótipo
G = Genótipo
E = Ambiente
P =

A + D + I +

E +GE
A = efeito aditivo
D = efeito de dominância
I = interação dos genes
P =
A
+ D + I + E + GE
O que é a avaliação genética?
Análise dos dados de produção utilizando metodologia estatística adequada, para:
Separar os efeitos aditivos (
A
)
Ordenar os animais de acordo com o valor genético
P =
A
+ D + I + E + GE
DEP:

o que significa?
Ferramenta
auxiliar
de seleção
Exemplo
Touro A
+12 kg
Touro B
-3 kg
15 kg/filho em média
Diferença
Se for peso ao abate =
15 kg/filho x 5 anos x 30 filhos/ano
2250 kg de peso vivo x R$3,33/kg (12/2013)
R$7.500,00
Receita adicional na vida útil do touro
DEP = $$$ no bolso do criador
Acurácia x Precisão
O que é acurácia?
Implicações da acurácia
Progresso genético
Ganho genético anual
Intensidade de seleção
Acurácia
Intervalo de gerações
Raiz da Herdabilidade
Desvio-padrão fenotípico
Como selecionar um reprodutor?
Avaliações genéticas, DEPs, sumários de touros e vacas...
Especificações
técnicas das "máquinas"
Ferramentas que auxiliam, os critérios de
escolha
Comparação entre as "máquinas",
valor médio dos gametas de um reprodutor
Como selecionar um reprodutor?
Quais são os pontos forte do rebanho?
Reforce-os, usando reprodutores com DEP's adequadas ao rebanho e ao sistema de produção.

Exemplo: precocidade sexual e ambiente
Quais são os pontos fracos do rebanho?
Use reprodutores ou sêmen que "consertem" esses pontos
Muito bem. Estou convencido: só usarei touros geneticamente avaliados. Estou certo?
Critério de seleção
Existem novidades na estimativa das DEP's?
Metodologias (Frequentistas x Bayesianas)
Melhor controle de dados e grupo de contemporâneos
Definição de modelos
Avaliações multiraciais
Avaliações entre países
Grupos de reprodutores múltiplos
No geral as avaliações são consistentes e não trazem grandes alterações no ranking
Biologia molecular começa a chegar ao campo, com as descobertas de
marcadores moleculares
ou marcadores genéticos

Bioinformática


SNP
POLIMORFISMO DE NUCLEOTÍDEO ÚNICO
Marcadores genéticos
HIBRIDIZAÇÃO
Tipos de marcadores
Morfológicos

Moleculares
Marcadores
Qualquer característica morfológica ou molecular que permite a diferenciação de indivíduos
DNA foi descrito por Watson e Crick
Biologia Molecular
Uso de Marcadores Moleculares na Produção Animal
jbferraz@usp.br
miguel-has@hotmail.com

DNA
Chave da vida
Núcleo e mitocôndrias
Fita dupla
Dupla hélice
Fonte: www.corbis.com
DNA
DNA
Nucleotídeos

Pentoses
Ácido fosfórico
Bases nitrogenadas
Adenina e Guanina (purinas)
Citosina e Timina (pirimidinas)
Arranjo
Adenina - Timina
Citosina - Guanina
Possibilita a inferência do genótipo a partir do fenótipo e, também, acompanhar a segregação ao longo das gerações
Características desejáveis
Polimórfico
Aditivo (Codominante)
Herança mendeliana
Não sofra influências ambientais
Possibilite discriminação dos indivíduos
Fácil de mensurar
Baixo custo
Reprodutível
Marcadores dominantes
Marcadores aditivos
M1M1
M2M2
M2M2
M1M1
M1M2
M2M2
Bioquímicos
Genéticos ou de DNA
Tipos de marcadores moleculares
Genéticos ou de DNA
São variações na sequência de DNA
Relacionadas com a expressão de uma característica
Vantagens:
não sofre influência ambiental
Desvantagens: técnicas e equipamentos mais complexos
Variações no genoma
INSERÇÃO
(inclusão de um ou mais nucleotídeos num locus)
Variações no genoma
DELEÇÃO
(ausência de um ou mais nucleotídeos num locus)
Variações no genoma
MUTAÇÃO PONTUAL
(troca de um nucleotídeo por outro)
Variações no genoma
Variabilidade biológica
Alterações não-funcionais ou silenciosas
Alterar sequência de aminoácidos de uma proteína
Promover a inibição ou estimulação da expressão de um gene
Não afeta a sequência de aminoácidos
Ocorre em região não codificante
AMPLIFICAÇÃO
RFLP - restriction fragment length polymorphism
RAPD - ramdon amplified polymorphic DNA
AFLP - amplified fragment length polymorpism
SSR - simple sequence repeats (microssatélites)
SNP - single nucleotide polymorphism
Hibridização x Amplificação
HIBRIDIZAÇÃO
AMPLIFICAÇÃO
Pareamento de fitas complementares de DNA ou RNA para produzir DNA-DNA ou DNA-RNA
Processo de replicação de fragmentos de DNA por PCR (polymerase chain reaction)
Variações no DNA em único nucleotídeo que ocorrem em mais de 1% da população
Podem ou não estar em regiões codificantes
Transversões (purinas purimidinas)
Transições (purina purina ou
pirimidina pirimidina)
A
por
C ou T; G
por
C ou T
A
por
G ou C
por
T
GENÔMICA
Projeto Genoma Humano
1990 - Chefiado inicialmente por James Watson

5000 cientistas e 250 laboratórios

Orçamento de US$3 a US$50 bilhões
Genômica
Após os sequenciamentos foi possível avaliar melhor as variações no genoma

Essas alterações poderiam ser, em parte, responsáveis por diferenças fisiológicas

Associação
dos SNPs com fenótipo!!!
15/02/2001
L1 DOMINETTE
Aplicações na medicina veterinária

Identificação de doenças genéticas
Resistência a doenças
Embriologia molecular
Preservação de DNA de genótipos raros
Transgênese animal
Clonagem
Expressão gênica diferencial
Homologia gênica entre raças, espécies...
Vacinogenômica
Farmacogenômica
Aplicações na produção animal
Teste de paternidade
Identificação de genes ligados a características produtivas
Rastreabilidade
Nutrigenômica
Seleção assistida por marcadores
Estudos de associação de amplo genoma
Seleção genômica
Uso de marcadores moleculares
Seleção Assistida por Marcadores (SAM)
Manejo Assistido por Marcadores
Marketing Assistido por Marcadores
Introgressão de genótipos em rebanhos
Seleção de características complexas
Melhorar a acurácia de processos seletivos
Identificar paternidade em animais, principalmente sistemas multi-touros
Seleção genômica
Estudos de associação de amplo genoma
Café?
e
Coleta de fenótipos
Material Biológico
Extração de DNA
Quantificação e Qualificação
Genotipagem
Características Reprodutivas
Resistência a parasitos em ovinos
FENÓTIPOS
Qualidade de carcaça e carne
Minos Carvalho
Ingestão, crescimento e eficiência alimentar
Miguel Santana
Pâmela Alexandre
Gerson Oliveira
Priscila Silva
Bioinformática
: estudo da aplicação de técnicas computacionais, matemáticas e estatísticas na geração e gerenciamento de bioinformação
Armazenamento das informações
Mil genomas completos = 100 TeraB

Genoma dos bebês nascidos nos EUA/ano = 430 PetaB

Genoma dos brasileiros adultos = 18 ExaB

Genoma dos chineses = 130 ExaB
Banco de dados
Fonte: Alexandre, 2013
Sistemas operacionais
Programação
O que o uso de dados moleculares adiciona na avaliação genética?
Informações sobre características até então não avaliadas, mas de importância econômica
Viabilização da utilização de touros jovens com mais segurança e aumento do ganho genético
Aumenta a acurácia da predição do valor genético aditivo (2*DEP) em até
100%
para animais candidatos a touros
Semelhante a um touro com 6 a 7 filhos
Seleção auxiliada pela genômica
Identificar um conjunto de marcadores moleculares que permitam inferir sobre a segregação de genótipos de interesse no melhoramento genético
O parentesco via pedigree será corrigida com essas informações!

Meio irmãos têm relação genética de 1/4?
Irmão completos de 1/2?
Matriz de parentesco genômico
EVOLUÇÃO DOS MÉTODOS DE ANÁLISE DOS EFEITOS DE SUBSTITUIÇÃO ALÉLICA
Fonte: de los Campos et al., 2013
Qual usar???
Fonte: Hayes 2009
EVOLUÇÃO DAS PLATAFORMAS DE GENOTIPAGEM
Estudos Concluídos
Informações moleculares na acurácia das estimativas de DEPs
SNPs em genes de síntese e degradação proteica
SNPs nos genes da leptina e do receptor da leptina com crescimento e características de carcaça
Associação de SNPs nos genes CAPN1 e CAST com a cor da carne
Rebanho CFM
Valores genéticos moleculares Igenity
Matriz de parentesco de 226.665 animais sendo 3.542 genotipados
Modelo animal completo
Acurácias BIF calculadas por MTDFREML = fenótipo + valor genético molecular
Ganho de peso pós desmama
290 bovinos Nelore
Fenótipos para ingestão, eficiência alimentar e características de carcaça por ultrassonografia
SNPs em genes ligados a síntese e degradação proteica
Associação dos SNPs com os fenótipos
Fonte: Ferraz, 2011
Fonte: Gomes et al., 2013
2162 bovinos Nelore
Medidas de carcaça, circunferência escrotal e crescimento
SNPs no gene da leptina e receptor da leptina
Fonte: Silva et al., 2012
638 bovinos Nelore
Fenótipo para cor da carne
SNPs nos genes T945M, GHR2, E2FB e CAPN4751
Fonte: Pinto et al., 2011
Tecnologia Avança
Novos chips sendo lançado no mercado
Custo x Benefício
Chips específicos para determinadas raças ou fenótipos
Chips "proprietarios"
Estudo de caso, produtor comercial
Já faz seleção a muito tempo
Rebanho de touros múltiplos
160 Bezerros
11 touros
Aproximadamente 14,5 progênies/touro
Média peso a desmama dos bezerros: 218 kg
~62%
Peso a desmama abaixo da média
~27%, PD = -8,47 kg
PD = 6,91 kg
Diferença de
15,38 kg
Resultados
Identifica os touros "melhoradores" de cada rebanho
Decisão sobre descarte de touros - N de filhos e produção destes
Padronização dos produtos
Acompanhamento da eficiência das biotecnologias - IA e IATF
Informação para tomada de decisão correta
Próximos passos
Análise dos dados de genotipagens de alta densidade
Testar a inclusão desses dados genômicos na acurácia de estimativas de valores genéticos
Verificar os diferentes produtos disponíveis para genotipagem (imputação)
Encontrar regiões associadas aos fenótipos de interesse na produção animal
Estudar frequências dos alelos...
GWAS e GS
Estudo de frequências dos alelos de diferentes chips
GWAS
700 bovinos Nelore
Genotipados em HD e 50k
Ganho de peso em confinamentogenômicas que
GWAS
700 bovinos Nelore
Genotipados em 50k e HD
Ingestão alimentar e Consumo Alimentar Residual
Santana et al., 2013
Santana et al., 2013
Estudo de MAF (menor frequência alélica)
Quatro diferentes produtos de genotipagem
BovineHD (778k), GGP Indicus HD (84k), BovineSNP50 (54k) e GGP Indicus LD (20k)
% e número de SNPs em diferentes MAFs
GWAS e GS
Estudo de associação de amplo genoma
Genome-wide association studies (GWAS)
Seleção genômica
Genomic selection (GS)
GWAS
Uso de análise de SNPs para encontrar localizações genômicas associadas com as diferenças em uma medida de interesse
1 - Encontrar muitos indivíduos que diferem para um fenótipo de interesse

2 - Uso de informações dos alelos de milhares de SNPs ao longo de todo o genoma

3 - Verificação para os SNPs que posuem associação com esse fenótipo
GWAS
Utilizado inicialmente na pesquisa epidemiológica da genética humana
Estudo de caso-controle
Busca na por genes regiões genômicas relacionadas com doenças
Adotado posteriormente na produção animal
Muitos SNPs com
baixo efeito
cada ==> juntos explicam boa parte da variação fenotípica
Uso dos efeitos dos SNPs no melhoramento ==>
GS
Seleção Genômica
Utilização das associações (GWAS) melhoramento animal
Seleção de animais que apresentam o conjunto de alelos mais favorável
Não importa a localização dos SNPs e sim seus efeitos
Seleção Genômica
Fonte: Decker et al., 2009
Fonte: Decker et al., 2009
Seleção Genômica
Fonte: Garcia, 2009
Melhoramento tradicional
x
DEP genômica
x
Teste de Progênie
Prof. Dr. José Bento Sterman Ferraz
MSc. Miguel H de Almeida Santana
Melhoramento Genético
Fonte: Alexandre et al., 2013
Muito obrigado
jbferraz@usp.br
miguel-has@hotmail.com
Full transcript