XXV CONGRESSO BRASILEIRO DE ZOOTECNIA
ZOOTEC 2015
Dimensões Tecnológicas e Sociais da Zootecnia
Fortaleza – CE, 27 a 29 de maio de 2015
Análise de associação genômica ampla para maciez da carne em bovinos da raça Nelore Mocho
Genome-wide association analysis of meat tenderness in Polled Nellore cattle
Cláudio Ulhôa Magnabosco1, Letícia Mendes de Castro2, Fernando Brito Lopes3, Guilherme Jordão de
Magalhães Rosa4, Luciana Correia de Almeida Regitano5, Eduardo da Costa Eifert6, Rodrigo da Rocha
Fragoso6, Artur Jordão de Magalhães Rosa6
1
Pesquisador Embrapa Cerrados /CNPq, Planaltina - DF, Brasil. e-mail: [email protected]
Doutoranda, Pós-Graduação em Ciência Animal – EVZ/UFG, Goiânia - GO, Brasil. Bolsista Capes.
3
Pesquisador Pós-doc, Department of Animal Sciences, University of Wisconsin, Madison-WI, EUA. CNPq.
4
Department of Animal Sciences, University of Wisconsin, Madison-WI, EUA.
5
Pesquisador Embrapa Pecuária Sudeste, São Carlos-SP, Brasil.
6
Pesquisador Embrapa Cerrados, Planaltina-DF, Brasil.
2
Resumo: O Brasil com um dos maiores rebanhos comercial do mundo apresenta grande variação na
qualidade da carne. As raças zebuínas, maior proporção do rebanho nacional, apresentam carne menos macia
que as raças taurinas, reduzindo o valor do produto. Objetivou-se identificar regiões do genoma associadas
com a maciez da carne em bovinos da raça Nelore Mocho. Os dados de maciez consistiram em valores de
força de cisalhamento (WBSF) do músculo Longissimus de 326 animais Nelore Mocho. Esses animais foram
genotipados em SNP Chip Bovine HD (777k) ou GGP-Indicus (77k). A imputação de marcadores faltantes
de GGP para HD foi realizada por meio do software FImpute. O controle de qualidade dos SNPs foi baseado
no GenCall<0,7, Call Rate<0,90, EHW P<0,01 (ajustado para Bonferroni) e MAF<0,05. Devido a grande
dispersão de touros (pais das progênies) a estratificação foi controlada pelos três primeiros componentes
principais. A análise de associação ampla do genoma (GWAS) foi realizado utilizando o método EMMA.
Após consistência e estruturação dos dados, observou-se média para WBSF de 3,85 ± 1,23 kgf, com
coeficiente de variação de 34,84%, com valores de WBSF de 1,23 kgf a 8,59 kgf. Os marcadores mais
significantes (P<0,0001) estão localizados nos cromossomos 2, 3, 7, 10, 11, 17, 20, 21, 24 e 25, indicando a
presença de QTLs associados com maciez da carne nessas regiões do genoma em bovinos Nelore Mocho.
Palavras–chave: força de cisalhamento, mapeamento associativo, modelos mistos, zebu
Abstract: Brazil has one of the largest commercial cattle herd worldwide, but its meat quality is highly
variable. The national herd is largely composed of Bos indicus breeds, which in general have less tender meat
than Bos taurus cattle, decreasing the product value. The aim was to identify genomic regions associated with
meat tenderness in Polled Nellore cattle. Tenderness data consisted of Warner-Bratzler shear force (WBSF)
values of Longissimus muscle from 326 Polled Nellore animals. The imputation from GGP to the HD Chip
was performed using FImput software. SNPs were excluded when GenCall<0.7, Call rate<0.90, EHW
P<0.01 (using Bonferroni adjustment), and MAF<0.05. Due to large dispersion of sires (progenies’ parents)
the population stratification was controlled by the three first principal components. Genome-wide association
analysis (GWAS) was performed using the EMMA method. The average and coefficient of variation for meat
tenderness were 3.85 ± 1.23 kgf and 34.84%, respectively, with WBSF values ranging from 1.23 kgf to 8.59
kgf. The most significant markers (P<0.0001) were located on chromosomes 2, 3, 7, 10, 11, 17, 20, 21, 24
and 25, indicating a number of QTLs associated with meat tenderness throughout the genome.
Keywords: associative mapping, mixed models, shear force, zebu
Introdução
O Brasil é considerado um dos maiores exportadores de carne bovina do mundo, mas é um dos
maiores em volume, não em valores financeiros. A maior parte da carne exportada é considerada de média
qualidade pelos compradores internacionais. Uma das características que depreciam a qualidade da carne
bovina brasileira exportada é a falta de maciez, isso porque grande maioria dessa carne vem de animais com
composição genética zebuína, sabidamente menos macia do que raças taurinas. Trabalhos com bovinos
Nelore têm demonstrado existência de variabilidade genética para maciez da carne e poderá ser
eficientemente explorada em programas de melhoramento (Castro et al., 2014). Entretanto, é de difícil
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melhoria por métodos convencionais, mas apresenta alto potencial se aplicadas à biotécnicas moleculares. Os
painéis de marcadores SNPs, têm sido utilizados na detecção e localização de QTL para características
complexas em muitas espécies, com grande utilidade na identificação de mutações casuais em características
econômicas dos animais (Ledur et al., 2009). Trabalhos de prospecção de genes de características de
qualidade da carne têm sido conduzidos há anos em raças taurinas. Dessa forma, trabalhos relacionados à
identificação de genes associados à maciez da carne para a raça Nelore Mocho são estratégicos para a
pecuária nacional, que produz basicamente carne zebuína. Nesse âmbito, objetivou-se realizar um estudo de
mapeamento associativo entre os SNPs e maciez da carne em bovinos da raça Nelore Mocho.
Material e Métodos
Os dados de maciez consistiram em valores de força de cisalhamento do músculo Longissimus dorsi
medidas pelo método Warner-Bratzler (WBSF), após sete dias de maturação a 4°C, de 326 animais da raça
Nelore Mocho, os quais provieram de uma população experimental constituída por animais contrastantes para
esta característica, abatidos nos anos de 2005, 2010 e 2012. A imputação de marcadores do Chip GGP para
HD foi realizada por meio do software FImpute (Sargolzaei et al., 2014) e todos os marcadores faltantes
foram imputados. O controle de qualidade foi realizado pela exclusão dos SNPs com Gen Call inferior a 0,7,
usado para indicar genotipagens confiáveis, com p-valor dos desvios do equilíbrio de Hardy-Weinberg
menores que 1% ajustados por Bonferroni, com base na frequência do menor alelo (MAF<0,05), call rate
menor que 90%, além do controle da estratificação da população e ajuste dos fenótipos por componentes
principais (PC). Após os filtros, foram utilizados nas análises 428.831 SNPs. A análise de associação
(GWAS) foi realizada por modelo misto utilizando método EMMA (Efficient Mixed-Model Association)
(Kang et al.,2008), implementado pelo pacote rrBLUP (Endelman et al., 2012), e o fenótipo de maciez da
carne foi ajustado para os efeitos fixos da ordem de abate e sexo.
Resultados e Discussão
Após a consistência dos dados, a população apresentou média de WBSF de 3,85 ± 1,23 kgf,
resultando em um coeficiente de variação relativamente moderado (34,82%). Trata-se de uma população
experimental formada a partir da seleção de animais segregantes para a característica, com valores de WBSF
variando de 1,23 kgf a 8,59 kgf, mantendo assim, certo grau de heterogeneidade.
A correção da estratificação populacional baseada em análise de PC tem sido aplicada com sucesso
nesse tipo de estudo, onde os autovetores da análise são utilizados como covariáveis em modelos de
regressão e teste de associação. O primeiro PC foi responsável por explicar 12,1% da variância total,
enquanto que os PCs 2 e 3 explicaram 8,7%, e 4,8%, respectivamente.O primeiro PC representou maior
percentagem do espectro total, o que pode ser um indício de estratificação da população, ou pelo menos
estratificação das famílias. Dessa forma, o modelo misto proposto mais o ajuste dos fenótipos por meio dos
três primeiros PCs, são adequados para o estudo de GWAS e para controlar a estrutura da população.
Observa-se no QQ-Plot (Figura 1) nenhuma subestrutura da população entre as amostras, isso porque
os valores observados encontram-se próximos a diagonal e distribuídos de modo uniforme.
Figura 1. Gráfico QQ-Plot da distribuição dos valores
observados e esperados para a maciez da carne
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A partir de -log10 (p-valor) = 4, os valores observados foram se distanciando dos esperados com o
aumento do nível de significância. Isto é, distanciaram-se da distribuição esperada sob a hipótese nula,
representando os SNPs significativos para a característica, indicando existência de associação. O que pode
ser verificado mais detalhadamente quando se plota o gráfico Manhattan (Figura 2). No Manhattan plot
verifica-se a associação dos SNPs com a característica. O eixo Y representa o –log10(p-value) e o eixo x
representa o SNP, dentro de seu respectivo cromossomo. Observa-se maiores picos de SNPs associados
(p<0,0001) aos cromossomos 2, 3, 7, 10, 11, 17, 20, 21, 24 e 25, sendo no cromossomo 21 o maior pico
encontrado e o SNP com maior associação. Esses resultados demonstra a existência de QTLs ligados à
maciez da carne nessas regiões do genoma em bovinos Nelore Mocho.
Figura 2. Gráfico Manhattan dos resultados da associação genômica para maciez da carne
ajustada para os três primeiros PCs
Conclusões
O modelo misto proposto e o ajuste dos fenótipos por meio dos três primeiros componentes principais
possibilitou o controle da estrutura da populacional. Os resultados demonstraram existência de QTLs ligados
à maciez da carne em regiões do genoma em bovinos Nelore Mocho, destacando os cromossomos 2, 3, 7, 10,
11, 17, 20, 21, 24 e 25 como pontos de associação genômica entre os marcadores SNPs e a maciez, sendo no
cromossomo 21 o maior pico encontrado e o SNP com maior associação. Em análises futuras outros animais
serão adicionados e, com uma base de dados maior, espera-se realizar análises para atribuir o SNP ao gene e
assim os conhecimentos gerados poderão ser utilizados em áreas da proteômica e mapeamento metabólico.
Agradecimentos
À Embrapa, CNPq e Capes pelo apoio financeiro e à Guaporé Pecuária – Marca OB por disponibilizar
e tornar possível a base de dados.
Literatura citada
CASTRO, L.M.; MAGNABOSCO, C.U.; SAINZ, R.; FARIA, C; LOPES, F.B. Quantitative genetic analysis
for meat tenderness trait in Polled Nellore cattle. Revista Ciência Agronômica, v.45, n.2, p.393-402, 2014.
ENDELMAN, J. Package rrBLUP.2012. Disponível em: http://cran.r-project.org/. Acesso: 20/02/2015.
KANG, H.M.; ZAITLEN, N.; WADE,C.; KIRBY, A.; HECKERMAN, D.; ESKIN, E. Efficient control of
population structure in model organism association mapping.Genetics,v.178, n.3, p.1709-1723, 2008.
LEDUR, M.C.; NAVARRO, N.; PÉREZ-ENCISO, M. Data modeling as a main source of discrepancies in
single and multiple marker association methods. BMC Proceedings, v.3, s.9, 2009.
SARGOLZAEI, M., J. P. CHESNAIS AND F. S. SCHENKEL. A new approach for efficient genotype
imputation using information from relatives. BMC Genomics, v.15, p.478, 2014.
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