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Palestra Marcos Vinicius Silva - Seminário ANCP 2014

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  • 1. Marcos Vinicius Barbosa da Silva Bioinformtica e Genmica Animal Embrapa Gado de Leite Ribeiro Preto, 25/04/2014 Entendendo e usando as DEPs genmicas

2. 2 Alvo aumentar a produo e a rentabilidade da pecuria pelo uso de animais mais eficientes, adaptados ao ambiente e com melhor qualidade do produto. Melhoramento Gentico 3. 2 Ferramentas e estratgias ! Seleo: escolha dos pais da prxima gerao Aquisio de animais superiores Programas de melhoramento gentico ! ! Acasalamento: consiste na reproduo dirigida dos indivduos selecionados Diferenas entre raas/linhagens/indivduos Programas de cruzamento sistemtico Raas compostas Melhoramento Gentico 4. 3 Fatores determinantes para avanos no melhoramento ! Ampliao do papel da pecuria de corte Produo de carne -> gerao de alimentos saudveis e seguros Diminuir o impacto ambiental Gases de efeito estufa (principalmente o metano) Bem-estar animal ! Competio por terras com agricultura e gerao energia Eficincia da utilizao de alimentos Adaptao dos animais ao ambiente (menos favorveis) Resistncia a doenas e parasitas 5. 3 Fatores determinantes para avanos no melhoramento ! Revoluo nos mtodos genmicos Sequenciamento de DNA e de genotipagem de marcadores moleculares Avaliao gentica que associa mtodos quantitativos tradicionais com informaes de dezenas de milhares de marcadores moleculares 6. 1 A evoluo das metodologias de estimao do valor gentico " Seleo genmica, associada com DEPs (single-step) ou no (em desenvolvimento, j em uso em gado de leite) " Biologia molecular, seleo assistida por marcadores genticos (comeando a ser usada) " DEPs com alta acurcia (Modelos Animais, ~20 anos) " DEPs com mdia acurcia (Modelos touro, >30 anos) " DEPs com baixa acurcia (Quad. Mnimos, >50 anos) " ndices (desvios de grupos, e.g. provas de ganho de peso, > 60-80 anos) " medies ajustadas (>80 anos) " medies (pesos, dimenses, tempos, etc.) (>100 anos) " Tradio, fama do criador dos animais " Pedigree (>100 anos) " Avaliao visual (>2.000 anos) Eficcia Vamos ser mais eficientes? Prof. Dr. Jos Bento Sterman Ferraz, 2011 7. ! Coleta dos dados fenotpicos dos animais (produo e composio do leite, pesos s diversas idades etc.) ! Predio do mrito gentico (DEP) dos indivduos ! Seleo dos animais superiores como pais da futura gerao e comercializao de reprodutores com indicao de desempenho Predio do Mrito Gentico Fentipo Pedigree Metodologia Estatstica Antiga caixa-preta Programas de Seleo Tradicional em Bovinos 8. Geneticistas usam a semelhana entre parentes para efetuar a escolha dos indivduos que sero pais na prxima gerao e promover ganhos genticos! Animal breeders use the resemblance between relatives to select parents of the next generation and make genetic change 9. As taxas de ganho so aumentadas quando se consegue identificar apropriadamente (com alta acurcia) aqueles indivduos de melhor gentica (DEPs) 10. Marcadores Genticos Seleo Assistida por Marcadores -Aumento dos ganhos genticos ! Reduo do intervalo de geraes # Aumento da acurcia para seleo, da variabilidade gentica e da presso de seleo 11. Marcadores Moleculares Usados ! Def.: Marcador molecular todo e qualquer fentipo molecular oriundo de um gene expresso (como em isoenzimas) ou de um segmento especfico de DNA (expresso ou no) ! Sistemas sanguneos ! Polimorfismos Bioqumicos (Albumina, Amilase, Transferrina, Anidrase Carbnica) ! Restriction Fragment Length (RFLPs) ! Random Amplified Polymorphic DNA (RAPDs) ! Sequence Tagged Sites (STS) ! Amplified Fragment Length Polymorphisms (AFLPs) ! Microssatlites (SSR) 12. n Eenennaam Missouri 8/31/2011 Animal Genomics and Biotechnology Education A lot of detail about the marker Marcadores Genticos Leptina: protena que influencia o apetite e o metabolismo energtico 13. First multi-gene test arrives Animal Genomics and Biotechnology Educationan Eenennaam Missouri 8/31/2011 14. Pfizer Animal Genetics aquired Bovigen results reported as GPD aquired Bovigen results reported as GPD 15. Genoma Bovino: Sequenciamento e Anotao 16. # Permitem que a herana seja seguida na regio atravs das geraes # Single nucleotide polymorphisms (SNiP) so os marcadores do futuro! # Grande quantidade! * 6-12 milhes no genoma! Polimorfismo poly = muitas morph = formas 94% 6% Single nucleotide polymorphism (SNP) Populao Geral Enfim, os SNPs 17. Desenvolvimento de ferramentas (chip de DNA) ! - Affymetrix 10K chip - Affymetrix 25K chip - Illumina Bovine SNP50K chip - Illumina High-Density Bovine BeadChip (777K) - Affymetrix Axiom Genome-Wide BOS 1 Array (648K) - Affymetrix 3K, 6K - GeneSeek Genomic Profiler (GGP) LD (9K) e HD (78K) - GGP Indicus LD (20K) e HD (80K) 50K777K 648K 18. Uso de microarranjos (chips) de DNA ! Estudos de prospeco de genes de interesse: Genome-wide Association Study (GWAS) ! Programas de avaliao e melhoramento: Seleo Genmica Como usar essa ferramenta? 19. Seleo Genmica ! Definio: seleo simultnea para vrios (dezenas ou centenas de milhares) marcadores cobrindo de modo denso todo o genoma, de tal forma que todos os genes estejam em desequilbrio de ligao com pelo menos alguns desses marcadores ! ! Apresentada por Meuwissen et al. (2001) 20. DNA Nova e melhor!! Fentipo Predio do Mrito Gentico Pedigree?? Seleo Genmica 21. Seleo Genmica Qual a importncia de um nico SNP? Regresso linear simples: a substituio do alelo C pelo A, aumenta em mdia, 5 unidades na caracterstica de interesse 0 1y = + x + e, x={0,1,2}Prof. Fabyano Fonseca (UFV) 22. Individual 1 Individual 2 Individual N Phenotype 2.5 4.8 4.7 Genotype . . C . . . . . T . . . . . . . . . T . . . . . C . . . . . A . . . . . . . . . T . . . . . G . . . . . A . . . . . . . . . A . . . . . C . . . . . T . . . . . . . . . T . . . . . G . . . . . T . . . . . . . . . T . . . . . G . . . . . T . . . . . . . . . T . . . Individual 1 Individual 2 Individual N Phenotype 2.5 4.8 4.7 Genotype . . 0 . . . . . 1 . . . . . . . . . 2 . . . . . 1 . . . . . 1 . . . . . . . . . 1 . . . . . 2 . . . . . 2 . . . . . . . . . 2 . . . 1,, m efeitos a serem estimados simultaneamente 0 1 1 m my = + x ... x e+ + + Regresso mltipla y: fentipo X: 0,1 e 2 (aa, aA, AA) Qual a importncia de vrios SNPs? Um efeito para cada SNP Seleo Genmica Prof. Fabyano Fonseca (UFV) 23. 1.2 Valor Gentico Genmico (EGBV) 1 1,1 1 2,1 2 2500,1 2500 1 EGBV =z b z b ... z b : EGBV = 0 (0.25) 1 ( 0.10) ... 2 (0.12)= 2.5 Aa AAaa Example + + + + + + 2 1,2 1 2,2 2 2500,2 2500 2 EGBV =z b z b ... z b : EGBV = 1 (0.25) 0 ( 0.10) ... 2 (0.12)=1.6 Aa AAaa Example + + + + + + 634 1,634 1 2,634 2 2500,634 2500 634 EGBV =z b z b ... z b : EGBV = 1 (0.25) 2 ( 0.10) ... 2 (0.12)=0.5 Aa AA AA Example + + + + + + 2500 SNPs 634 animais Seleo Genmica Prof. Fabyano Fonseca (UFV) 24. Confiabilidades comparando predio genmica e mtodo tradicional Confiabilidade Tradicional Genmico Genmico Caracterstica PA Realizado Ganho Mrito total 30 53 23 Leite 35 58 23 Gordura 35 68 33 Protena 35 57 22 Gordura % 35 78 43 Protena % 35 69 34 VanRaden et al. (2009) 25. Aumento das acurcias das DEPs da raa Angus - EUA How much do DNA tests help increase accuracy of EPDs? (Table 4) Data from Kent Anderson, Pfizer Animal Genetics, presented at BIF 2011 26. Touros testados (Avaliao Genmica em ABR/2009) Idade (ano) Conf Lucro Liq. Freddie 4 74 905 Twist 1 68 874 Cassino 1 69 871 Al 1 69 866 ManOMan 5 83 779 27. Novo Modo de Responder Uma Antiga Questo!!! Qual dos bezerros candidatos a reprodutor o melhor?? 28. Genmica, Avaliaes Genmicas ou Seleo Genmica O que e por qu? ! Genmica: Estudo do genoma completo de um organismo; ! Avaliaes Genmicas: Incluso de informaes de marcadores moleculares ! Seleo Genmica: Seleo com base nas DEPs originadas das avaliaes genmicas 29. DEP genmica ! DEP Genmica: Conceito semelhante DEP tradicional. a mesma DEP, mas agora calculada com uma informao a mais (marcadores moleculares) ! Touros avaliados pela genmica so melhores que os touros avaliados pela metodologia tradicional? No necessariamente! ! DEP Genmica mais confivel que a tradicional? Depende! 30. Uso de microarranjos (chips) de DNA ! Estudos de prospeco de genes de interesse: Genome-wide Association Study (GWAS) ! Programas de avaliao e melhoramento: Seleo Genmica 31. DEP genmica ! DEP Genmica: If a test was developed for Angus, it will work best for Angus cattle. The test will not be as accurate if it is used in other breeds. An Angus test used on Charolais will not work as well, and you will be really disappointed if you use it in Bos indicus cattle Dr. Matt Spangler, University of Nebraska 32. DEP genmica ! Mais fentipos!!! ! Os erros de pedigree sero todos corrigidos pela genmica? Depende! ! Parentesco entre os animais sero estimados de forma mais precisa? Depende! 33. Problemas no Pedigree Manfred O-Man Jezebel O-Style Teamster Deva Dima 34 34. AvP AvP AvM AvM Pai Me Touro Manfred 1.053 .090 .090 .105 .571 .098 .334 Jezebel .090 1.037 .051 .099 .563 .075 .319 Teamster .090 .051 1.035 .120 .071 .578 .324 Dima .105 .099 .120 1.042 .102 .581 .342 O-Man .571 .563 .071 .102 1.045 .086 .566 Deva .098 .075 .578 .581 .086 1.060 .573 O-Style .334 .319 .324 .342 .566 .573 1.043 Matriz de parentesco esperada (considerado parentesco entre avs e avs) 35 35. Matriz de parentesco genmico AvP AvP AvM AvM Pai Me Touro Manfred 1.201 .058 .050 .093 .609 .054 .344 Jezebel .058 1.131 .008 .135 .618 .079 .357 Teamster .050 .008 1.110 .100 .014 .613 .292 Dima .093 .135 .100 1.139 .131 .610 .401 O-Man .609 .618 .014 .131 1.166 .080 .626 Deva .054 .079 .613 .610 .080 1.148 .613 O-Style .344 .357 .292 .401 .626 .613 1.157 36 36. Diferena (Genmico Pedigree) AvP AvP AvM AvM Pai Me Touro Manfred .149 -.032 -.040 -.012 .038 -.043 .010 Jezebel -.032 .095 -.043 .036 .055 .004 .038 Teamster -.040 -.043 .075 -.021 -.057 .035 -.032 Dima -.012 .036 -.021 .09

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