Palestra ministrada pelo professor e pesquisador Dr Fabyano Fonseca e Silva da Universidade Federal de Viçosa, durante o 24º Seminário Nacional de Criadores e Pesquisadores.

1. Aplicação da genômica na raça Nelore:
Mitos e Verdades
Ribeirão Preto-SP, 11/05/2018
Fabyano Fonseca e Silva
Prof. Universidade Federal de Viçosa
DZO - Melhoramento Genético
24º Seminário Nacional de Criadores e Pesquisadores
UFV

2. O termo “seleção genômica” foi cunhado por HALEY e VISSCHER (1998)
A primeira proposta metodológica foi MEUWISSEN et al. (2001)
verdade Mito

3. Célula
Núcleo da célula
Cromossomos e DNA
 Definição de SNP Célula

4. Ind1
Ind2
Ind3
CCT TTT GAT T G
CCT TTT GAT C A
Ind. 1
Ind. 2
Ind. 3
SNP1 SNP2
CCT TTT GAT T G
CCT TTT GAT T G
CCT TTT GAT C A
CCT TTT GAT C A
nd1
nd2
nd3
Ind.
Ind.
Ind.
Ind2
Ind3
d2
d3
Ind
Ind
Ind
Ind 1
Ind 2
Ind 3

5. Ind1
Ind2
Ind3
CCT TTT GAT T G
CCT TTT GAT C A
Ind. 1
Ind. 2
Ind. 3
SNP1 SNP2
CCT TTT GAT T G
CCT TTT GAT T G
CCT TTT GAT C A
CCT TTT GAT C A
SNP = polimorfismo (alteração) de base única

6.  Importância biológica do SNP
DOGMA CENTRAL DA BIOLOGIA
Resumindo….
Alterações nas bases
nitrogenadas (DNA) ocasionam
alterações no mRNA, e
consequentemente alterações
na produção de proteínas que
influenciam os fenótipos
mais importantes para a
bovinocultura de corte
Gene: é uma sequência de DNA que contêm informação genética que pode influenciar o
fenótipo de um organismo (principalmente por meio da produção de proteínas).
DNA
mRNA
A enzima RNA-polimerase faz
a cópia de um gene do DNA
para o mRNA
Processo de produção de uma
proteína a partir de um molde
de mRNA

7. Características poligênicas
Resumindo:
Muitas proteínas diferentes (musculo,
osso, gordura, etc...) sendo endereçadas
por muitos locos diferentes no DNA
(diluindo o efeito dos mesmos!!!)
Muitos SNPs com “pequena influência”
sobre o fenótipo final
Governadas por muitos locos
com pequenos efeitos, de forma
que nenhum deles chega a se
destacar de forma evidente em
relação aos demais. Geralmente
relacionadas com o fenótipo
final (Ex. peso) devida a ações
de diferentes locos em diferentes
fases da vida do indivíduo
Exemplo: peso em
idades específicas

8. Características oligogênicas
Resumindo:
Poucas proteínas que afetam processos biológicos específicos sendo endereçadas por
poucos locos no DNA (aumentando a importância dos mesmos!!!)
Poucos SNPs com “grande influência” no fenótipo final
Governadas por poucos locos
com grandes efeitos, de forma que
estes se destacam em relação aos
demais. Geralmente relacionadas
com características determinadas
por metabolismos específicos
(qualidade de carne) ou produção
específica de anticorpos (resistência
a doenças)
verdade Mito

10. Retirada de pelo da vassoura da cauda
Acomodação do material biológico em
envelope padronizado
Preenchimento dos
envelopes para identificação
 Coleta de material biológico e genotipagem
Envio para empresas de
genotipagens

12. Extração de DNA
DNA extraído e
purificado para ser
utilizado no processo de
genotipagem
(identificação de SNPs)

13.  SNP chip (genotipagem)
Depende do sequenciamento do genoma da espécie
?
Sequenciamento genoma do Zebu
Está se tornando realidade verdade Mito
?

14. Affimetrix
Illumina
verdade Mito
Quanto maior
densidade, maior
a precisão

15. DNA fixado em áreas distintas
do array (SNPship)
“basicamente” fazem uso de
técnicas modernas de
fluorecência para transformar
bases (C, G, T, A) em cores
distintas com diferentes
comprimentos de ondas
Identificação das
sequências geradas
Sequenciadores:

16. SNP1 SNP2 SNP3

17. Identificação dos
SNPs via leitura
de diferentes
comprimentos de
ondas
Output básico de uma genotipagem
SNP1 SNP2 SNP3
SNPName SampleID Allele1-Top Allele2-Top GCScore Allele1-AB Allele2-AB
snp1 1 C T 0.9374 A B
snp2 1 A A 0.9568 A A
snp3 1 G G 0.7996 B B
snp1 2 T T 0.9604 B B
snp2 2 G A 0.9296 A B
snp3 2 G G 0.8934 B B
snp1 3 C T 0.8967 A B
snp2 3 A A 0.7583 A A
snp3 3 G A 0.5377 A B

18. Qual a importância de um único SNP?
(2)
(1)
(0)
GenótipoSNP
Médiada
característica
Efeitoestimado “alelo” A = + 5
Regressãolinear simples: a substituição do alelo C peloA, aumenta
em média, 5 unidades na característica de interesse
0 1y = β + β x + e, x={0,1,2}
A
A
A
C
C
C
Assumindo:
Ausência de dominância
Mesma freq. Alélica
Falconer (1960)
Qual a importância de um único SNP?
(2)
(1)
(0)
GenótipoSNP
Médiada
característica
Efeitoestimado “alelo” A = + 5
Regressãolinear simples: a substituição do alelo C peloA, aumenta
em média, 5 unidades na característica de interesse

19. 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 . . .
…
yi = 
J
j
jijx
1
 SNPs with large
|βj| are relevant
β1,…, βm efeitos a
serem estimados
simultaneamente
(2)
(1)
(0)
GenótipoSNP
Médiada
característica
Efeitoestimado “alelo” A = + 5
0 1 1 m my = β + x β ... x β e  
Regressão múltipla
y: fenótipo
X: 0,1 e 2 (aa, aA, AA)
Qual a importância de vários SNPs?
Um efeito para cada SNP
Interpretação do efeito de
substituição alélica para
cada SNP

20. 1.2 Valor Genético Genômico (EGBV)
1 1,1 1 2,1 2 2500,1 2500
1
ˆ ˆ ˆEGBV =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
ˆ ˆ ˆEGBV =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
ˆ ˆ ˆEGBV =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
2500 SNPs
634 indivíduos
0
0.25
0.25
-0.1
0
-0.2
0.24
0.24
0.24
1 1 2 2 m m
ˆ ˆ ˆˆy=GEBV=Z b Z b ... Z b  
Valor Genético Genômico
(GEBV)
GEBV1
GEBV1
GEBV2
GEBV2
GEBV634
GEBV634
GEBV

21. A SG permite estimar o mérito genético (valores
genômicos) de indivíduos que ainda não tiveram
seus fenótipos coletados baseando-se apenas em
seus genótipos e nos
, desenvolvendo assim a teoria de
populações de treinamento e seleção.
Principal vantagem da SG
O sucesso da GS depende da “qualidade da estimação”
dos efeitos de marcadores na população de treinamento
e, consequentemente, da qualidade dos fenótipos
verdade Mito

22. J
i ij j i
j=1
Modelo geral: y =μ + m a +e = μ + + tY 1 M a e
1
2
3
2500634 × 1 634 × 2500 2500 × 1
a19,53 1 0 2 … 1
a37,53 1 0 1 … 2
= , = e = a31,30 0 0 1 … 2
0
a36,48 2 1 1 0 0
    
    
    
    
    
    
         
tY M a
 população de treinamento: estimação dos efeitos de SNPs (â)
Indivíduos genotipados e fenotipados
 população de validação: estimação dos valores genômicos (EGBV)
Apenas indivíduos genotipados (N indivíduos)
 ˆˆEGBV= μ + v1 M a
1 2500 2500 1 1
30,4976 0 2 1 0 -0,1871 33,7189
30,4976 0 2 1 1 -0,0990 38,4528
30,4976 0 1 1 1 0,0887 36,9261
0
30,4976 0 2 2 1 1 0,1773 35,9370N N N
EGBV
   
       
       
       
          
       
       
              
Vetor de estimativas proveniente
da pop. treinamento
Matriz de marcadores
pop. de validação
EGBV
GEBV
GEBV
GEBV
Seleção:
Seleção
J
i ij j i
j=1
Modelo geral: y =μ + m a +e = μ + + tY 1 M a e
1
2
3
2500634 × 1 634 × 2500 2500 × 1
a19,53 1 0 2 … 1
a37,53 1 0 1 … 2
, = e = a31,30 0 0 1 … 2
0
a36,48 2 1 1 0 0
    
    
    
    
    
    
         
tM a
ão de treinamento: estimação dos efeitos de SNPs (â)
Indivíduos genotipados e fenotipados
ção de validação: estimação dos valores genômicos (EGBV)
Apenas indivíduos genotipados (N indivíduos)
 ˆˆEGBV= μ + v1 M a
30,4976 0 2 1 0 -0,1871 33,7189
30,4976 0 2 1 1 -0,0990 38,4528
30,4976 0 1 1 1 0,0887 36,9261
       
       
       
          
Vetor de estimativas proveniente
da pop. treinamento
arcadores
dação
EGBV
indivíduos
genotipados
e
fenotipados!
i ij j i
j=1
Modelo geral: y =μ + m a +e = μ + + tY 1 M a e
1
2
3
2500634 × 1 634 × 2500 2500 × 1
a19,53 1 0 2 … 1
a37,53 1 0 1 … 2
= , = e = a31,30 0 0 1 … 2
0
a36,48 2 1 1 0 0
    
    
    
    
    
    
         
tM a
ação de validação: estimação dos valores genômicos (EGBV)
Apenas indivíduos genotipados (N indivíduos)
 ˆˆEGBV= μ + v1 M a
1 2500 2500 1 1
30,4976 0 2 1 0 -0,1871 33,7189
30,4976 0 2 1 1 -0,0990 38,4528
30,4976 0 1 1 1 0,0887 36,9261
0
30,4976 0 2 2 1 1 0,1773 35,9370N N N
V
   
       
       
       
          
       
       
              
Vetor de estimativas proveniente
da pop. treinamento
marcadores
lidação
EGBV
indivíduos
genotipados
e
fenotipados!
Apenas
indivíduos
genotipados
fenótipos
verdade Mito
Não é preciso
mais fenotipar

23. DEP tradicional para indivíduos não fenotipados!
média das DEPs dos pais (aproximado)
Antes da seleção genômica!!!!
Acurácia para características com número reduzido de
informações fenotípicas ????
Difícil mensuração (Eficiência Alimentar, qualidade de carcaça) e restritas ao
sexo (PPP) e tardiamente (stayability)
DEP + 30
DEP + 10
DEP + 20 DEP + 20 DEP + 20

24. DEP genômica para indivíduos não fenotipados!
Depende do genótipo e do efeito de cada locus
Com seleção genômica!!!!
As progêneies recebem metade do material genético da mãe e
metade do pai,
mas estas metades não são necessariamente a mesmas
DEP + 30
DEP + 10
DEP + 15 DEP + 15 DEP + 30

25. DEP tradicional para indivíduos não fenotipados é a “média” das DEPs dos pais
DEP
DEPDEP
DEP genômica para indivíduos não-fenotipados não está sujeita a esta condição
-1 +2 -4 +6 -6 +1 +4 +5 -4 +3DEP
DEPDEP
DEP
DEPDEP
Aumento da
acurácia
(correlação
entre o VG
verdadeiro e o
predito)
verdade Mito
VG
Verdadeiro
VG
Predito
VG
Verdadeiro
VG
Predito

26. Cálculo do ganho genético
Para quais algumas
características a seleção
genômica é mais eficiente?
verdade Mito

27. Características de difícil mensuração ou avaliadas tardiamente (pouco número
de informações fenotípicas)
(Ex. Eficiência alimentar, qualidade de carne, PPP e stayability)
ANCP: programa com mais “fenótipos especializados” no Brasil

28. Valor genético genômico para embriões
verdade Mito

29. menor frequência alélica de cada marcador i.
Dessa forma, considerando o modelo tradicional:
= + + ,y 1 Zu e
em que:
y é o vetor de fenótipos (de todos os indivíduos sob análise) corrigidos para efeitos fixos e
desregressados para efeitos genéticos de genitores;
µ representa a média geral;
u representa diretamente o vetor EGBV, assumindo que 2
u~ N(0, )u H ;
e representa o vetor de resíduos, assumindo que 2
e~ N(0, )e I ;
Single-step (Legarra et al., 2009): restrito ao G-BLUP
11 12
12 22
   
        
A A 0 0
H A
A G 0 G A ,
A11 é a matriz de parentesco tradicional entre os indivíduos não genotipados,
A12 é a matriz de parentesco traditional entre os indivíduos genotipados e não genotipados,
A22 é a matriz de parentesco tradicional entre os indivíduos genotipados e G é a matriz de
parentesco genômico entre indivíduos genotipados.
(+ prático)
Matriz que contempla simultaneamente
parentescos “genômicos” e “tradicionais”
verdade Mito

30. http://www.det.ufv.br/ppestbio/corpo_docente.php

31. Obrigado!!! fabyanofonseca@ufv.br
“A ciência de hoje é a tecnologia de
amanhã”
Edward Teller
ANCP 30 anos: Cláudio Magnabosco destaca rigor dos critérios científicos utilizados
nas avaliações