Detecção de QTL para maciez da carne em bovinos da raça Nelore

Abstract

O mercado consumidor tem sido cada vez mais exigente quanto à qualidade da carne e, portanto, a pecuária precisa melhorar sua eficiência e fornecer produtos diferenciados, padronizados e com qualidade. Entre as características de qualidade de carne, a maciez é a que mais influencia na satisfação dos consumidores. Considerando a importância dada à maciez da carne, pesquisas têm sido desenvolvidas para melhor compreender os mecanismos relacionados à expressão fenotípica desta característica. Os estudos de genes candidatos têm possibilitado a identificação de polimorfismos que modificam as estruturas das proteínas ou ainda, que estejam em desequilíbrio de ligação com alterações funcionais no DNA. Com a automatização dos polimorfismos de nucleotídeo único (SNPs) muitas regiões ao longo do genoma foram identificadas como responsáveis pela variação fenotípica da maciez da carne. No entanto, os marcadores SNPs podem ter baixa capacidade de identificar locos que atuam nas características quantitativas (QTL) por serem, na grande maioria, bi-alélicos e, mesmo que aconteçam mutações, as mudanças nas frequências alélicas dos SNPs podem permanecer quase inalteradas. Por outro lado, com a utilização de haplótipos, mutações tendem a causar mudanças nas frequências dos haplótipos, aumentando as chances de identificação dos QTL. Sendo assim, este estudo teve como objetivos detectar QTL e mutações causais em genes candidatos e identificar QTL por meio de uma análise de associação genômica ampla, para a característica maciez da carne em bovinos da raça Nelore, utilizando haplótipos como unidades fundamentais dos testes de associação. Foram utilizadas informações fenotípicas, genotípicas e de pedigree de animais provenientes de fazendas que integram os programas de melhoramento genético DeltaGen e PAINT. Cinquenta e dois genes candidatos foram escolhidos para serem analisados utilizando haplótipos construídos com base no desequilíbrio de ligação, utilizando 1.616 animais. Do total de haplótipos, dois foram significativos, sendo que os éxons próximos e dentro destes foram sequenciados visando buscar a mutação causal. O sequenciamento foi realizado com 298 animais e os SNPs identificados foram imputados para os 1.318 animais remanescentes. Foram realizadas análises de associação utilizando haplótipos construídos com base na metodologia de janelas sobrepostas, sendo que seus efeitos foram estimados pelo método Genomic Best Linear Unbiased Predictor (GBLUP). Os valores genéticos dos animais foram estimados para cada haplótipo e SNP e, após, as variâncias genéticas aditivas foram calculadas. Utilizando haplótipos construídos com base em janelas sobrepostas, verificou-se que o aumento do número de SNPs no haplótipo permitiu capturar maior proporção da variância genética aditiva da característica maciez da carne. Seis possíveis QTL foram identificados explicando as maiores proporções de variância genética aditiva para maciez da carne, dos quais um está no gene CAPN1 e cinco no gene ASAP1. Não houve evidências de que a mutação causal para a maciez da carne tenha sido identificada nos dois genes. Uma análise de associação genômica ampla foi realizada utilizando haplótipos construídos com base na metodologia de janelas sobrepostas de tamanhos variados. Foram utilizados nesta análise 1.405 animais genotipados com o painel Illumina Bovine HD e 1.756 animais genotipados com painel de menor densidade (70 K Neogen) e, posteriormente, imputados para o painel HD, em um total de 3.161 animais analisados. Os efeitos dos haplótipos e SNPs foram estimados pelo método GBLUP e as variâncias genética aditivas de cada haplótipo e SNP foram calculadas. Os genes NOS1AP, SUCLG1, PHLDB2 e LOC107132946 foram associados com a característica maciez da carne em bovinos da raça Nelore, por meio de análises de associação genômica ampla utilizando SNPs individuais e haplótipos. A análise utilizando SNPs identificou QTL diferentes das análises com haplótipos e, em alguns casos, SNPs apresentaram variâncias genéticas aditivas maiores do que as apresentadas pelos haplótipos. A análise que utilizou haplótipos construídos com cinco SNPs identificou mais QTL do que as análises de haplótipos construídos com sete e nove SNPs. Sugere-se que análises utilizando haplótipos, baseados em janelas sobrepostas, sejam realizadas para complementar análises de SNPs individuais em estudos de associação genômica ampla.

The consumer market has been increasingly demanding about the meat quality and therefore livestock needs to improve its efficiency and provide differentiated products, standardized and with quality. Considering the importance given to the meat tenderness, research has been undertaken to better understand the mechanisms related to the phenotypic expression of this trait. The candidate gene studies have allowed the identification of polymorphisms that change the structures of the proteins or that are in linkage disequilibrium with functional alterations in the DNA. With the advent of single nucleotide polymorphisms (SNPs) throughout many regions of the genome have been identified as responsible for phenotypic variation in meat tenderness. However, SNPs markers may have low ability to identify mutations, because SNPs are commonly bi-allelic and even when mutations have occurred, allelic frequencies can remain unaltered. On the other hand, using haplotype, mutations tend to cause major changes in haplotype frequencies, increasing the chances of identification of QTL. Thus, this study aimed to detect QTL and causal mutations by the approach of candidate genes and identify possible QTL through a genome-wide association analysis, for the trait meat tenderness in Nelore cattle using haplotypes as fundamental units of association tests. Information of the phenotypic, genotypic and pedigree were used from farms that belong to the breeding programs DeltaGen and PAINT. Fifty-two candidate genes were chosen for analysis using haplotypes constructed based on linkage disequilibrium using 1,616 animals. Two haplotypes were significant, and the exons near and within these haplotypes were sequenced to search for the causal mutation. The sequencing was performed using 298 animals and the identified SNPs were imputed for 1,318 remaining animals. Association analysis using haplotypes constructed based on the method of overlapping sliding windows were carried out and the SNPs and haplotypes effects were estimated using Genomic Best Linear Unbiased Predictor (GBLUP) method. The breeding values were estimated for each haplotype and SNPs and the additive genetic variances were calculated. Using haplotypes constructed based on overlapping sliding windows, we found that increasing the number of SNPs in the haplotype allowed to capture a greater proportion of additive genetic variance of meat tenderness. Six putative QTL were identified with the greatest additive genetic variances for meat tenderness, which one was in CAPN1 gene and five in ASAP1 gene. There was no evidence that the causal mutation for meat tenderness trait has been identified in these genes. A genome-wide association analysis was performed using haplotypes constructed based on the methodology of overlapping sliding windows of varying sizes. In this analysis, 1,405 animals genotyped with the Illumina Bovine HD panel and 1,756 genotyped animals with lower density panel (Neogen 70 K) were used and then, the genotypes of the 1,756 were imputed to the HD panel, in a total of 3,161 animals analyzed. The haplotypes and SNPs effects were estimated by the method GBLUP and the additive genetic variances were calculated for each haplotype and SNP. The NOS1AP, SUCLG1, PHLDB2 and LOC107132946 genes were associated with the meat tenderness trait in Nelore cattle through genome-wide association analysis using individual SNPs and haplotypes. The analysis using SNPs identified different QTL of the haplotype analyzes, and in some cases, the SNPs showed additive genetic variance greater than those presented by the haplotypes. The analysis used haplotypes constructed with five SNPs identified more QTL than analysis of haplotypes constructed with seven and nine SNPs. Analyzes using haplotypes based on overlapping sliding windows, should be conducted as additional analyzes for individual SNPs in genome-wide association studies.