A biotecnologia no melhoramento genético animal – BeefPoint

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GENETICO/)
26/12/06 - por Equipe BeefPoint
A biotecnologia no melhoramento genético
animal
Por Fernanda Varnieri Brito, Vânia Cardoso, Roberto Carvalheiro, Luiz Alberto Fries,
Carlos Dario Ortiz Peña, Mario Luiz Piccoli, Vanerlei M. Roso, Flávio Schenkel e Jorge
Luiz Paiva Severo
Do Darwinismo à Genômica
Historicamente o melhoramento genético de animais foi baseado na seleção de indivíduos
com fenótipo desejável como pais para a próxima geração. Comparando-se as populações
mais antigas com as mais modernas constata-se facilmente que a seleção arti�cial obteve
sucesso em alterar fenótipos apesar de não necessitar do conhecimento formal da
genética. As observações de Charles Darwin relatadas em sua obra Origem das Espécies
(1859) já indicavam os princípios da seleção, porém somente a partir dos experimentos de
Mendel (1900) os princípios da genética iniciaram a ser desvendados.
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Pesquisadores como Wright, Haldane e Fisher completaram a síntese entre darwinismo e
mendelianismo em uma série de publicações desde 1924 até 1931 demonstrando como a
seleção natural poderia agir sobre os “fatores mendelianos” (hoje conhecidos como genes)
que controlam características quantitativas sob seleção. Fisher também demonstrou que os
“fatores mendelianos” poderiam explicar a semelhança entre parentes. Estes princípios se
tornaram a base do melhoramento genético cientí�co de animais e plantas.
Utilizando o conhecimento genético e estatístico acumulado até 1940, Lush e Hazel
desenvolveram os princípios do índice de seleção para otimizar a seleção arti�cial baseada
em informações fenotípícas e no parentesco entre os indivíduos. Porém, somente a
variação genética “aditiva” era considerada no modelo básico, além de apresentar outras
limitações estatísticas.
Durante os anos 50, 60 e 70, Charles Henderson e seus colegas lideraram avanços na
chamada genética quantitativa, desenvolvendo as “Equações de Modelos Mistos” que
combinam a estimação de quadrados mínimos com índice de seleção para derivar
estimadores não viciados dos valores genéticos de indivíduos criados em diferentes
ambientes.
Porém, nenhuma destas metodologias requer alguma informação da arquitetura genética
das características sob seleção. O que se segue na história do melhoramento genético das
espécies veio preencher esta lacuna. Uma explosão de descobertas nas áreas de métodos
de análise do DNA, de equipamentos so�sticados de análise de grande quantidade de
amostras, de ferramentas estatísticas e de informática (bioinformática) propiciaram o
surgimento da Genômica, ciência que trata do genoma completo dos diferentes
organismos. O que está ocorrendo é um espantoso acúmulo de dados “genômicos” que
está à disposição dos pesquisadores para serem interpretados e utilizados, o que deixa em
aberto uma enorme trilha a ser percorrida nos próximos anos.
Marcadores Moleculares e suas aplicações
A transição da genética mendeliana para a genética genômica foi possível à medida que
foram desenvolvidas tecnologias como a do DNA recombinante e da ampli�cação de
segmentos de DNA via PCR (Polymerase Chain Reaction).
Estas novas tecnologias de análise molecular da variabilidade do DNA permitem determinar
pontos de referência nos cromossomos, tecnicamente denominados marcadores
moleculares. São, portanto, caracteres com mecanismo de herança simples que podem ser
empregados para avaliar as diferenças genéticas entre dois ou mais indivíduos. Tais
marcadores podem ser utilizados para as mais diversas aplicações, entre elas determinação
de paternidade, construção de mapas genéticos, mapeamento de características de
herança quantitativa, isolamento de genes, seleção assistida por marcadores.
Determinação de Paternidade
Levando-se em conta que cada indivíduo tem um per�l de DNA único (com exceção de
gêmeos univitelinos) e que algumas regiões do genoma são altamente variáveis, a utilização
de marcadores moleculares de DNA se tornou uma ferramenta poderosa para identi�cação
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de parentesco.
Em rebanhos comerciais de bovinos de corte, mesmo integrando programas de
melhoramento genético, a incidência de “Reprodutores Múltiplos” (pai desconhecido) é de
aproximadamente 50%. Com a possibilidade de se determinar a paternidade deste volume
de dados, a resposta à seleção é aumentada devido à melhora na acurácia das análises
estatísticas de estimação dos valores genéticos dos animais.
Mapas Genéticos
O desenvolvimento de mapas genéticos é considerado uma das aplicações de maior
impacto da tecnologia de marcadores moleculares. Os mapas genéticos possibilitam a
cobertura e análise completa de genomas e, portanto, a localização das regiões genômicas
que controlam caracteres de importância econômica, os chamados QTLs, do inglês
Quantitative Trait Loci. Permitem, ainda, a quanti�cação do efeito destas regiões na
característica estudada.
Os mapas genéticos são desenvolvidos mediante a análise de marcadores moleculares e
técnicas estatísticas de uma população com descendência. A mensuração da freqüência de
recombinação entre dois locus (probabilidade de troca genética) constitui o procedimento a
partir do qual se realiza o mapeamento. Desta forma o que se de�ne como uma unidade de
medida de distância genética no mapa, dada em CentiMorgans (cM), é igual a 1% de
freqüência de recombinação. É importante salientar que não há uma correlação entre
distância física (número de pares de bases) e distância genética. Existem regiões
cromossômicas com distância física pequena onde existe uma probabilidade de
recombinação alta e o contrário também ocorre: regiões de milhões de pares de bases
onde a taxa de recombinação é muito baixa.
Estes mapas genéticos são extremamente úteis para análises �logenéticas (estudo das
relações ancestrais entre espécies), estudos de sintenia (localização de genes em posições
equivalentes), clonagem posicional de genes (clonagem com base no mapa genético) e
localização de QTLs.
Mapeamento de Características de Herança Quantitativa (QTLs)
A maioria das características de interesse econômico na produção animal é controlada por
muitos genes e, portanto, apresentam uma variação contínua do fenótipo. Estas
características recebem a denominação de características quantitativas, poligênicas ou,
ainda, de herança complexa.
Thoday, em 1961, sugeriu que se um gene de herança complexa (oligogene) estivesse ligado
a um gene de herança simples (monogene), os efeitos fenotípicos do oligogene poderiam
ser indiretamente estudados com base nos efeitos do gene vizinho. Assim, com o advento
dos marcadores moleculares, o número de associações entre esses marcadores e
caracteres de herança poligênica foi ampliado signi�cativamente.11/04/2018 A biotecnologia no melhoramento genético animal – BeefPoint
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A determinação de ligação genética entre marcadores e QTLs depende da existência de
desequilíbrio de ligação entre os alelos no loco marcador e alelos do QTL. Este desequilíbrio
gera efeitos quantitativos associados ao marcador que podem ser detectados e estimados
através de análises estatísticas adequadas.
A estratégia de mapeamento de QTLs está baseada no uso de populações segregantes, as
mesmas que são utilizadas para a construção de mapas genéticos. O fenótipo da
característica estudada é medido e os animais são genotipados para os marcadores. É
realizada, então, uma análise de associação entre o fenótipo e os marcadores para detectar
regiões no genoma onde há probabilidade de existir um QTL. A capacidade de detecção de
um QTL é uma função:
– Da magnitude do seu efeito sobre a característica
– Do tamanho da população avaliada
– Da freqüência de recombinação entre o marcador e o QTL
– Da herdabilidade da característica
Isolamento de genes
Utilizando informações sobre a �siologia de genes homólogos de humanos e
camundongos, genes de interesse para a produção animal são alvo de estudos (gene
candidato). Através de clonagem posicional utilizando mapeamento comparativo estes
genes podem ser isolados. Uma vez conhecidos, os polimor�smos dentro destes genes
podem ser identi�cados através da técnica de marcadores e estudos de associação podem
ser realizados para determinar a magnitude de seu efeito. Neste caso não é necessária uma
população com descendência, uma vez que o marcador é parte do próprio gene.
Seleção assistida por marcadores
Uma vez detectados os marcadores associados a uma determinada característica de
interesse (sejam eles ligados ao gene ou no próprio gene), é possível selecionar os
indivíduos com base no marcador sem que haja necessidade de avaliar o fenótipo.
Esta estratégia, denominada de “Seleção assistida por marcadores”, oferece benefícios
potenciais quando se trata de características da baixa herdabilidade, difíceis e/ou de alto
custo de medição ou que se medem numa idade avançada como:
– Resistência a doenças
– Qualidade da carne (maciez, marmoreio, etc…)
– Fertilidade
– E�ciência produtiva
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– Qualidade e quantidade de leite
Atualmente, algumas características de qualidade de carne (maciez, marmoreio) e de
produção foram associadas com determinados marcadores moleculares de DNA e estão
disponíveis no mercado através de testes genéticos oferecidos por empresas privadas.
Assim, é possível identi�car o genótipo desejável para estas características em qualquer
bovino mediante a análise de uma amostra de DNA obtida de seu sangue ou tecido.
A informação obtida pode ser empregada para aumentar a freqüência do marcador que
está vinculado de maneira positiva com a característica de interesse, graças à seleção
daqueles reprodutores portadores destes marcadores. Porém, é importante lembrar que:
– Apenas alguns dos genes que contribuem para a variação do caráter selecionado estão
sendo avaliados
– No caso de marcadores indiretos (ligados aos genes) o desequilíbrio de ligação pode se
desfazer e a seleção passar a não ser efetiva
– A “fase” de ligação pode diferir de uma população para outra
– Os efeitos dos QTLs são estimados baseados em associações estatísticas, o que torna a
validação destes efeitos na população de interesse muito importante
De outra forma, programas de melhoramento têm combinado a seleção quantitativa com a
seleção assistida por marcadores para escolher como futuros reprodutores os animais com
valores mais desejáveis de DEP e portadores dos marcadores desejáveis, agrupando ambas
estratégias dentro de um índice de seleção.
E o futuro?
Os enormes avanços na área biotecnológica impulsionaram as pesquisas genéticas de
forma muito rápida, porém, têm se discutido que, à medida que novas descobertas são
anunciadas, muito mais questões do que respostas são formuladas. O que os produtores
de bovinos de corte esperam como resultado destas novas tecnologias? A seleção pelo DNA
irá substituir as técnicas usuais de identi�cação de animais superiores (DEPs)? Quais as
funções dos genes que foram identi�cados e como estas funções são alteradas pelos
efeitos ambientais? Como os vários genes responsáveis por características de importância
econômica interagem entre si? Como podemos combinar a informação de performance
com a informação dos marcadores de DNA para produzir “DEPs ajustadas por DNA”? Qual o
custo desta tecnologia e o retorno que ela oferece? Estas e outras questões devem ser
elucidadas à medida que resultados práticos sejam obtidos e o custo destas técnicas torne
viável a sua ampla implantação.
Referências bibliográ�cas
Eenennaam, A.V. 2004. Marker-Assisted Selection Backgrounder. Agriculture e Natural
Resources Research e Extension Centers. University of California, Davis.
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Eenennaam, A.V. 2006 DNA-Based Technologies. In: National Beef Cattle Evaluation
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(http://animalscience.ucdavis.edu/animalbiotech/My_Laboratory/Publications/NBCEC-
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Ferreira, M.E. e Grattapaglia, D. 1998. Introdução ao uso de marcadores moleculares em
análise genética. Embrapa, Brasília, DF 220p.
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Martinez, R. e Barrera, G.P. 2005 Aplicación de selección asistida por marcadores para
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Weller, J.I. 2001. Quantitative Trait Loci Analysis in Animals. CABI Publishing. Trowbridge,
UK. 287 p.
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