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Tipo: Tese
Título: Genomic reaction norms for tick resistance in Hereford and Braford beef cattle
Título(s) alternativo(s): Normas de reação genômicas para resistência ao carrapato em bovinos Hereford e Braford via modelos de normas de reação
Autor(es): Mota, Rodrigo Reis
Abstract: The cattle tick is a parasite that adversely affects livestock performance in tropical areas. Although countries such as Australia and Brazil have provided genetic evaluations for tick resistance, these evaluations have not typically considered genotype by environment interaction (G*E); hence genetic gains could be adversely affected as breedstock comparisons are environmentally- dependent in the presence of G*E, particularly if residual variability is also heterogeneous across environments. The objective of this study was to investigate the existence of G*E based on various models with different assumptions on genetic and residual variability. Data were collected by the Delta G Connection improvement program including 10,673 tick count phenotypes on 4,363 animals. Nine models including two traditional animal models (AM) and seven different hierarchical Bayesian reaction norm models (HBRNM) were investigated. One-step and two-step modeling approaches were used to infer upon G*E. Model choice was based on the deviance criterion information (DIC). The best-fitting model specified heterogeneous residual variances across 10 subclasses as delimited by every decile of the contemporary group estimates of tick count effects. One-step models generally had the highest estimated genetic variances. Estimates of heritabilities were generally higher for HBRNM than AM. Furthermore, one- step models based on heterogeneous residual variances also generally lead to higher heritability estimates, especially in harsh environments. Estimates of repeatability varied along the environmental gradient (range 0.18-0.45) implying that the relative importance of additive and permanent environment effects for tick resistance is environmentally influenced. The posterior means of the genetic correlations across environmental tick infestation surface plot demonstrated a large plateau above 0.80. HBRNM represent powerful tools to infer G*E and account for their effects for genetic evaluations of tick resistance. Additional increases in accuracies on estimated breeding values are also expected based on HBRNM analyses that additionally consider heterogeneity of residual variances across environments. In a second study, we incorporated marker information to compare a conventional genomic- based single step BLUP model with its one-step genomic reaction norm model extension on tick infestation phenotypes and to compare the performance of genomic estimates breeding values (GEBV) predictions obtained from using only phenotypes and phenotypes plus marker information. Four different models were tested: two conventional animal models, and two one-step reaction norm model with and without genomics. The non reaction norm models seem to be poorer fitting in comparison with its one-step extensions. The reaction norm model including marker information presented lower intercept and slope genetic variance estimates in comparison with the models that included the pedigree-based relationship matrix. Heritability and repeatability estimates were, in general, similar for both models and ranged over the environmental gradient (EG) from 0.07 to 0.46 and from 0.20 to 0.60, respectively. Genetic correlations were remarkably low between extreme EG, indicating the presence of G*E for tick resistance. Cross validation estimates were in average 0.66±0.02, 0.67±0.02, 0.67±0.02 and 0.66±0.02 for BLUP, GBLUP, GLRNM and LRNM, respectively, based on K-means partitioning, whereas GLRNM was 0.71±0.01 and tend to better than BLUP (0.67±0.01), GBLUP (0.70±0.01) and LRNM (0.70±0.01) based on random partitioning. However, no statistical significance was reported between GLRNM and LRNM. Our results also suggest that marker information do not lead for higher prediction accuracies which decreased as the tick infestation level increased and as the relationship between animals in training and validation datasets decreased. In third and last study, was aimed to perform genome-enabled predictions for tick resistance in Hereford and Braford cattle by using single step genomic BLUP methodology (ssGBLUP), to estimate marker effects from reaction norms associated with tick resistance as well as to identify candidate genes derived from the most relevant SNP markers. A one-step reaction norm model was fitted to estimate the (co)variance components and genetic parameters. To study SNP effects across different tick infestation (TI) levels, we identified the top 1% of SNPs in each TI and pointed out to the similarity between these markers across the levels. The additive genetic and permanent environment effects showed significant slope confirming the presence of G*E. Correlations between intercept and slope were positive with high (0.52±0.18) and moderate (0.26±0.15) magnitude for genetic and permanent environment effects, respectively. From the top 1% SNPs (410), 75 were consistently relevant across TI and indicated SNP by environment interaction. The most relevant SNPs were located on chromosomes 1, 2, 6, 7, 9, 11, 14, 21 and 23 and the annotated genes closest these markers showed functions related to energy metabolism, retinal pigment epithelium, maintenance and integrity of the photoreceptor cells, and cell differentiation.
O “carrapato do boi” é um parasito que causa danos substanciais na produção de bovinos em áreas tropicais. Embora países como o Brasil tenham progredido em avaliações genéticas para a resistência ao carrapato, essas avaliações normalmente não tem considerado a interação genótipo x ambiente (G*A), o que pode afetar diretamente no ganho genético uma vez que a comparação entre os valores genéticos dos animais é dependente do ambiente. O objetivo desse estudo foi investigar a presença de G*A, utilizando modelos com diferentes pressuposições de variância genética e residual. Foram utilizados 10.673 contagens de carrapatos de 4.363 animais Hereford e Braford e um pedigree que continha 11.967 indivíduos. Nove modelos, sendo dois modelos animais tradicionais (MA) e sete modelos hierárquicos de normas de reação (MHNR) foram investigados. Modelos de um passo e dois passos foram usados para inferir sobre a sensibilidade dos valores genéticos ao ambiente via MHNR. O critério de informação da deviance (DIC) foi utilizado como critério estatístico na escolha do melhor modelo. O modelo de melhor ajuste foi o modelo de normas de reação de um passo com 10 classes de variâncias residuais baseados em percentis das estimativas de grupo de contemporâneos utilizadas como gradiente ambiental. Os modelos de normas de reação de um passo apresentaram as maiores estimativas de variância genética. As estimativas de variância do efeito de ambiente permanente foram, em geral, similares entre os modelos testados e variaram de 0,007 a 0,010. As estimativas de correlações genéticas entre o intercepto e a inclinação para ambos os efeitos variaram de baixa a média magnitude e apresentaram altos desvios padrão o que pode ser um indicativo de independência paramétrica. Estimativas de herdabilidades foram maiores para MHNR em comparação com MA. As estimativas de repetibilidade variaram ao longo do gradiente ambiental (de 0,18 a 0,45), o que implica na importância do efeito de ambiente permanente para a característica de resistência ao carrapato. As médias a posteriori das correlações genéticas ao longo do gradiente ambiental apresentaram um grande platô com valores acima de 0,80 para ambientes de baixa infestação de carrapatos. Os MHNR são uma poderosa ferramenta na identificação e quantificação da G*A além de ser uma alternativa promissora para as avaliações genéticas para resistência ao carrapato em bovinos Hereford e Braford, podendo elevar a eficiência de seleção e progresso genético. Melhores respostas à seleção são também esperadas em MHNR que consideram heterogeneidade de variância residual. Em um segundo estudo, foi incorporada a informação de marcador para comparar a eficiência de modelos animais convencionais e modelos de normas de reação utilizando o procedimento de um passo que combina a informação de marcador a de pedigree e também comparar o desempenho das predições de valores genéticos genômicos (GEBV) obtidos utilizando apenas o fenótipo e a informação de pedigree, como também incorporando a informação de marcador. Quatro diferentes modelos foram testados: dois modelos convencionais (BLUP) e dois de normas de reação de um passo (MNR), sendo um BLUP e um MNR com e sem informação de marcador SNP. Os modelos convencionais apresentaram um pior ajuste em comparação com os modelos de normas de reação. O modelo de normas de reação que incluiu a informação de marcador apresentou estimativa de variância genética inferior ao modelo de normas de reação que não a incluía. Estimativas de herdabilidade e repetibilidade foram, em geral, similares em ambos os modelos e variaram ao longo do gradiente ambiental de 0,07 a 0,46 e 0,20 a 0,60, respectivamente. As correlações genéticas foram notoriamente baixas entre ambientes extremos, o que indica a presença de interação genótipo x ambiente (G*A) para a característica de resistência ao carrapato. As predições de acurácias em um estudo de validação cruzada para os modelos testados foram altas e superiores a 0,55 e 0,59 para os procedimentos de partições “K-means” e partições aleatórias, respectivamente. Esses resultados sugerem que a informação de marcador não contribui para o aumento da acurácia de predição em que estas decrescem à medida que a infestação de carrapatos aumenta e, ou a relação de parentesco entre animais na população de referência e da população de validação diminui. Em um terceiro estudo, os objetivos foram: obter predições de valores genéticos em bovinos Hereford e Braford usando o procedimento de passo único que combina informação de pedigree a de marcador (ssBLUP), estimar os efeitos de marcador das normas de reação associadas com a resistência ao carrapato, bem como identificar genes candidatos derivados dos marcadores SNP mais relevantes. Um modelo de normas de reação de um passo foi ajustado para a estimação dos componentes de (co)variância e parâmetros genéticos. Para estudar os efeitos de marcadores SNP ao longo de diferentes níveis de infestação de carrapato, foram identificados os 1% SNPs mais relevantes em cada nível de infestação de carrapato e apontadas a similaridade entre estes marcadores ao longo dos níveis. Os efeitos genéticos e de ambiente permanente apresentaram significantes inclinações confirmando a presença de G*A. As correlações entre o intercepto e a inclinação foram positivas e de alta (0,52±0,18) e média (0,26±0,15) magnitudes, respectivamente, para os efeitos genéticos e de ambiente permanente. Dos 410 (1%) de SNPs identificados, 75 foram constantemente relevantes em todos os níveis ambientais e indicaram presença de interação SNP x ambiente. Os SNPs mais relevantes estão localizados nos cromossomos 1, 2, 6, 7, 9, 11, 14, 21 e 23 e genes encontrados próximos a esses marcadores apresentaram variadas funções como metabolismo energético, pigmentação do epitélio da retina, integridade e manutenção de células fotorreceptoras e diferenciação celular.
Palavras-chave: Bovino de corte
Interação genótipo-ambiente
Variação (Genética)
Carrapato
CNPq: Genética e Melhoramento dos Animais Domésticos
Editor: Universidade Federal de Viçosa
Citação: MOTA, Rodrigo Reis. Genomic reaction norms for tick resistance in Hereford and Braford beef cattle. 2015. 86 f. Tese (Doutorado em Genética e Melhoramento) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa. 2015.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.locus.ufv.br/handle/123456789/6847
Data do documento: 15-Abr-2015
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