Genética Básica e Biologia Molecular
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ZMV1304 Genética Básica e Biologia Molecular (Medicina Veterinária) Módulo II Aula 1 - Introdução Se você é estudante de Agronomia, Zootecnia, Engenharia Florestal, Medicina Veterinária, Ciências Biológicas, Nutrição, Medicina, dentre outros cursos nos quais a Genética faz parte do currículo mínimo, pense se existe uma disciplina profissionalizante que esteja tão freqüentemente na mídia quanto a Genética. A resposta, certamente, é não. Em muitas reportagens editadas em revistas de atualidades, o título já mostra o relacionamento com a Genética. Observe os seguintes exemplos: DETECÇÃO DE DOENÇAS GENÉTICAS EM BOVINOS O Laboratório LinkGen, credenciado pelo Ministério da Agricultura (MAPA), visando contribuir para melhorar rentabilidade e satisfação do pecuarista, desenvolveu testes diagnósticos através da técnica de DNA para estas 4 doenças. São testes feitos em amostras de pêlo (ou sêmen) e que fornecem a informação sobre a presença do gene de determinada doença: os animais podem ser Homozigotos positivos (apresentam a doença), Heterozigotos (são portadores de 1 cópia do gene) ou Homozigotos negativos (não possuem a doença e não são portadores). BLAD (Deficiência de Adesão Leucocitária Bovina): É uma doença que resulta em uma função defeituosa dos glóbulos brancos do sistema imunológico. Para o animal demonstrar sinais da doença são necessárias duas cópias dos genes. Animais com uma cópia do gene (portadores) são normais, mas transmitem o gene defeituoso. DUMPS (Deficiência de Uridina Monofosfato Sintetase): É uma doença caracterizada pela morte prematura do embrião no animal que tem duas cópias do gene. Animais com uma cópia do gene (portadores) são normais, mas transmitem o gene defeituoso. CITRULINEMIA: É uma doença genética recessiva que ocorre em conseqüência da deficiência de uma enzima do ciclo da uréia que leva ao acúmulo de amônia no cérebro do embrião. Os bezerros afetados parecem normais logo após o nascimento, pois suas mães são capazes de eliminar a amônia que eles produzem enquanto ainda estão no útero. Já no segundo dia de vida os bezerros são incapazes de degradar a amônia, tornando-se deprimidos e, por conseqüência, não se alimentam normalmente. A detecção de animais portadores dos alelos para esta doença dentro do rebanho auxilia na redução de perdas econômicas acarretadas pelo nascimento de bezerros afetados. DEFICIÊNCIA DE FATOR XI: É um distúrbio hemorrágico descrito, pela primeira vez, em bovinos da raça holandesa, mas também relatado em muitas outras raças. O Fator XI participa da cascata de coagulação sanguínea e bovinos com deficiência desse fator podem ter menos partos e aumento da suscetibilidade a doenças infecciosas. Também aqui, a detecção de animais portadores dos alelos para esta doença dentro do rebanho auxilia na redução de perdas econômicas acarretadas pelo nascimento de bezerros afetados. A displasia coxo-femural em cães Figura 8. A (HD -),sem sinais de displasia coxofemoral. Figura 9. B (HD +/-),articulação coxofemoral próxima do normal. Figura 10.C (HD +),displasia coxofemoral leve.Discreta subluxação. Figura 11.D (HD ++),displasia coxofemoral moderada. Evidente subluxação, acompanhada de osteoartrose. Figura 12.E (HD +++), displasia coxofemoral severa. Subluxação ainda mais evidente, acompanhada de osteoartrose. O GENE DA SÍNDROME DO ESTRESSE SUÍNO E SUA RELAÇÃO COM CARACTERÍSTICAS DE QUALIDADE DA CARNE EM SUÍNOS F2 RESULTANTES DE CRUZAMENTOS DIVERGENTES1 RESUMO: Animais que apresentam o gene do estresse suíno (gene PSS) apresentam carne pálida, mole e exsudativa (PSE), em heterozigose (Nn), e em maior grau em homozigose recessiva (nn). DETECÇÃO DE DOENÇAS GENÉTICAS EM EQUINOS HYPP (Paralisia Periódica por Hipercalcemia)-É uma doença causada por uma deficiência genética hereditária, que rompe uma proteína chamada "canal do íon sódio". Cavalos com HYPP podem sofrer ataques imprevisíveis de paralisia, os quais, em muitos casos, podem levar a colapso e morte súbita. Atualmente, através do teste de DNA, podem ser identificados cavalos portadores do gene deficiente causador da HYPP. Baseado no número de fragmentos de DNA observados, pode ser determinado se o cavalo não é portador dessa mutação específica (cavalo normal) ou se ele é portador de uma ou duas cópias do gene mutante anormal (heterozigoto ou homozigoto para HYPP, respectivamente). SCID (Imunodeficiência Severa Combinada)- É uma doença quase sempre fatal causada por um gene recessivo defeituoso que causa uma incapacidade do potro em combater infecções, levando animal quase sempre à morte em alguns meses de vida e após um grande sofrimento. Através das modernas técnicas de diagnóstico de doenças genéticas através da análise do DNA, a LinkGen Biotecnologia verifica se cavalos da raça árabe têm o gene causador desta doença. CA (Abiotrofïa cerebelar)- Esta enfermidade caracteriza-se por degeneração precoce e progressiva das células de Purkinje do cerebelo, com sinais clínicos de hipermetria, ataxia e crises epileptiformes com tremores musculares, opistótono, nistagmo e perda do equilíbrio. Estes sinais aparecem ao nascimento ou algumas semanas após, e são progressivos, causando a morte depois de alguns meses de vida Abiotrofia cerebelar deve ser diferenciada de hipoplasia cerebelar, cujos sinais clínicos não são progressivos e na qual são observadas alterações macroscópicas e histológicas de hipoplasia de cerebelo. Teste de DNA em cães e gatos Análises genéticas feitas com base em DNA revelam uma abundância de informações valiosas sobre o seu animal, incluindo identidade individual, paternidade, pedigree, similaridade genética a outros animais e uniformidade de linhagem de sangue. Eventualmente, cada animal possui a sua própria identidade. Animais frequentemente se parecem, mas de fato eles podem ser tão diferentes um do outro como o são os seres humanos. Cruzamento entre pais e filhotes Leitor pergunta sobre os riscos de cruzamento dos filhotes de sua fêmea de Rottweiler com a mãe e os problemas que podem decorrer disso. Tenho uma cadela Rottweiler e ela deu cria. Meus filhos estão querendo ficar com um filhote macho mas eu queria saber se quando ele ficar adulto poderá cruzar com a mãe dele e se não haverá problemas. (Cinobelino Mendes Leal Neto – Teresina / PI) Não há nenhum impedimento em ter mãe e filho juntos, porém não é recomendável que eles cruzem. Porque se houver cruzamento entre eles, ocorrerá consanguinidade, isto é, cruzamento entre parentes próximos: mãe e filho, pai e filha e entre irmãos. Este tipo de cruzamento é bastante utilizado pelos criadores com o intuito de aperfeiçoamento das raças, mas ele também traz o grande problema do empobrecimento genético. Pois ao mesmo tempo que fixa qualidades desejáveis, também aumenta as chances de aparecimento de doenças, uma vez que ressalta características recessivas indesejáveis que estavam inaparentes. Ou seja, os genes “ruins” que determinavam a doença estavam encobertos por genes “bons”, que não deixavam que a doença aparecesse. Entendendo a genética dos Bettas metálicos Cobre e cores metálicas ficaram imensamente populares em nosso hobby e realmente ficaram concorridas no mundo dos bettas. Mas ainda há muitas perguntas a serem respondidas considerando estas "novas" cores. Neste artigo eu tentarei dar um pouco mais de informação sobre estas cores cobrindo como e onde eles as criaram, o que causa esta cor metálica e como esta cor é herdada. ..... PA2 - Conservação De Recursos Genéticos De Animais Silvestres De Interesse Econômico A fauna sempre foi e continua sendo um importante recurso para as populações rurais e mesmo nos centros urbanos. A expansão da fronteira agrícola e a urbanização têm causado extensiva destruição de habitats naturais, resultando em isolamento e diminuição do tamanho de populações de espécies da fauna e mesmo à sua extinção. Embora a fauna seja importante na agricultura como produto e como agente de polinização e dispersão de sementes, ou como controle biológico, ainda é muito pouco o conhecimento para ações de conservação e manejo. O pouco que sabe é voltado para abelhas e quase nada sobre vertebrados. Desta forma, a conservação da diversidade genética das espécies da fauna é essencial para garantir germoplasma de qualidade desejável para programas de manejo, melhoramento e domesticação. A REDE BRASILEIRA DE NUTRIGENÔMICA, criada por pesquisadores brasileiros com interesse em Nutrigenômica, se propõe a estimular em nosso país o desenvolvimento dessa nova disciplina científica. O foco primário da Rede consiste na promoção e coordenação de projetos integrados, realizados em nossa população, considerada como a mais miscigenada do mundo (Trends Pharmacol. Sci. 26(4): http://www.nutrigenomicabrasil.org/ A farmacogenômica envolve a aplicação de tecnologias como o seqüenciamento de DNA, análise da expressão gênica e estatística em pesquisas e testes clínicos de drogas. Como muitas doenças podem resultar da alteração de uma rede de genes em diferentes vias, a farmacogenômica poderia identificar quais genes estariam envolvidos na determinação da resposta a determinada droga. Desse modo, a caracterização genética de populações de pacientes deverá ser parte integral do processo de descoberta e desenvolvimento de drogas. Provavelmente, a seleção de drogas terapêuticas deverá ser substituída por seleção de pacientes nos quais uma determinada droga seria eficaz. http://busca.estadao.com.br/busca/Busca Estadao/genética 27/09/11 Estudo diz que habilidade de construir ninhos em aves é aprendida e não inata: Um estudo britânico concluiu que a arte de construir ninhos não é inata e, sim, aprendida pelo pássaro ao longo da vida. Pesquisadores das universidades de Edimburgo, Glasgow e St. Andrews, na Escócia, analisaram filmes de pássaros da espécie Ploceus velatus (o tecelão mascarado do sul) enquanto......... 03/10/2011 Pesquisas na imunologia rendem Nobel de Medicina: Beutler, nascido em 1957, é professor de Genética e Imunologia no The Scripps Research Institute, em La Jolla, Califórnia. Hoffmann, de 70, liderou um laboratório de pesquisa em Estrasburgo, na França, entre 1974 e 2009 e foi presidente da Academia Nacional da França de Ciências entre 2007 e 2008. Já Steinman, de 68, é parte do quadro da Universidade Rockefeller em Nova York desde 1970 e lidera seu Centro para Imunologia e Doenças Imunes. As informações são da Associated Press. 29/09/11 Você ainda nem provou. E já está acabando...de sabores que sustentem a marca Brasil ao longo do século 21? Conservar o ambiente que abriga a abelha nativa ou a base genética da mandioca, manejar as águas para não acabar com pargo ou tambaqui dependem da construção de identidade, do desenvolvimento... Essas e outras reportagens veiculadas na mídia envolvem temas abordados ou fundamentados nas aulas seguintes: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. herança de caracteres, principalmente doenças genéticas e anormalidades cromossômicas estruturais e numéricas (“... o nenê tinha uma doença chamada Síndrome de Patau”; “Aos 20 anos, uma entre 1.500 mães terá um filho com síndrome de Down. A taxa sobe para uma em 97 aos 40 anos”); determinação genética e influência do ambiente; diferenciação sexual; mapeamento genético; composição química, regulação e expressão dos genes; freqüências de anormalidades genéticas; endogamia; seleção; biotecnologia, clonagem, transgênicos, extração e teste de DNA, terapia genética e identificação molecular de genes. A relação da genética com o melhoramento animal Neste ano as margens realmente vão ser apertadas ! Mas, como deve ser sempre, as despesas têm que ser baixas, e a produtividade alta ! Ou seja, sempre temos oportunidades a serem exploradas nas épocas mais difíceis. J. P. Amaral – Agro-pecuarista, 29/09/2014 17 Não tenho dúvidas do enorme salto para os próximos 10 anos. O boi se valoriza pela sede mundial de proteína animal. Há muito dinheiro na mesa, intocado, pela nossa incompetência em dialogar em bom nível com a cadeia produtiva. Muitos serão expurgados sem sequer entender o que aconteceu, é verdade. Outros, no entanto, ganharão espaço através de produtividade e gestão empresarial, com lucratividade. Os números da JBS mostram isso. Dos mais de 35 mil fornecedores ativos, os TOP 1000 já representam mais de 40% do volume total dos abates. Os TOP 100, 10%. A pecuária empresarial/projetos integrados com a agricultura se consolidam a passos largos. Já a indústria consolidada traz formalidade, transparência e precisa trabalhar cada vez mais para elevar o bom nível das relações para garantir a origem de sua matéria prima. O Brasil ganhará muito com este novo cenário. Eduardo K. Pedroso, 26/09/2014 18 Compra de material genético Estamos em plena época de adquirir material genético (tourinhos ou novilhas de reposição, sêmen, embriões) Como fazer isso? Como escolher? Quais os critérios? O que é, realmente importante? Essa é a nossa situação...... Emissão de Metano Slide cedido por : Miguel H.A. Santana Emissão dos gases de efeito estufa CO2 por grama de proteína Slide cedido por : Miguel H.A. Santana Slide cedido por : Miguel H.A. Santana, Fonte USDA 2015 Principais rebanhos bovinos em 2011 250 212,8 Milhões de caebeças 200 210,8 150 100 92,7 87,3 83,0 48,0 50 0 Países Baruselli, SIIRA, Londrina, 08/2014 Fonte: FAOSTAT set/2012 (http://faostat3.fao.org/faostat-gateway/go/to/browse/Q/*/E) Australia: 28,4 mi Produtividade de gado de corte no Mundo Desfrute Rebanho Mundial Abate % (Milhões/cab) (Milhões/cab) EUA 96,7 37,1 38,4 Austrália 29,2 87,6 51,4 205,0 10,3 30,4 15,2 39,6 35,3 34,7 29,7 19,3 U.E. Argentina Brasil Baruselli, SIIRA, Londrina, 08/2014 World's beef major exporters Australia Brazil India United States New Zealand European Union 1/ Canada Argentina Major exporters World trades source: USDA, 2013 2011 1.410 1.340 1.294 1.263 503 449 426 213 7.026 2012 1.380 1.394 1.680 1.120 521 310 395 170 7.088 2013 1.410 1.450 2.120 1.111 529 300 415 180 7.632 2014 1.416 1.503 2.284 1.093 543 311 427 200 7.886 World's beef major importers Japan South Korea Taiwan Philippines Other Asia European Union 1/ Russia Other Europe Egypt Other N. Africa & M. East Mexico Canada source: USDA, 2013 2011 2012 2013 2014 1.065 1.070 1.080 1.068 793 728 761 852 745 746 750 745 461 538 573 613 431 375 405 431 367 350 350 348 282 285 290 293 265 300 325 330 217 230 230 238 130 115 125 131 123 105 105 105 67 57 57 58 A pecuária de nossos dias 1. 2. 3. 4. Não consegue competir em termos de rentabilidade com a agricultura e a especulação imobiliária Não consegue remunerar o capital investido Tem que crescer, para atender à demanda de carne, tanto interna como de exportação Só existe uma saída: aumento, drástico, de produtividade 5. 29 A pergunta que importa: como? 1) Definição de objetivos. O que você quer, exatamente, de sua pecuária? Qual é o seu produto? foque no seu cliente, seu mercado, seu sistema de produção e suas condições de trabalho e ambiente 31 Qual é seu negócio na pecuária? 32 Cria? 33 OU Criação de material genético? 35 OU Cria raça pura? 37 OU Seu negócio é cruzamento? 39 Seu negócio é cruzamento? 40 OU Recria e engorda? 42 OU Criação extensiva em áreas alagadiças? 44 OU Confinamento em larga escala? 46 OU Confinamento em média escala? 48 OU Confinamento em pequena escala? 50 OU Recebe por qualidade de carcaça? 52 Participa de programas de cortes especiais? É, devidamente, remunerado por isso? 53 ? Para cada sistema de produção... Existem objetivos e critérios de seleção diferentes 55 Não existe melhoramento animal, aumento de produtividade sem definição clara de objetivos, pois, afinal....... 56 Nosso produto é...... 57 Para se conseguir eficiência, aumento de produtividade e lucratividade é necessário: •Definição clara de objetivos, metas e tempos •Conhecimento •Aplicação adequada dos melhores métodos e tecnologias disponíveis 58 Como a genética pode nos ajudar a aumentar a rentabilidade em nosso empreendimento pecuário? 59 E o que buscamos ao comprar material genético (tourinho, doadoras, sêmen ou embriões)? ? ? Na realidade, buscamos o material genético, contido nos Cromossomos (DNA) 61 As avaliações genéticas Para que servem reprodutores e/ou matrizes? São nossas máquinas Devem produzir os nossos produtos, os bezerros Esses produtos devem ser adequados aos sistemas de produção e às condições de ambiente que temos, sempre respeitando a sustentabilidade ambiental e o bem estar animal Os reprodutores e matrizes são máquinas de fazer gametas (espermatozóides e óvulos), portanto, valem o valor de seus gametas Se valem o valor de seus gametas, temos que conhecer isso.... 63 Eficácia A evolução das metodologias de estimação do valor genético: Vamos ser mais eficientes? 64 • Seleção genômica, associada com DEPs (single-step) ou não (já em uso em gado de leite e sendo lançado em gado de corte, inclusive no Brasil a partir de 2010) • Biologia molecular, seleção assistida por marcadores genéticos (começando a ser usada, década de 2010) • DEP’s com alta acurácia (“Modelos Animais”, depois de 1990) • DEP’s com média acurácia (“Modelos touro”, 1970 a 1990) • DEP’s com baixa acurácia (“Quad. Mínimos”, 1950-1970) • Índices (desvios de grupos, e.g. provas de ganho de peso, 1930->) • Medições ajustadas (>início século XX) • Medições (pesos, dimensões, tempos, etc.) (séculos XIX e XX) • Tradição, fama do criador dos animais (desde sempre) • Pedigree (século XVIII ->) • Avaliação visual (desde a domesticação dos animais) O que mais fazemos hoje em dia O que condiciona o desempenho dos animais? Instalações Alimentação e Nutrição Manejo Mão de obra Outros efeitos de ambiente Genética Saúde 65 Um modelo P P = Fenótipo G = Genótipo E = Ambiente P 66 = G + E + GE = A + D + I + E + GE A = efeito aditivo dos genes D = efeito de dominância dos genes I = efeito da interação entre os genes (epistasia) P = A + D + I + E + GE O que é avaliação genética? 67 Procedimento de análise dos dados de produção dos animais, com uso de metodologia estatística adequada, para: ◦ Separar os efeitos genéticos aditivos(A) dos (D+I+E+GE) ◦ A = valor genético aditivo = 2 x DEP (ou PTA) demais efeitos O que é acurácia? Relação entre acurácia de uma estimativa de valor genético de um animal e o risco de utilizar-se ou não tal animal como reprodutor na propriedade. Acurácia Razão 0,10 a 0,30 (baixa) poucas informações a respeito do animal, animal em geral muito jovem acurácia baixa, diminui o intervalo entre gerações 0,31 a 0,70 número razoável de informações, reprodutor jovem, com de 10 a 20 filhos já testados (em gado de leite, 10 a 20 filhas com lactação) acurácia média, intervalo entre gerações médio (média) acima de 0,70 (alta) número suficiente de informações, animal com mais de 20 filhos ou filhas testados acurácia alta, aumenta muito o intervalo entre gerações Risco de mudança futura (novas informações) alto médio baixo A distribuição das avaliações genéticas CEIP, projetos antigos CEIP, projetos novos Deca 1 Deca 2 Deca 3 Deca 6 Deca 5 Deca 4 Deca 7 Deca 8 Deca 9 Deca 0 0,1% Critério de seleção 69 1% DECAS das vacas x medidas da fazenda (peso à desmama) Peso à desmama DECA Dados de 19/05/2015, J.B.S. Ferraz Média de peso à desmama dos filhos das vacas de decas 1, 2, 3, 4 e 5, safra 2013 = (187,42 kg) Média de peso à desmama dos filhos das vacas de decas 6, 7, 8, 9 e 0 (167,12 kg) Diferença de 20,30 kg R$162,40/bezerro desmamado Dados de mais de 490.000 animais, sendo mais de 10.100 da safra 2013 DEP é bolso? dinheiro no Implicações do intervalo de gerações no progresso genético G/ano = ganho genético/ano Forte impacto no intervalo de gerações – diminui o ganho genético/ano (que é quem paga as contas) i = intensidade de seleção Acc = rÂA = acurácia 71 = desvio-padrão fenotípico h2 L = herdabilidade = intervalo de gerações Eu faço cruzamento: por quê comprar touros Nelore? O resultado de um cruzamento depende da combinação de fatores: Ambiente Qualidade genética da vaca Qualidade genética do touro – Fenótipo de um cruzado depende da DEP dos pais + heterose + complementaridade de raças + ambiente + interação genótipo ambiente + ambiente materno selecionar vacas excelentes quanto à precocidade sexual e de acabamento e à habilidade materna e acasalar com touros excelentes da outra raça é 70% do caminho andado para o sucesso usar vacas de baixo padrão genético, acasaladas com qualquer touros da outra raça é 85% de caminho andado para o fracasso no cruzamento O que há de novo? 73 Novas metodologias de estimação de valores genéticos levam a aumento de acurácia da escolha de reprodutores e a ganhos genéticos mais rapidamente obtidos: o exemplo de frangos de corte A biologia molecular começa chegar ao campo, com as descobertas de marcadores moleculares ou marcadores genéticos. Os marcadores moleculares e seu uso, com importantes ganhos de acurácia das estimativas de valor genético Marcadores de DNA São quaisquer características moleculares que permite a diferenciação de indivíduos, que possibilita a inferência do fenótipo a partir do genótipo do indivíduo e que permite acompanhar a segregação do gene marcado ao longo das gerações. SNP Aplicações na medicina veterinária Animais portadores de doenças genéticas recessivas Resistência a doenças Vacinogenômica Farmacogenômica Aplicações na medicina veterinária Doenças genéticas recessivas: – Hipertermia maligna (gene halotano) – BLAD (deficiência de adesão leucocitária bovina) – DUMPS (deficiência de uridina monofosfato) – POMPES (deficiência da enzima alfa-glicosidase) – Citrulinemia (deficiência arginino-succinato sintetase) – CVM (complexo da malformação vertebral) Aplicações na produção animal Identificação de genes ligados a características produtivas: – – – – – – – Miostatina Leptina Calpaína e calpastatina Halotano (síndrome do estresse suíno) Resistência a parasitas e doenças (Embrapa Pecuária Sul com carrapatos, ovinos com H. contortus) Eficiência alimentar Qualidade de carne Rastreabilidade Nutrigenômica Identificação de paternidade Seleção assistida por marcadores impacto na acurácia Seleção genômica impacto na acurácia e seleção precoce Identificação de paternidade LOTE DE VACAS ESTAÇÃO DE MONTA ESTAÇÃO DE NASCIMENTO QUAL O TOURO QUE TEVE OS FILHOS MAIS PESADOS NA DESMAMA? QUAL O TOURO TEVE MAIOR NÚMERO DE FILHOS? ? Identificação de paternidade TOUROS CG GG CC BEZERROS GG CC CG GG Identificação de paternidade TOUROS CG AA GG AT CC TT BEZERROS GG AT CC AA CG AT GG TT Importância Identificar touros que produziram filho(a)s com características econômicas desejáveis (ou indesejáveis) Permite calcular DEPs do próprio rebanho em grupos de reprodutores múltiplos Identificar touros que apresentam elevadas/baixas taxas de concepção Confirmação da paternidade para registro em associações de raças DEP intra-rebanho % de Progênies e DEP de Peso Desmama por touro 35,00% 15,28 kg 32,72% 12,40 kg 30,00% 20 19,95 kg 5,48 kg 5 20,00% 16,67% -4,85 kg 15,00% -10,51 kg -9,65 kg -7,65 kg 0 12,35% -5 9,26% 6,79% -13,65 kg 5,00% 3,09% 8,02% 3,09% 15 10 5,65 kg 25,00% 10,00% 15,67 kg 3,09% 1,85% -10 1,85% 0,00% -15 -20 0 T0 5 0 T0 9 0 T0 1 0 T0 6 0 T0 3 DEP negativa ≈ 27,0% 15,38 DEP≈ - 8,47 kg kg 1 T0 0 1 T0 1 0 T0 4 ~ 62,0% DEP≈ 6,91 kg 0 T0 7 0 T0 2 0 T0 8 Seleção assistida por marcadores Modelo matemático P = G + E + GE P = A + D + I + E + GE P = Ap + Am + D + I + E + GE VGAM = Ap + Am Em que o efeito aditivo dos genes é particionado em efeito aditivo devido aos poligenes e devido efeito aditivo devido aos efeitos dos marcadores. Impacto na acurácia: o grande efeito na seleção assistida por marcadores (ganho de peso pós desmana) GERAL CEIP_ng CEIP_g TOURO_ng TOURO_g Variação percentual da acurácia 12 9,9 9,7 10 9,7 9,0 8,9 8,7 8 6,1 6 4,5 4 2 0 3,2 2,0 2,6 4,4 4,2 2,7 2,3 4,7 5,5 5,2 5,2 4,4 3,1 1,6 RCB 1,9 2,5 0,3 0,1 RMB 3,5 2,8 1,4 4,4 Bayes A Bayes B Bayes Cπ LASSO Ganho em acurácia das estimativas de DEP, quando se usa a DEP-AM Ganho de peso pós desmama 30 25 20 15 10 5 0 CEIP de anos anteriores Doadoras Megaleilão 2011 Touros 9 1 Avaliação Av. Genética Pedigree Fenótipos Fenótipos Gen. DEPs Avaliação do Mérito Genético Fenótipos Progênie Avaliações Genéticas Atuais 9 2 Pedigree Avaliação Genética Fenótipos Testes DNA Fenótipos DEPs Testes DNA Avaliação muito mais precisa do Mérito Genético Fenótipos Progênie Testes DNA Avaliações Genéticas Futuras 9 3 A importância da recria, especialmente de fêmeas Epigenética é a variação parcial da atividade genômica sem que haja alteração no DNA ligada à expressão dos genes Essas alterações ocorrem na época em que o embrião é formado, atingindo suas células germinativas, que darão origem aos espermatozóides e aos óvulos Causa: principalmente o ambiente 94 95 Environmental forces at time t, may affect the methylation patterns of three generations. Recriar nossas bezerras nos melhores pastos, se possível reformados por ILP, ILPF, IFP maior produtividade Fêmeas mal nutridas na fase de crescimento bloqueiam a expressão de parte de seus genes isso as afeta, afeta o desenvolvimento de suas filhas em gestação e das filhas de suas filhas 3 gerações de prejuízos na fertilidade Onde recriamos nossas novilhas? Quem usa ILP tem melhores resultados de fertilidade de novilhas jovens 52% de fertilidade no MS, em novilhas expostas ao 14-16 meses, após recria em pastos de ILPF Vamos? 97 Tornar a pecuária de corte um empreendimento e agir como empresários? Vamos ser mais profissionais? Vamos planejar mais, escolher melhor nosso material genético? Vamos nos tornar mais competitivos? Vamos ser competentes? Vamos considerar a pecuária de corte como uma cadeia? Não adianta querer “queimar etapas”. Temos que compreender antes, e utilizar, as informações genéticas básicas, como a DEPs, para depois começar a usar ferramentas mais caras, como as da genômica 98 Estamos no caminho certo, pensando na sustentabilidade, a longo prazo? E a tradição? E as inovações? E as novas formas de comercializar? E como manter isso tudo vivo? Estou preocupado com a pecuária de corte de seus filhos e netos...... 99 Conclusões Todos querem aumento de produtividade e rentabilidade A aquisição de material genético (sêmen, embriões/prenhezes, novilhas ou tourinhos de reposição) é uma compra técnica Os objetivos têm que ser claramente definidos (não existem “objetivos gerais”, portanto não existem “touros ideais para tudo”) 100 Conclusões (2) Os melhores métodos para identificação dos animais superiores, que trarão genes favoráveis para seu rebanho têm que ser utilizados Aprenda a escolher os melhores touros para você Use touros geneticamente superiores, se possível, com CEIP ou sistema que garanta que você está comprando animais melhoradores 101 Obrigado Melhoramento genético Luis Alberto Fries, in memorium Prof. Dr. José Bento Sterman Ferraz Grupo de Melhoramento Animal e Biotecnologia Departamento de Medicina Veterinária Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos Universidade de São Paulo Cx. Postal 23, 13635-900, Pirassununga, SP [email protected] 102 Programa da disciplina Genética Básica e Evolução (ZAB 215) 1º Semestre de 2014 Carga horária: 90 horas (6 créditos) Horário das aulas: segundas-feiras, das 8:00 às 11:00 h e terças-feiras, das 14:00 às 17:00 h Docentes responsáveis: Módulo I - Prof. Dr. , Heidge Fukumasu Módulo II - José Bento Sterman Ferraz ([email protected], ramal 654093) Local: Bloco Didático Nutrição Animal do ZAZ (Medicina Veterinária) Aluna monitora PAE: Lais V. Pessoa Critérios de avaliação Critérios de avaliação: – – – – – – Avaliação I Avaliação II Avaliação III Avaliação IV Atividades Heidge Atividades Bento - peso 2 - peso 3 - peso 2 - peso 3 - peso 1 - peso 1 Critérios de recuperação: – – Prova - peso 5 Média do semestre - peso 5 (nas avaliações normais, antes da recuperação) ódulo II: Genética Básica – Programação Aula Tema Professor Dia 1 Introdução, apresentação. A genética e a Medicina Veterinária. História da genética, os experimentos de Mendel, a redescoberta de Mendel, genética Mendeliana. Ação gênica - dominância e recessividade, aditividade, Epistasia e pleiotropia e alelos múltiplos. Biotecnologias reprodutivas e suas implicações na genética Determinação do sexo em animais de interesse zootécnico. Herança ligada, limitada ou influenciada pelo sexo Genes letais e sua detecção Cariótipo e aberrações cromossômicas Genética de Populações: Frequência gênica, genotípica e Fenotípica. Lei de Hardy-Weinberg Avaliação III Principais doenças genéticas dos animais domésticos Funções do complexo maior de histocompatibilidade e suas implicações na genética e Genética de Resistência a Doenças Bento 10/10 Minos 11/10 Juliano Silveira 17/10 Lais Bento Bento 18/10 24/10 25/10 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 A transgenia no agronegócio Genômica, Transcriptômica, Proteômica, Metabolômica, Nutrigenômica, Farmacogenômica Uso de marcadores moleculares na produção animal 13 Genética da resistência a doenças 14 Genética do crescimento e envelhecimento celular Bento/Equipe 31/10 Yonara 01/11 Bento 07/11 Fabiana Bressan Pamela 08/11 Miguel Santana Gerson Oliveira Jr. Gerardo Mamani 22/11 21/11 28/11 29/11 Bibliografia básica ALBERTS, B. Fundamentos da biologia celular: uma introdução a biologia molecular da célula. Porto Alegre, Artes Médicas Sul.757p., 1999. ALBERTS, BRUCE. Biologia Molecular da Célula, 4.ED. ARTMED / 2006. BASILE, R.; MAGALHÃES, L.E. Citologia e genética. São Paulo, Cultrix. 227p., 1977. BOURDON, R. M. Understanding Animal Breeding. Upper Saddle River, Prentice Hall, 523p., 1997. BOWLING, A.T. Horse genetics. Wallingford, Oxon, UK, 200p., 1996. CRUZ, C.D.; VIANA, J.M.S; CARNEIRO, P.C.S. Genética. Volume 2. GBOL. Viçosa, Editora UFV., 475p., 2001. DE ROBERTIS, EDUARDO M. F.; HIB, JOSÉ. Bases da Biologia Celular e Molecular, 4.ed GUANABARA KOOGAN / 2006 ELER, J.P. Teoria e Métodos em Melhoramento Genético Animal. FMVZ/USP, Apostila (disponível para xerox) FALCONER, D.S. Introduccion a la genetica cuantitativa. Barcelona, Co. Edit. Continental, 429p., 1981. FUTUYAMA, D.J. Biologia Evolutiva. Funpec-Editora, 3ª edição, 830 p., 2009. GAMA, L.T. da. Melhoramento Genético Animal. Lisboa, Escolar Editora, 306p., 2002. GOODBOURN, S. Eukaryotic gene transcription. Oxford ; New York : IRL Press at Oxford University Press, 292p., 1996. GRIFFITS, J.F. et al. An introduction to genetic analysis. New York, W. R. Freeman and Company, 860 p., 2000 HARTL, D.L.; Clark, A.G. Princípios de Genética de populações. 4ª Edição. Artmed, 660 p.,2010. HILL, W.G. Evolution and animal breeding. Oxon : Cab International, 313p., 1989. KLUG, W.S. et al. Conceitos de Genética. 9ª Edição. Artmed, 896 p., 2010. LEHNINGER, A.L. - PRINCÍPIOS DE BIOQUÍMICA. LEWIN, B. Genes VII. Oxford : Oxford University Press, 990p. 2000. NICHOLAS, F.W. Introdução à genética veterinária. Porto Alegre : Artes Médicas Sul, 326p., 1999. PEREIRA, J.C.C. Melhoramento Genético Aplicado à Produção Animal. Belo Horizonte, 416 p., 1996. PIRES, A.V. Bovinocultura de Corte. Volumes 1 e 2. FEALQ, 1509 p., 2010. SENE, F.M. Genética e Evolução. São Paulo, EPU, 1981 STRICKBERGER, M.W. Genética. Barcelona, Ed. Omega, 461 p., 1980. VALLE, SILVIO; TELES, JOSÉ LUIZ. Bioética e Biorrisco: Abordagem Transdisciplinar. INTERCIÊNCIA / 2003 VAN VLECK, L.D. Selection Index and Introduction to Mixed Model Methods. Boca Raton, CRC Press, 481 p., 1993. VAN VLECK, L.D.; POLLAK, E.J.; OLTENACU, E.A.B. Genetics for the animal sciences. N. York, W.H. Freeman, 391 p., 1987. VIANA, J.M.S; CRUZ, C.D.; BARROS, E.G. Genética. Volume 1. Fundamentos. Viçosa, Editora UFV., 330p., 2ª edição. 2003. WELLER, J.I. Economic Aspects of Animal Breeding. Padstow, TJ Press, 244p., 1994. Onde encontrar o material do curso? Todo o material do curso, quer sejam o programa, as aulas dadas, estudos induzidos, provas e notas serão colocados no site http://www.usp.br/gmab/ disciplinas ZMV1304 Genética Básica e Biologia Molecular CONCEITO A Genética, como muitas áreas do conhecimento humano, não pode ser plenamente definida em uma pequena frase. Se uma curta definição for empregada, toma-se indispensável uma discussão que esclareça apropriadamente o que o reduzido conceito significa. Esta é a estratégia que será utilizada a seguir. A leitura do capítulo introdutório de livros de Genética possibilita estabelecer o seguinte conceito: Genética é a ciência que estuda a hereditariedade e a variação de características dos organismos. O estudo da herança de uma característica envolve alguns aspectos: • Esclarecer se ela é herdável, ou seja, se é determinada por genes; aliás, ser determinada por genes é a razão pela qual uma característica é observada em uma população ao longo das gerações; os genes que a determinam são transmitidos dos pais para os filhos ou, pelo menos, de um dos pais para um ou mais de seus descendentes. • Inferir, em relação a características qualitativas, o número mínimo de genes que as determinam, bem como a localização destes. • Conhecer, também em relação a características qualitativas, as interações entre os alelos dos genes que as determinam, bem como entre genes não-alélicos, caso sejam condicionadas por mais de um gene. • Conhecer, em relação a caracteres quantitativos, os tipos de efeitos gênicos responsáveis pela determinação do caráter e avaliar suas importâncias relativas; como será abordado ao longo deste livro, as estratégias empregadas para o estudo da herança de características quantitativas são completamente diferentes das normalmente usadas em relação aos caracteres qualitativos. • Compreender como os genes que a determinam se expressam e como são regulados, etc. MENDEL Gregor Mendel (1822-1884) é chamado, com mérito, o pai da genética. Monge Agostiniano, botânico e meteorologista que qealizou trabalhos com ervilha (Pisum sativum 2n = 2x =14 ) no mosteiro de Brünn, na Áustria, hoje Brno, República Tcheca. Sua primeira monografia foi publicada em 1865, apresentou na Sociedade de História Natural de Brno as lesi da hereditariedade, mas, devido ao caráter quantitativo e estatístico de seu trabalho, e das influências do trabalho de Darwin (1859) sobre a origem das espécies, pouca atenção foi dada àqueles relatos. Em 1900, o trabalho de Mendel foi redescoberto por outros pesquisadores (K. Correns, E. Tschermak e H. De Vries. Cada um deles obteve, a partir de estudos independentes, evidências a favor dos princípios de Mendel, citando-o em suas publicações. Em 1905, o inglês William Bateson batizou esta ciência que começava a nascer de Genética. MENDEL O TRABALHO DE MENDEL Mendel não foi o único a realizar experimentos de hibridação, mas foi o que obteve maior sucesso, devido a metodologia e ao material escolhido. Material escolhido Trata-se de material com muita variabilidade; há genitores contrastantes para vários caracteres; há possibilidade de se obter progênie abundante; a espécie é de fácil cultivo e ocupa pouco espaço; o ciclo é relativamente curto e a planta autógama, atingindo a homozigose e pureza por processo natural de propagação. MENDEL Metodologia Mendel destacou-se por ter adotado procedimentos metodológicos científicos e criteriosos. Destacam-se os fatos de ter analisado um caráter por vez; trabalhado com pais puros; e ter quantificado os dados. Mendel estudou 7 características, cada uma com duas manifestações fenotípicas. Estudo induzido 1 1. Qual a história de Gregory Mendel? Seus trabalhos tiveram grande impacto na época em que foram publicados? 2. Como foram realizados os trabalhos de Mendel? Com quais espécies e características ele trabalhou? 3. Explique as duas leis de Mendel, usando exemplos que envolvam animais de interesse zootécnico e compare as semelhanças e diferenças existentes entre elas. 4. Quem foi William Bateson e qual sua importância para a Genética atual? 5. Você acha que as leis de Mendel têm alguma aplicação prática em zootecnia? Exemplifique. 6. Faça um breve relato do artigo publicado em http://www.nature.com/nrg/journal/v7/n3/full/nrg1803.html#top 7. Leia o artigo de T.H. Morgan, publicado em 1909 e o interprete. Esse artigo pode ser encontrado em http://www.esp.org/foundations/genetics/classical/thm-09.pdf
