O uso da estatística Bayesiana no melhoramento genético animal: uma breve explicação

This paper describes the study of Bayesian techniques in animal breeding, in order to discuss and clarify this approach compared to the frequentist statistical. It will be presented two algorithms for stochastic integration by Monte Carlo simulation of Markov Chains (MCMC): the Gibbs sampler and Metropolis-Hastings. It is considered the application of these techniques mentioned as an alternative to animal breeding programs in the estimation of genetic parameters in order to solve problems related to more complex models and the expression of traits of economic interest that do not have normal distribution. The proposed approaches are explained and discussed in developing of this paper.Este trabalho aborda o estudo de técnicas bayesianas no melhoramento genético animal, no intuito de discutir e elucidar esta referida abordagem frente a estatística “frequentista”. Apresentam-se dois algoritmos de integração estocástica por meio da simulação de Monte Carlo em Cadeias de Markov (MCMC): o Amostrador de Gibbs e o Metropolis-Hastings. Considera-se a aplicação das mencionadas técnicas como uma alternativa aos programas de melhoramento animal, na estimação de parâmetros genéticos em ordem de solucionar problemas relacionados aos modelos mais complexos e a expressão de características de interesse econômico que não tenham distribuição normal. As abordagens propostas são explicadas e discutidas no desenvolvimento do trabalho

INFERÊNCIA BAYESIANA E SUA APLICAÇÃO NA AVALIAÇÃO GENÉTICA DE BOVINOS DA RAÇA NELORE: REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

O método da máxima verossimilhança restrita tem sido o escolhido pelos programas de melhoramento genético para estimação dos componentes de variância e predição dos valores genéticos. No entanto, a inferência bayesiana aparece como uma alternativa de grande flexibilidade, tanto em relação aos modelos que podem ser utilizados nas análises quanto em relação às inferências que podem ser realizadas a partir dos resultados. A sua aplicação em análises genéticas permite a obtenção de densidades posteriores das variáveis estudadas e pode ser utilizada tanto em pequenos ou grandes conjuntos de dados, não sendo necessário o conhecimento da distribuição inicial do parâmetro que se deseja estimar. No Brasil, o método da Amostragem de Gibbs, que permite uma inferência bayesiana, tem sido aplicado com êxito em diversos estudos envolvendo dados de campo de bovinos da raça Nelore. PALAVRAS-CHAVE: Amostragem de Gibbs, modelos lineares, parâmetros genéticos

Genetic analysis for visual scores of bovines with the linear and threshold bayesian models

O objetivo deste trabalho foi comparar as estimativas de parâmetros genéticos obtidas em análises bayesianas uni-característica e bi-característica, em modelo animal linear e de limiar, considerando-se as características categóricas morfológicas de bovinos da raça Nelore. Os dados de musculosidade, estrutura física e conformação foram obtidos entre 2000 e 2005, em 3.864 animais de 13 fazendas participantes do Programa Nelore Brasil. Foram realizadas análises bayesianas uni e bi-características, em modelos de limiar e linear. De modo geral, os modelos de limiar e linear foram eficientes na estimação dos parâmetros genéticos para escores visuais em análises bayesianas uni-características. Nas análises bi-características, observou-se que: com utilização de dados contínuos e categóricos, o modelo de limiar proporcionou estimativas de correlação genética de maior magnitude do que aquelas do modelo linear; e com o uso de dados categóricos, as estimativas de herdabilidade foram semelhantes. A vantagem do modelo linear foi o menor tempo gasto no processamento das análises. Na avaliação genética de animais para escores visuais, o uso do modelo de limiar ou linear não influenciou a classificação dos animais, quanto aos valores genéticos preditos, o que indica que ambos os modelos podem ser utilizados em programas de melhoramento genético.The objective of this work was to compare the estimates of genetic parameters obtained in single-trait and two-trait bayesian analyses, under linear and threshold animal models, considering categorical morphological traits of bovines of the Nelore breed. Data of musculature, physical structure and conformation were obtained between years 2000 and 2005, from 3,864 bovines of the Nelore breed from 13 participant farms of the Nelore Brazil Program. Single-trait and two-trait bayesian analyses were performed under linear and threshold animal models. In general, the linear and threshold models were efficient in estimating genetic parameters for visual scores under single-trait bayesian analyses. In the two-trait analyses, it was observed that: using continuous and categorical data, the threshold model provided greater estimates of genetic correlation than those of the linear model; with categorical data, the heritability estimates were similar. One major advantage of the linear models was its smaller requirements in the analyses processing time. In the genetic evaluation of animals for visual scores, the use of the linear or threshold model did not influence the classification of the animals, based on their predicted breeding values, which suggests that both models can be used in genetic improvement programs

Bayesian inference in genetic parameter estimation of visual scores in Nellore beef-cattle

The aim of this study was to estimate the components of variance and genetic parameters for the visual scores which constitute the Morphological Evaluation System (MES), such as body structure (S), precocity (P) and musculature (M) in Nellore beef-cattle at the weaning and yearling stages, by using threshold Bayesian models. The information used for this was gleaned from visual scores of 5,407 animals evaluated at the weaning and 2,649 at the yearling stages. The genetic parameters for visual score traits were estimated through two-trait analysis, using the threshold animal model, with Bayesian statistics methodology and MTGSAM (Multiple Trait Gibbs Sampler for Animal Models) threshold software. Heritability estimates for S, P and M were 0.68, 0.65 and 0.62 (at weaning) and 0.44, 0.38 and 0.32 (at the yearling stage), respectively. Heritability estimates for S, P and M were found to be high, and so it is expected that these traits should respond favorably to direct selection. The visual scores evaluated at the weaning and yearling stages might be used in the composition of new selection indexes, as they presented sufficient genetic variability to promote genetic progress in such morphological traits

Variabilidade genética da raça Brahman no Brasil detectada por meio de análise de pedigree

O objetivo deste trabalho foi analisar a variabilidade genética da raça Brahman no Brasil, por meio da análise de 15.851 pedigrees. O arquivo de dados foi dividido em dois períodos: 1998-2001 e 2002-2005. A variabilidade genética foi avaliada por parâmetros baseados na probabilidade de origem do gene: número efetivo de ancestrais, número efetivo de fundadores, número efetivo de genomas remanescentes e coeficientes de parentesco e de endogamia. Os valores encontrados quanto ao número de fundadores mostraram que a população está em expansão, embora o número efetivo de fundadores tenha diminuído de um período para outro. Os resultados foram diferentes em relação ao número de ancestrais e genomas remanescentes, que apresentaram crescimento de 23% nos períodos avaliados. O coeficiente de endogamia diminuiu nos períodos estudados, porém o coeficiente de parentesco "inter se" cresceu. Poucos ancestrais apresentaram grande contribuição genética para a população, o que evidencia a utilização de poucos indivíduos na reprodução. A raça Brahman, no Brasil, encontra-se em expansão, caracterizada pela diminuição do coeficiente de endogamia e aumento nos números efetivos de fundadores e de genótipos remanescentes. Entretanto, a variabilidade genética da raça mostra aumento do parentesco "inter se" e grande concentração do patrimônio genético de poucos indivíduos na população

Bayesian estimates of genetic parameters for reproductive traits in Nellore cows raised on pasture in tropical regions

Summary Background: Nellore cows are well adapted to tropical conditions, and they have good maternal ability as well as long and prolific reproductive life. Objective: to estimate (co)variances and genetic parameters for calving interval (CI), age at first calving (AFC), gestation length (GL), and days open (DO) in Nellore cows. Methods: covariance components and genetic parameters were estimated using multi-trait Bayesian procedures. Results: three traits had low but statistically significant heritabilities, averaging 0.05, 0.10, and 0.04 for CI, GL, and DO, respectively, whereas age at first calving had a higher heritability (0.36). The permanent environmental effects for CI, GL, and DO were also low, averaging 0.08, 0.07, and 0.15, respectively. The genetic correlations between AFC and CI, AFC and GL, AFC and DO, GL and CI, CI and DO, GL and DO were 0.20, 0.12, 0.11, 0.02, 0.92, and -0.21, respectively. Selection for shorter CI would contribute towards decreasing DO. However, selection for decreased GL could result in a greater number of DO. Despite the favorable genetic correlations, the direct selection responses for these traits would be low. Conclusion: reproductive traits are strongly influenced by environmental effects. Changes in management and environmental factors could rapidly improve reproductive performance of Polled Nellore herds. Genetic selection for these traits should produce a much slower but permanent response.Resumo Antecedentes: vacas da raça Nelore são bem adaptadas às condições tropicais e apresentam boa habilidade materna, bem como elevada longevidade e prolificidade. Objetivos: avaliar a estimativa de (co)variâncias e parâmetros genéticos para o intervalo de partos (IEP), idade ao primeiro parto (IPP), duração da gestação (DG) e período de serviço (PS) em vacas da raça Nelore. Métodos: componentes de covariância e parâmetros genéticos foram estimados por meio de procedimentos bayesianos multicaracterísticos. Resultados: três características apresentaram baixa herdabilidade, com média de 0,05, 0,10 e 0,04 para IEP, DG e PS, respectivamente, já a idade ao primeiro parto apresentou maior herdabilidade (0,36). Os efeitos de permanentes associados á IEP, DG e PS também apresentaram baixas estimativas, 0,08, 0,07 e 0,15, respectivamente. As estimativas de correlação genética entre IPP e IEP, IPP e DG, IPP e PS, IEP e DG, IEP e PS, e DG e PS foram de 0,20, 0,12, 0,11, 0,02, 0,92 e -0,21, respectivamente. A seleção para redução do IEP poderá contribuir para uma significativa redução PS. No entanto, a seleção para redução do DG poderá resultar em aumento do PS. Apesar das favoráveis estimativas de correlações genéticas, a resposta de seleção direta para essas características seria baixa. Conclusão: as características reprodutivas são fortemente afetadas por efeitos ambientais. Assim, as mudanças nas condições de manejo e ambientais resultariam em uma melhora expressiva dessas características, enquanto que a seleção genética produziria melhorias mais lentas, porém permanentes.Resumen Antecedentes: las vacas Nelore se adaptan bien a las condiciones tropicales, y tienen buena habilidad materna, así como larga y prolífica vida reproductiva. Objetivo: evaluar la estimación de las (co)varianzas y los parámetros genéticos para el intervalo entre partos (CI), la edad al primer parto (AFC), duración de la gestación (GL) y el período de servicio (DO) en vacas Nelore. Métodos: los componentes de covarianza y los parámetros genéticos fueron estimados por procedimientos multivariados Bayesianos. Resultados: tres características, CI, GL y DO presentaron bajos promedios de heredabilidad, promediando 0,05, 0,10 y 0,04, respectivamente, mientras que la edad al primer parto presentó una heredabilidad más alta (0,36). Los efectos ambientales permanentes del CI, GL y DO también resultaron con estimaciones bajas, con promedios de 0,08, 0,07 y 0,15, respectivamente. Las estimaciones de las correlaciones genéticas entre AFC y CI, AFC y GL, AFC y DO, GL y CI, CI y DO, GL y DO fueron 0,20, 0,12, 0,11, 0,02, 0,92 y 0,21, respectivamente. La selección para un CI reducido puede contribuir a una reducción de los DO. Sin embargo, la reducción de la GL puede dar lugar a un mayor DO. A pesar de las favorables estimaciones de la correlación genética, la respuesta a la selección directa de estos rasgos sería baja. Conclusión: las características reproductivas se ven fuertemente afectadas por efectos ambientales. Así, los cambios en la gestión y las condiciones ambientales dan lugar a una mejora rápida de estas características, mientras que la selección genética produce cambios más lentos pero permanentes

Bayesian estimates of genetic parameters for reproductive traits in Nellore cows raised on pasture in tropical regions

Summary Background: Nellore cows are well adapted to tropical conditions, and they have good maternal ability as well as long and prolific reproductive life. Objective: to estimate (co)variances and genetic parameters for calving interval (CI), age at first calving (AFC), gestation length (GL), and days open (DO) in Nellore cows. Methods: covariance components and genetic parameters were estimated using multi-trait Bayesian procedures. Results: three traits had low but statistically significant heritabilities, averaging 0.05, 0.10, and 0.04 for CI, GL, and DO, respectively, whereas age at first calving had a higher heritability (0.36). The permanent environmental effects for CI, GL, and DO were also low, averaging 0.08, 0.07, and 0.15, respectively. The genetic correlations between AFC and CI, AFC and GL, AFC and DO, GL and CI, CI and DO, GL and DO were 0.20, 0.12, 0.11, 0.02, 0.92, and -0.21, respectively. Selection for shorter CI would contribute towards decreasing DO. However, selection for decreased GL could result in a greater number of DO. Despite the favorable genetic correlations, the direct selection responses for these traits would be low. Conclusion: reproductive traits are strongly influenced by environmental effects. Changes in management and environmental factors could rapidly improve reproductive performance of Polled Nellore herds. Genetic selection for these traits should produce a much slower but permanent response

Multivariate approach of inter-relationships among growth, consumption and carcass traits in Nellore cattle

The objective of the present study was to analyze the phenotypic inter-relationships between growth, feed intake and carcass traits in polled Nellore cattle, as well as to determine which bulls produced the most efficient progeny. The experiment was conducted in the feedlot of the Guaporé Pecuária (Livestock) Company, OB Brand. The following traits were analyzed: initial live weight (ILW); final live weight (FLW); average daily gain (ADG); dry matter intake (DMI); gain:feed (G:F); residual feed intake (RFI); rib-eye area (REA); rump fat thickness (RF); backfat thickness at the 12th-13th rib (BF); weighted fat score (WF); and intramuscular fat percentage (IMF). Both univariate and multivariate analyses were performed to analyze the inter-relationships between the studied traits. No significant phenotypic associations were observed between growth, carcass traits and residual feed intake, while the correlation between RFI and G:F was negative. Therefore, RFI may be used to select more nutritionally efficient animals without compromising growth or adult size. The selection of bulls with progeny showing low residual feed intake is recommended, as selection for low RFI tends to improve feed efficiency without compromising growth and development