Diversidade genética, ancestralidade individual e miscigenação nas raças bovinas no Brasil com base em Microssatélites e Haplótipos de DNA Mitocandrial : subsídios para a conservação

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Departamento de Biologia Celular, 2007.O Brasil possui o maior rebanho bovino comercial do mundo e as raças criadas no País podem ser classificadas, de acordo com sua origem, em comerciais e exóticas. As raças exóticas, importadas nos últimos 100 anos, taurinas e zebuínas, compõem atualmente o conjunto populacional de maior influência e manejo intensivo. As raças localmente adaptadas, originadas do gado introduzido pelos colonizadores europeus derivam-se da seleção e dos eventos naturais ocorridos na formação de uma raça. Embora exista um conhecimento histórico a respeito das raças crioulas brasileiras muito pouco se sabe de sua composição genética. Como o progresso da pecuária está relacionado com a variabilidade genética, sua perda poderá restringir as opções, não previstas, para os trabalhos de melhoramento animal. Estudos sobre a diversidade e variabilidade genética da espécie bovina poderão auxiliar decisões a respeito de quais populações devem ser conservadas, quando os recursos são escassos, evitando a duplicação de esforços na manutenção de amostras. Podem ainda assegurar a manutenção da variabilidade genética, evitando que populações de uma mesma raça, que possuam características particulares, sejam descartadas durante o processo de conservação. O objetivo deste estudo foi de avaliar, através de marcadores microssatélites e DNA mitocondrial, os níveis da diversidade genética, a relação filogenética e os padrões de miscigenação existentes entre raças bovinas criadas no Brasil. Todos os microssatélites utilizados foram altamente polimórficos nas 10 raças analisadas. Existe uma redução significativa da heterozigosidade devido à endogamia dentro das populações e à diferenciação genética das subespécies taurina e zebuína. O número de locos que contribui para a diferenciação racial variou entre as duas subespécies, sendo observado um número muito maior para a subespécie taurina quando comparada com a zebuína. Foi observado um número de alelos similares em ambas as subespécies gerando um poder de exclusão para paternidade próximo e consistente. Quatro raças crioulas apresentaram uma maior diversidade genética seguida pelas raças zebuínas, duas raças taurinas especializadas e a raça naturalizada Caracu. A diferenciação genética aos pares foi altamente significativa indicando que todas as raças analisadas podem ser consideradas como entidades genéticas distintas. Um diagrama baseado na análise realizada pelo programa STRUCTURE demonstrou uma introgressão cruzada entre as raças taurinas e zebuínas, i.e. genes indianos nas raças locais e vice-versa. Neste estudo foi possível obter um panorama detalhado a respeito da estrutura genética e diversidade de raças bovinas do Brasil, elucidando várias questões relacionadas com a origem e estrutura das raças criadas no Brasil. Existe uma quantidade significativa de variabilidade genética nas populações analisadas. Dado o custo para manter populações de grandes animais domésticos e o armazenamento de germoplasma criopreservado, este estudo foi além das análises populacionais para investigar a possibilidade de classificar indivíduos dentro de populações visando à conservação da máxima diversidade em números limitados de indivíduos, no sentido de auxiliar na manutenção e manejo nos Núcleos de Conservação, bem como na escolha de animais alvo para a criopreservação de germoplasma. Levando em conta este conceito, foi proposta uma metodologia de priorização de indivíduos dentro de raças, baseada em testes de alocação racial e índices de diversidade genética. Pela análise do DNA mitocondrial, verificou-se uma alta diversidade nucleotídica em 16 raças bovinas brasileiras confirmando os dados históricos de miscigenação e múltiplas introduções. Verificou-se uma alta influência de raças africanas no genoma local e a base taurina da população zebuína criada no Brasil, cuja linhagem materna tem origem nas raças taurinas criadas no País anteriores à sua introdução. Os dados genéticos demonstram que as raças bovinas crioulas constituem um reservatório vasto e importante de diversidade genética para a produção e conservação da espécie bovina. Todas as raças brasileiras naturalizadas estudadas são importantes e viáveis possuindo características únicas tanto fenotípicas, genotípicas, culturais e históricas que merecem que esforços sejam realizados para a sua conservação. __________________________________________________________________________________ ABSTRACTBrazil holds the largest commercial cattle population worldwide. Local cattle breeds can be classified according to their origin, as exotic or creole. Exotic breeds, imported in the last 100 years, both B.taurus and B.indicus, currently make up the bulk of the intensively managed populations. Locally adapted creole breeds, originated from cattle introduced by the European conquerors derive from natural selection and events of breed mixture. While historical knowledge exists on the Brazilian creole breeds, very little is known on their genetic composition. Animal livestock progress is related with the genetic variability, and its loss can restrict unforeseen options for animal improvement. Studies about the diversity and genetic variability of the bovine species can aid in the decisions regarding which populations should be conserved, when financial resources are scarce, avoiding the duplication of efforts in the maintenance of samples. It can still assure the maintenance of genetic variability, avoiding the possibility of populations of the same breed, which possess specific traits, be discarded during the conservation process. The objective of this study was to assess, using microsatellite markers and mitocondrial DNA, the levels of genetic diversity, phylogenetic relationships and patterns of B. taurus/B. indicus admixture among cattle breeds raised in Brazil. Significant reduction of heterozygosity exists due to withinpopulation inbreeding and to breed differentiation in both subspecies (taurine and zebuine). For the B. taurus breeds, the number of markers that contribute to breed differentiation is larger than for B. indicus. A consistently similar number of alleles were seen in both subspecies for all microsatellites, resulting in close estimates of power of paternity exclusion. Four creole breeds were the most genetically diverse followed by the B. indicus breeds, the two specialized B. taurus breeds and the creole Caracu. Pairwise genetic differentiation were all significant, indicating that all breeds can be considered as genetically independent entities. A STRUCTURE based diagram showed introgression in both directions, i.e. of B. indicus genes in the local creole breeds and vice-versa. In this study was possible to get a comprehensive overview of the genetic structure and diversity of cattle breeds in Brazil, elucidating several questions related with their origin and population structure. A significant amount of genetic variation is maintained in the local cattle populations. Given the costs for long term maintenance of large collections of live animals or cryopreserved samples, this study goes beyond the population level analysis for conservation priority to investigate the composition of Brazilian cattle breeds at the individual level to support the assembly of core collections. Taking into consideration this concept, a practical decision method to prioritize individual animals for conservation has been proposed. This method is based on a combination of the assignment probability to the rightful breed and on two measures of the genetic diversity. Using DNA mitochondrial analysis it was possible to verify that high nucleotide diversity exist in 16 Brazilian bovine breeds validating, in these ways too, the historical data of miscegenation and multiple introductions. A high influence of African breeds was verified in the local genome and the B. taurus base of the Brazilian zebu cattle population, whose maternal lineage has origin in the B. taurus breeds that existed in Brazil previous to its introduction. The genetic data show that Brazilian creole breeds constitute an important and diverse reservoir of genetic diversity for bovine breeding and conservation. The genetic data was able to shed light on a number of issues related to the local breeds origin and structure. The Brazilian creole breeds are all important and viable targets for conservation for they display peculiar traits both phenotypic and of cultural and historical nature that deserve conservation efforts

Genetic characterization of Criollo Lageano cattle by RAPD markers

O objetivo deste trabalho foi a caracterização genética da raça bovina Crioulo Lageano por marcadores RAPD em comparação com as raças Holandesa e Nelore. Foram selecionados 43 primers, que geraram 77 bandas polimórficas. Os animais foram distribuídos em cinco subgrupos de Crioulo Lageano (I a V), e um subgrupo em cada uma das raças Holandesa (VI) e Nelore (VII). A maior parte da variância genética total (65,05%) foi causada pela diferença de indivíduos dentro dos grupos, e o restante pelas diferenças entre grupos. A análise conjunta dos grupos I a V apresentou variabilidade genética entre grupos de 25,28% e dentro dos grupos de 74,72%. A diversidade gênica vem se mantendo ao longo das gerações no núcleo de conservação do Crioulo Lageano. A raça Holandesa apresentou a menor diversidade gênica (0,1204), e a Crioulo Lageano a maior (0,3154). A maior distância genética (0,3747) foi entre as raças Nelore e Holandesa. Os grupos de Crioulo Lageano apresentaram diferenças entre si e apenas alguns indivíduos de cada grupo posicionaram-se junto a outros grupos. A técnica RAPD é capaz de estimar a distância genética entre raças ou populações e de auxiliar na escolha de indivíduos, visando aos trabalhos de conservação de recursos genéticos. _________________________________________________________________________________ ABSTRACTThe objective of this study was to characterize genetically the Crioulo Lageano cattle breed, using RAPD markers and compare it to the Holstein and Nelore breeds. Forty three primers were selected, and they generated 77 polymorphic bands. Seven groups were studied: 5 subgroups of Crioulo Lageano (I to V) and one each Holstein (VI) and Nellore (VII). Using all groups, the greater part of the genetic variance (65.05%) was due to differences within groups and the rest due to differences between groups. Using five Crioulo Lageano groups (I to V) the results showed 25.28% variation between groups and 74.72% within groups. Genetic diversity has been maintained throughout the generations in this conservation nucleus. The Holstein breed presented the lowest genetic diversity (0.1204) while the Crioulo Lageano herd presented the highest (0.3154). The observed genetic differences were highest between Nellore and Holstein breeds (0.3747), as expected. In general, the Crioulo Lageano groups formed distinct groups and only a few animals from one group were positioned within another group. The RAPD marker technique is adequate to estimate genetic distances between breeds and populations, as well as for use in the choice of individuals for breeding within populations, for conservation of genetic resources

Diversidade genética e estrutura de população de bovinos nativos

Estratégias para conservação e melhoramento animal devem ser baseadas na associação de características fenotípicas e genéticas. O objetivo deste trabalho foi caracterizar cinco raças nativas brasileiras (Caracu, Crioulo Lageano, Curraleiro, Mocho Nacional e Pantaneiro) e duas comerciais (Holandês e Nelore) pela técnica de RAPD para estimar a distância genética e a variabilidade genética entre e dentro das raças. As relações genéticas foram investigadas utilizando-se 22 primers, que geraram 122 bandas polimórficas. A análise de variância molecular revelou que a maior parte da variabilidade genética total ocorreu em virtude das diferenças de indivíduos dentro das populações. Na comparação da variabilidade genética entre os pares de raças, observou-se que todos os valores obtidos foram estatisticamente significativos. A menor divergência genética foi observada entre Crioulo Lageano e Curraleiro. A raça Mocho Nacional, apesar de historicamente ser considerada de origem Bos taurus aquitanicus,mesma origem da raça Caracu, agrupou-se com as demais raças nativas consideradas de origem Bos taurus ibericus. Demodo geral, as raças estudadas se agruparam em clustersdistintos, com exceção da Mocho Nacional. A técnica de RAPD foi capaz de distinguir geneticamente as raças estudadas; Caracu, Crioulo Lageano, Curraleiro e Pantaneiro podem ser consideradas entidades genéticas distintas, comprovando assim, a unicidade de suas populações; a Mocho Nacional não conseguiu se restabelecer, após seu declínio na década de 50, perdendo, sua identidade genética

Body traits associated with heat adaptation in naturalized Brazilian cattle breeds

O objetivo deste trabalho foi avaliar medidas corporais associadas à tolerância ao calor em bovinos. Utilizaram-se 64 animais das raças naturalizadas Curraleiro (15), Mocho Nacional (7), Crioulo Lageano (7), Pantaneira (14) e Junqueira (11), e 26 animais de duas raças comerciais: Nelore (15) e Holandesa (11). Foram analisados dados sobre comprimento corporal, perímetro de canela, altura de cernelha, perímetro torácico, espessura da pele, espessura do pêlo, número de pêlos, comprimento de pêlos, pigmentação da epiderme e pelame. A raça Curraleiro apresentou menor perímetro torácico, tendo diferido das outras raças, principalmente da Mocho Nacional. As raças Crioulo Lageano e Pantaneira apresentaram maior espessura de pêlo; a raça Mocho Nacional apresentou maior espessura de pele. Os resultados obtidos demonstram que as raças Curraleiro e Junqueira são mais tolerantes ao calor que as demais raças naturalizadas.The aim of this work was to evaluate physical aspects of heat tolerance in cattle. Sixty-four animals from five naturalized breeds were used, including Curraleiro (15 animals), Mocho Nacional (7), Crioulo Lageano (17), Pantaneira (14) and Junqueira (11), as well as twenty-six animals from two commercial breeds: Nellore (15) and Holstein (11). Measurements on shoulder height, girth, body length, cannon bone circumference, skin and hair thickness were analysed as well as hair density and hair and skin pigmentation. Girth in Curraleiro was significantly smaller than in other breeds, especially Mocho Nacional. Crioulo Lageano and Pantaneira had the thickest hair and Mocho Nacional the thickest skin. Curraleiro and Junqueira were shown to be the most heat tolerant of the naturalized breeds

Variabilidade genética de raças de ovelhas deslanadas do Brasil

ABSTRACT: The objectives of this work were to investigate the genetic structure of the Brazilian hair sheep breeds and to determine the origin of the Santa Inês breed. Molecular similarity was determined using Randomly Amplified Polymorphic DNA - Polymerase Chain Reaction markers in 238 individuals from five naturalized sheep breeds: Santa Inês (48 animals), Rabo Largo (48), Somali (48), Morada Nova (48) and Bergamasca (46), collected in Goiás, Sergipe, Bahia, and Ceará States as well as in the Federal District. Fifty-four loci were selected from 19 primers, after a pilot test using 140 primers. Qualitative analyses indicate diagnostic markers for all breeds. All breeds were significantly different from each other. Interbreed differences were explained by 14.92% of the total variation. Santa Inês clustered with Bergamasca (97% bootstrap) and with Rabo Largo, composing the third member of the group (81% bootstrap) while Morada Nova and Somali breeds clustered separately. Each breed should be considered as a separate management and conservation unit, and special care should be taken with Rabo Largo, Morada Nova and Somali breeds, represented by small herds in Brazil. ___________________________________________________________________________________ RESUMOOs objetivos deste trabalho foram identificar a origem racial de ovinos Santa Inês e avaliar a unicidade das populações das principais raças naturalizadas brasileiras de ovinos deslanado. Foi realizado um estudo dos padrões de semelhança molecular a partir de marcadores RAPD-PCR, utilizando-se 238 indivíduos dos Estados de Goiás, Sergipe, Bahia, e Ceará assim como do Distrito Federal, distribuídos entre as raças Santa Inês (48 animais), Bergamácia (46), Rabo Largo (48), Morada Nova (48) e Somali (48). Após triagem com 140 primers, foram selecionados 54 locos a partir de 19 primers e todas as raças apresentaram marcadores específicos. Análises qualitativas mostraram a presença de marcadores diagnóstico-específicos para todas as raças. As diferenças inter-raciais foram significativas e responsáveis por 14,92% da variação total observada. Na análise de agrupamento, a raça Santa Inês ficou próxima à Bergamácia (com 97% de valor bootstrap). A raça Rabo Largo apresentou maior similaridade com este grupo (com 81% bootstrap) do que as raças Morada Nova e Somali. Cada raça deve ser considerada como unidade de conservação e manejo, especialmente as raças Rabo Largo, Morada Nova e Somali, as quais apresentam as menores populações no País

Genetic characterization of the Moxotó goat breed using RAPD markers

O objetivo deste estudo foi verificar a diversidade genética entre e dentro de sete populações de cabras Moxotó (n = 264) dos Estados de Pernambuco, Paraíba e Rio Grande do Norte, usando a técnica de RAPD (Poliformismo de DNA Amplificados ao Acaso). A raça Moxotó, assim como outras naturalizadas, sofre grande erosão genética devido à miscigenação indiscriminada com outras raças existentes na Região Nordeste. A caracterização genética desta raça é essencial para programas de conservação e melhoramento. Os marcadores moleculares são uma ferramenta útil na estimativa da diversidade genética de diferentes populações. O DNA foi extraído a partir de linfócitos utilizando-se um protocolo não orgânico. Os 16 primers utilizados foram selecionados a partir de 120 oligonucleotídeos e geraram 56 bandas polimórficas. A análise de variância molecular (AMOVA) demonstrou que a maior parte da variabilidade genética total (71,55%) ocorreu em virtude das diferenças entre indivíduos dentro das populações, enquanto 21,21% ocorriam entre as populações. A análise da variância entre os pares de populações demonstra que as populações de Floresta, PE x Angicos, RN apresentam o menor valor de diferenciação interpopulacional (8,9%), indicando menor variabilidade entre elas. A distância genética de Nei variou entre 0,0546 e 0,1868 nas populações. O dendrograma gerado demonstra que a raça Canindé, utilizada como outgroup, agrupa-se com as populações de Moxotó, indicando a possível origem comum das raças naturalizadas.The objective of this study was to verify the genetic diversity between and within seven populations of Moxotó goat (n = 264) from the States of Pernambuco, Paraíba and Rio Grande do Norte, using RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA). Moxotó, as well as other naturalized breeds, suffers genetic losses due to the indiscriminate miscegenation with breeds raised in the Northeast Region of Brazil. The genetic characterization of these genetic resources is essential to conservation and breeding programs. DNA was extracted from lymphocytes using a non-organic protocol. The 16 primers used were selected from 120 decamer oligonucleotide primers and generated 56 polymorphic bands. The analysis of molecular variance (AMOVA) showed that the greater part of total genetic variability (71.55%) was due to differences between individuals within populations, while 21.21% was among populations. The analysis of variance among the pairs of populations demonstrated that the populations located in Floresta, PE x Angicos, RN presented a smaller value of intrapopulational differentiation (8.9%), indicating low genetic variability among them. Nei's genetic distances varied between 0.0546 and 0.1868 in the populations. The dendrogram generated showed that the Canindé breed, used as outgroup, clustered with the populations of Moxotó, indicating a possible common origin of the naturalized goat breeds

Variabilidade genética do cavalo Pantaneiro utilizando marcadores RAPDPCR

Amostras de sangue foram coletadas de cavalos Pantaneiros de cinco regiões dos estados de Mato Grosso do Sul e Mato Grosso. As raças Mangalarga Marchador, Árabe e Puro-Sangue Inglês (PSI) usando marcadores moleculares RAPD-PCR (Random Amplified Polymorphic DNA – Polymerase Chain Reaction) foram incluídas no intuito de se calcular as distâncias genéticas e comparar a variabilidade genética entre e dentro de cada uma das raças. Dos 146 primers escrutinados, 13 foram escolhidos para amplificação com cada um dos indivíduos das oito populações, gerando um total de 44 bandas polimórficas. Os resultados encontrados na Análise de Variância Molecular (AMOVA) indicam que grande parte da variabilidade genética detectada se deve a diferenças entre indivíduos dentro de populações (75,47%). Na análise da estimativa dos percentuais de variabilidade genética entre pares de populações, foram observados maiores valores para os pares formados entre as cinco populações de cavalo Pantaneiro e a raça Árabe, enquanto os menores percentuais ocorreram entre Pantaneiro e Mangalarga Marchador. Maior índice de diversidade gênica foi observado na raça Pantaneiro (0,3396). No dendrograma gerado pelo método UPGMA, a partir da matriz de similaridade obtida pelo coeficiente de Jaccard, houve distinção entre as raças naturalizadas (Pantaneiro e Mangalarga Marchador) e as exóticas (Árabe e PSI). Os resultados encontrados sugerem que o Pantaneiro apresenta maior variabilidade genética que os de outras raças e está estreitamente relacionado ao Mangalarga Marchador.Blood samples were collected from Pantaneiro Horses in five regions of Mato Grosso do Sul and Mato Grosso States. Arabian, Mangalarga Marchador and Thoroughbred were also included to estimate genetic distances and the existing variability among and within these breeds by RAPD-PCR (Random Amplified Polymorphic DNA – Polymerase Chain Reaction) molecular markers. From 146 primers, 13 were chosen for amplification and 44 polymorphic bands were generated. The analysis of molecular variance (AMOVA) indicated that the greatest portion of detected variability was due to differences between individuals within populations (75.47%). Analysis of the genetic variability between pairs of populations presented higher estimates for the five Pantaneiro populations with the Arabian breed, while lowest estimates were presented by pairs formed among the Pantaneiro populations with the Mangalarga Marchador. Highest genic diversity was shown by the Pantaneiro (0.3396), which also showed highest genetic distance with the Arabian and lowest with Mangalarga Marchador breed. UPGMA dendrogram showed distinct differences between naturalized (Pantaneiro and Mangalarga Marchador) and exotic (Arabian and Thoroughbred) breeds. In the dendrogram generated by UPGMA method, the similarity matrix generated by the Jaccard coefficient showed distinction between the naturalised breeds, Pantaneiro and Mangalarga Marchador, and the exotic breeds, Árab and English Thoroughbred. Results suggest that the Pantaneiro presents a higher genetic variability than the other studied breeds and has a close relationship with the Mangalarga Marchador

Growth curve of locally adapted pantaneiro cows raised under natural conditions

The objective of this study was to use morphometric and ultrasound evaluations to estimate the growth curve of the Pantaneiro cattle breed, raised in its natural habitat, aiming at the re-insertion of this breed in production systems. One hundred and three females, aging from months to 11 years, and raised on native pastures, were evaluated. The animals belonged to the Conservation Nucleus of Embrapa Pantanal, located in the Pantanal of Mato Grosso do Sul (Brazil). Weight, thoracic perimeter (TP), body length (BL), rump height (RH), height at withers (HW), hip height (HH), depth (DP), distance between the ilia (DI) (cm) and rib-eye area (REA) were measured. To relate the measurements with the age of the animals, the univariate regression model was used, assigning the variable response to gamma distribution. The Pearson correlation between variables was also estimated. The inflection point of the growth curve was 37 months for HH; between 38 and 39 months for TP and HW; between 40 and 41 months for DI, HH and DP; and 45 months for BL. The REA results could not fit in a statistical model. The majority of the variables presented a correlation above 60% among themselves, except for REA × Age, of 15.81%; REA × HW, of 34.44%; HH × Age, of 46.19; HH × DI, of 58.07%; REA × HH, of 24.57%; and REA × TP, of 39.9%. The cows showed maturity age at 40 months, which may have occurred because they were raised in natural farming conditions. In Pantaneiro cows reared in extensive systems only on natural pastures, the use of ultrasound is not effective to estimate the curve of muscular development, perhaps because this breed was not selected for weight gain

Genetic variability of buffaloes estimated by RAPD markers

O objetivo deste trabalho foi caracterizar, por meio de marcadores RAPD, dois grupos genéticos de búfalos, Carabao e tipo Baio, que estão sendo conservados in situ, assim como verificar as relações genéticas entre eles e os outros três grupos genéticos de búfalos existentes no Brasil, Murrah, Jafarabadi e Mediterrâneo, considerados raças comerciais. Foram estudados 48 animais de cada grupo, com exceção dos grupos Murrah e Mediterrâneo, com 47 e 42 animais, respectivamente, compreendendo um total de 233 animais. Os 21 iniciadores polimórficos geraram 98 marcadores. A variabilidade genética entre e dentro dos grupos foi estimada em 26,5 e 73,5%, respectivamente, sugerindo divergência significativa entre os cinco grupos genéticos. Na análise entre pares de grupos, foi verificado que a maior e a menor divergência estavam em torno de 40 e 18%, quando se compararam os grupos Carabao x Mediterrâneo e Murrah x Jafarabadi, respectivamente. Entre os grupos Baio e Murrah, a análise revelou divergência genética de 20,42%, indicando que esses grupos são distintos. Os cinco grupos são geneticamente distintos, o que reforça a necessidade de conservação dos grupos genéticos Carabao e Baio, ameaçados de extinção no Brasil.The objective of this work was to characterize genetically, using RAPD markers, two genetic groups of buffalos, Carabao and Baio, which are being conserved in situ, as well as to verify the genetic relationship among them and the other three genetic groups of buffalos raised in Brazil, considered as commercial breeds: Murrah, Jaffarabadi and Mediterrâneo. Forty eight animals of each group were studied, with the exception of the Murrah and Mediterrâneo, in which 47 and 42 animals, respectively, were sampled, comprising a total of 233 animals. The 21 polymorphic primers produced 98 markers. Genetic variability within and between groups was estimated in 26.5 and 73.5%, respectively, suggesting a significant divergence among groups. On the analysis between pairs of groups, the divergence was about 40 and 18%, respectively, when the Carabao x Mediterranâneo and the Murrah x Jaffarabadi were compared. The estimated genetic divergence between Baio and Murrah groups was 20.42%, indicating that they are distinct groups. The five genetic groups are genetically distinct, indicating the need to conserve the Carabao and Baio, two genetic groups in danger of extinction in Brazil