Reconstrução de pedigree com uso de SNPs comuns a diferentes chips comerciais em Gir Leiteiro

Abstract

Objetivou-se eleger um painel reprodutível e preciso para teste de paternidade em bovinos Gir Leiteiro, usando marcadores SNP comuns a diferentes chips comerciais. Foram utilizados dados genotípicos de 16.205 animais, provenientes de quatro diferentes chips comerciais para bovinos, sendo utilizados para análise apenas os 1.810 marcadores comuns a eles. O pedigree foi reconstruído com o método de Razão de Verossimilhança e uma probabilidade de confiança foi obtida. Houve 8.799 atribuições de paternidade completas (pai e mãe), 15.066 somente de pai e 9.238 somente de mãe, todas com confianças superiores a 99,995%. Com essa metodologia foi possível a identificação de paternidades que não constavam no pedigree de referência. O painel mostrou-se satisfatório para a reconstrução de pedigree, logo, recomenda-se o uso do mesmo para testes de paternidade em bovinos Gir Leiteiro.

Full text

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XIV Simpósio Brasileiro de Melhoramento Animal
Santa Catarina, Brasil –18 a 19 de Outubro de 2021
2021
Reconstrução de pedigree com uso de SNPs comuns a diferentes chips comerciais em Gir Leiteiro
Arielly Oliveira Garcia1*, Mateus Guimarães dos Santos1, Renata de Fátima Bretanha Rocha1,
Layla Cristien de Cássia Miranda Dias1, Arícia Chaves Zanetti Reis1, Pamela Itajara Otto2, Julia
Cristine Dias Louzada1, Luiz Afonso Glatzl Júnior3, João Claudio do Carmo Panetto4, Marcos
Vinícius Gualberto Barbosa da Silva4, Marco Antonio Machado4, Simone Eliza Facioni Guimarães1
1Departamento de Zootecnia, Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, MG, Brasil.
2Departamento de Zootecnia, Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, RS, Brasil.
3Departamento de Ciência da Computação, Universidade Federal de Juiz de Fora, Juiz de Fora, MG, Brasil.
4Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária – Embrapa Gado de Leite, Juiz de Fora, MG, Brasil.
*Autor correspondente: ariellyogarcia@gmail.com
Resumo: Objetivou-se eleger um painel reprodutível e preciso para teste de paternidade em bovinos Gir
Leiteiro, usando marcadores SNP comuns a diferentes chips comerciais. Foram utilizados dados
genotípicos de 16.205 animais, provenientes de quatro diferentes chips comerciais para bovinos, sendo
utilizados para análise apenas os 1.810 marcadores comuns a eles. O pedigree foi reconstruído com o
método de Razão de Verossimilhança e uma probabilidade de confiança foi obtida. Houve 8.799 atribuições
de paternidade completas (pai e mãe), 15.066 somente de pai e 9.238 somente de mãe, todas com confianças
superiores a 99,995%. Com essa metodologia foi possível a identificação de paternidades que não
constavam no pedigree de referência. O painel mostrou-se satisfatório para a reconstrução de pedigree,
logo, recomenda-se o uso do mesmo para testes de paternidade em bovinos Gir Leiteiro.
Palavras–chave: atribuição de paternidade, bovinos leiteiros, probabilidade, pacote sequoia, raça zebuína.
Pedigree reconstruction using SNPs common to different commercial chips in dairy Gir
Abstract: The aim was to elect a reproducible and accurate panel for parentage testing in dairy Gir cattle,
using SNP markers common to different bovine commercial chips. Genotypic data from 16,205 animals,
obtained with the use of four different commercial chips, considering only the 1,810 common markers,
were used in the analysis. The pedigree was reconstructed using the Likelihood Ratio method and a
confidence probability was obtained. There were 8,799 attributions for pair of parents, 15,066 for sires and
9,238 for dams, all with a confidence greater than 99.995%. The methodology allowed the assignment of
parentages, which were not previously included in the reference pedigree. The obtained panel proved to be
satisfactory for pedigree reconstruction. Therefore, the use of this panel for parentage testing in dairy Gir
cattle is recommend.
Keywords: dairy cattle, indicine breed, parentage assignment, probability, sequoia package.
Introdução
No melhoramento genético animal, a seleção dos animais que serão utilizados para a reprodução é
realizada com base no valor genético (VG) dos mesmos. O VG é predito com base nas informações
fenotípicas do próprio animal e de seus parentes por meio do melhor preditor linear não viesado (BLUP),
via equações de modelos mistos, que utiliza a matriz de parentesco entre os animais, obtida por meio dos
registros genealógicos da raça. No entanto, muitas vezes o BLUP não é utilizado com sua máxima eficiência
possível devido aos erros de anotação do pedigree. Além disso, informações completas e confiáveis sobre
a genealogia são necessárias para o cálculo do ganho genético ou outras informações referentes a
determinada população. Segundo Ron et al. (1996), erros de paternidade em arquivos de genealogia de
bovinos podem chegar a 30%, impactando negativamente a acurácia de predição dos VGs e do ganho
genético. Ademais, informações sobre a genealogia são indispensáveis para o estudo de características
complexas, como doenças, defeitos genéticos e mortalidade.
Marcadores de DNA têm se mostrado úteis na verificação das informações dos registros de pedigree
tradicional e na identificação dos pais desconhecidos, caracterizando assim a verificação e a atribuição de

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paternidade, respectivamente. Como se sabe, os marcadores genéticos detectam polimorfismos, podendo
variar segundo a espécie, a subespécie e, ainda, entre raças. Dessa forma, o ideal seria que cada raça
possuísse seu próprio painel de marcadores para testes de paternidade, permitindo a utilização de
marcadores realmente informativos, o que tornaria as análises mais precisas.
No passado, os marcadores microssatélites foram intensivamente utilizados para teste de
paternidade, mas com a popularização, facilidade e automação, um marcador que tem se difundido cada
vez mais é o Polimorfismo de Nucleotídeo Único (SNP). Dada a crescente aplicação destes marcadores em
diferentes áreas do melhoramento animal, a Sociedade Internacional de Genética Animal (ISAG)
desenvolveu, em 2013, um painel específico para o teste, compostos por 200 marcadores do tipo SNP,
sendo 100 voltados para raças taurinas e 100 para raças zebuínas e cruzadas (ISAG200).
Desta forma, nosso objetivo com este estudo foi eleger um painel reprodutível e preciso para
atribuição de paternidades, usando marcadores SNP presentes em diferentes chips comerciais, e comparar
o pedigree reconstruído com aquele obtido a partir dos registros genealógicos em bovinos Gir Leiteiro.
Material e Métodos
Foram utilizados os dados genotípicos e genealógicos de 16.983 animais da raça Gir, nascidos entre
1960 e 2020, participantes do Programa Nacional de Melhoramento do Gir Leiteiro (PNMGL), que tem a
coordenação técnica da Embrapa Gado de Leite. Os genótipos foram obtidos a partir de quatro chips
comerciais diferentes, sendo: 597 animais genotipados com Bovine HD BeadChip (Illumina), 11.207
animais com o GGPi-35K (GeneSeek® Genomic Profiler™ indicus), 3.653 animais com o BovineSNP50
da Illumina e 1.526 animais genotipados com o chip Bovine GeneSeek® Genomic Profiler-LD chip (GGP
Bovine LD v4), contendo mais de 26.000 SNP. Pelos critérios de controle de qualidade foram excluídos
amostras e marcadores com call rate inferiores a 0,90 e marcadores com GC score médio inferior a 0,70,
além daqueles monomórficos, não autossomos, com desvios significativos (p<10-6) do equilíbrio de Hardy-
Weinberg ou marcadores próximos, com desequilíbrio de ligação (r²) maior que 0,20. Após o controle de
qualidade restaram 16.205 animais, sendo 14.458 fêmeas e 1.747 machos, e 1.810 marcadores comuns aos
quatro chips.
O pedigree foi reconstruído pelo método de Razão de Verossimilhança utilizando o pacote sequoia
(Huisman, 2017) disponível no software R, que calcula a probabilidade do genótipo da progênie dados os
genótipos dos pais candidatos, em relação à probabilidade de se observar o genótipo na população ao acaso.
Inicialmente, verificou-se uma série de etapas de filtragem a fim de reduzir o tempo e o trabalho
computacional. Por fim, as atribuições foram feitas com base nos seguintes critérios: i. um indivíduo não
pode ser seu próprio ancestral; ii. os ancestrais nascem antes de seus descendentes; iii. os dois pais de um
indivíduo são de sexo oposto; iv. a paternidade é atribuída ao indivíduo com o valor mais alto do logaritmo
da razão de verossimilhança.
No caso de populações com um pedigree bem estabelecido, é possível obter uma estimativa da
probabilidade de confiança utilizando um pedigree de referência. O pedigree de referência utilizado aqui
foi disponibilizado pela Associação Brasileira de Criadores de Zebu (ABCZ), com verificação prévia das
paternidades, por meio da contagem de conflitos Mendelianos entre pais e filhos. O número máximo de
conflitos entre marcadores foi definido como 1,0% e animais com incompatibilidades superiores a esta
tiveram sua informação de ascendência removida do pedigree de referência. A probabilidade de confiança,
obtida por meio de dez simulações, foi considerada como o número de atribuições corretas (que coincidiram
com o pedigree de referência), dividido por todas as atribuições feitas nos pedigrees simulados.
Resultados e Discussão
Do painel indicado pela ISAG para testes de paternidade em bovinos, contendo 200 marcadores
SNP, apenas 61 marcadores (30,5%) foram polimórficos e informativos no Gir Leiteiro, representando
apenas 3,37% do nosso painel. A ISAG (2012) recomenda o uso de pelo menos 100 dos seus marcadores.
O resultado encontrado aqui sugere que, embora já se possua um painel estabelecido, este pode não ser
totalmente representativo para todas as raças de bovinos.
Quanto a comparação do pedigrees inferido em relação ao de referência, foi possível atribuir 15.066
pais, sendo que 13.453 deles (89,29%) foram coincidentes entre os dois pedigrees. A metodologia foi capaz
de atribuir 1.612 paternidades que não constavam no pedigree de referência e deixou de atribuir seis

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paternidades que só constaram no pedigree de referência. Nesta categoria, houve apenas um caso de
incoincidência, em que as informações não foram correspondentes nos dois pedigrees.
Em relação às fêmeas, foram atribuídas 9.238 mães, sendo 8.049 (87,13%) delas coincidentes entre
os dois pedigrees. Constavam no pedigree de referência 8.051 informações, ou seja, duas destas fêmeas não
conseguiram ser inferidas pela metodologia utilizada. Inferiu-se 1.189 informações de maternidade que não
constavam no pedigree de referência. Para esta categoria não houve informações não correspondentes.
Para os pares de pais, foram realizadas 8.799 atribuições, em que 7.042 (80,03%) coincidiram entre
os pedigrees inferido e de referência. O pedigree de referência continha informações de 3 trios em que pelo
menos um dos pais não foi inferido pelo método de verossimilhança. Em compensação, o método conseguiu
atribuir 1.757 novas informações de pai-progênie-mãe. Assim como na categoria de fêmeas, não se
observou qualquer incoincidência entre os dois pedigrees.
O resumo da comparação entre os pedigrees, de referência e inferido, bem como a quantidade e o
percentual de informações neles contidas, são apresentados na Tabela 1.
Tabela 1. Comparação entre o pedigree de referência (Ref) e inferido (Inf), informações totais (Info)
contidas no pedigree de referência e inferido para os 16.205 animais Gir.
Categorias
Comparação de Pedigrees
Total de Informações
Ref
Inf
aCor.
bNão Cor.
InfoRef
InfoInf
%InfoRef
%InfoInf
Pai-Progênie
6
1.612
13.453
1
13.460
15.066
83,06
92,97
Mãe-Progênie
2
1.189
8.049
0
8.051
9.238
49,68
57,01
Par de pais
3
1.757
7.042
0
7.045
8.799
43,47
54,30
aCor.: Corresponde; bNão Cor.: Não corresponde.
Maior número de informações no pedigree reconstruído em relação aos 16.205 animais avaliados
foi observado, onde este apresentou porcentagens de informação iguais a 92,97%, 57,01% e 54,30% para
as categorias pai-progênie, mãe-progênie e pai-progênie-mãe, respectivamente. Isso pode ter acontecido
porque, quando há grande número de descendentes e, ou, ascendentes genotipados, a abordagem da razão
de verossimilhança forma grupos de indivíduos genotipados (pais e, ou, progênies) para obtenção de
informações sobre o genótipo de indivíduos que não foram genotipados.
Cada probabilidade de confiança foi calculada separadamente, para categoria de pais, mães e pares
de pais. Neste estudo, os valores de probabilidade de confiança foram iguais a 99,9980% para pais,
99,9956% para mães, e 99,9970% para pares de pais.
Conclusão
O painel com 1.810 SNPs mostrou-se satisfatório para reconstrução do pedigree no Gir Leiteiro. A
metodologia atribuiu paternidades que não constavam no pedigree de referência, resultando no aumento da
profundidade do mesmo. Portanto, recomenda-se o uso deste painel para testes de paternidade na raça.
Agradecimentos
Ao Centro de Pesquisa em Informática Agropecuária da Embrapa, à Associação Brasileira de
Criadores de Gir Leiteiro, à Associação Brasileira dos Criadores de Zebu, à Coordenação de
Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior, à Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas
Gerais e ao Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Ciência Animal pelo suporte financeiro e técnico.
Literatura citada
Huisman, J. 2017. Pedigree reconstruction from SNP data: parentage assignment, sibship clustering and
beyond. Molecular Ecology Resources, 17, 1009–1024.
International Society for Animal Genetics (ISAG). 2012. Cattle Molecular Markers and Parentage
Testing Committee. Disponível em: http://www.isag.us/committees.asp?autotry=true&ULnotkn=true.
Acesso em: 10 de fevereiro de 2021.
Ron, M.; Blanc, Y.; Band, M.; Ezra, E. & Weller, J.I. 1996. Misidentification rate in the Israeli dairy cattle
population and its implications for genetic improvement. Journal of Dairy Science, 79, 676–681.