Phenotypic and genomic analysis of the number of oocytes and embryos of the Gir breed
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Data
2023-11-27
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Universidade Federal de Viçosa
Resumo
Gir Dairy cattle, a zebu breed (Bos primigenius indicus), are predominant in Brazilian herds due to their tolerance to tropical climate conditions and good milk production. Zebu animals are also more efficient in retrieving oocytes and, consequently, in producing embryos in vitro than taurine cattle (Bos primigenius taurus). In this context, our objectives were (i): to obtain genetic parameters for the number of total (TO) and viable oocytes (VO) and the number of embryos (EMBR) of the Gir breed; (ii): to verify the profile of runs of homozygosity (ROH) and inbreeding depression over TO, VO, and EMBR of the Gir breed and identify signatures of selection, genes, and enriched regions between Gir subpopulations sorted by breeding value for these traits; (iii): to identify genomic regions, genes, and biological processes associated with TO, VO, and EMBR in Gir dairy cattle; (iv): to verify the inheritance of genomic regions and genes associated with TO, VO, and EMBR based on a daughter design approach; (v): to identify the parental origin of the alleles, through genomic imprinting, affecting TO, VO, and EMBR of the Dairy Gir. As results, heritability was moderate for TO and VO, and low for EMBR; repeatability estimates were moderate for all traits; genetic correlations were high; and phenotypic correlations ranged from moderate to high among all traits. All these results suggested that the selection of Gir donors for total oocyte production can be done preferably at younger ages, which might lead to an increase in the number of viable oocytes and embryos obtained and hasten genetic progress. The ROH profile indicates ancient inbreeding in this Gir population. General ROH-based inbreeding had a negative effect on the studied traits, which is important to consider when selecting animals for reproduction in order to avoid inbreeding depression events. From GWAS analyses, we have that ARNT, EGR1, HIF1A, AHR and PAX2 genes are good markers for the production of oocytes and embryos in Gir cattle. Results for a daughter design approach indicated that genomic inheritance is similar between families, especially between TO and VO traits, which is consistent with previous results of high genetic correlation between these traits. Also, genomic regions located on BTA7 between 82974837 and 83997563 base pairs proved to be the most common across families, where genes with oocyte maturation and embryo development related-functions were identified. Parental origin analysis results showed complete paternal imprinting effects affecting TO. Our results contribute new knowledge about oocyte and embryo production for Brazilian livestock, highlighting the importance of studying reproductive traits in cattle. Our findings contribute to the genetic improvement of the Gir breed and direct future research into gene expression and/or omics that may address the traits studied in this work. Keywords: Dairy cattle. Family analysis. GWAS. Imprinting. ROH. Signatures of selection
O gado Gir Leiteiro, raça zebuína (Bos primigenius indicus), é predominante nos rebanhos brasileiros por sua tolerância a condições de clima tropical e boa produção de leite. Os animais zebuínos também são mais eficientes na recuperação de oócitos e, consequentemente, na produção de embriões in vitro do que os bovinos taurinos (Bos primigenius taurus). Nesse contexto, nossos objetivos foram (i): obter os parâmetros genéticos para número de oócitos totais (TO) e viáveis (VO) e número de embriões (EMBR) na raça Gir; (ii): verificar o perfil de corridas do homozigose (ROH) e depressão endogâmica sobre TO, VO e EMBR na raça Gir e identificar assinaturas de seleção, genes e regiões enriquecidas entre subpopulações de Gir classificadas por valor genético para essas características; (iii): identificar regiões genômicas, genes e processos biológicos associados a TO, VO e EMBR em bovinos Gir leiteiro; (iv): verificar a herança de regiões genômicas e genes associados a TO, VO e EMBR com base na abordagem daughter design; (v): identificar a origem parental dos alelos, através de imprintings genômicos, afetando TO, VO e EMBR na raça Gir. Como resultados, a herdabilidade foi moderada para TO e VO e baixa para EMBR; as estimativas de repetibilidade foram moderadas para todas as características; as correlações genéticas foram altas e as correlações fenotípicas variaram de moderadas a altas entre todas as características. Todos esses resultados sugerem que a seleção de doadoras Gir para produção total de oócitos pode ser feita preferencialmente em idades mais jovens, podendo levar ao aumento do número de oócitos viáveis e embriões obtidos e acelerar o progresso genético. O perfil de ROH indica a existência de endogamia antiga nesta população de Gir. A endogamia baseada em ROH geral tem um efeito negativo nas características estudadas, o que é importante considerar ao selecionar animais para reprodução, a fim de evitar eventos de depressão por endogamia. Pelas análises de GWAS, temos que os genes ARNT, EGR1, HIF1A, AHR e PAX2 são bons marcadores para a produção de oócitos e embriões em bovinos Gir. Os resultados da abordagem daughter design indicaram que a herança de marcadores é semelhante entre as famílias, especialmente entre as características TO e VO, o que é consistente com resultados anteriores de alta correlação genética entre essas características. Além disso, as regiões genômicas localizadas no BTA7 entre 82974837 e 83997563 pares de bases provaram ser as mais comumente herdadas entre as famílias, onde foram identificados genes com funções relacionadas à maturação do oócito e desenvolvimento do embrião. Os resultados da análise da origem parental mostraram efeito completo de imprinting paterno afetando TO. Nossos resultados contribuem com novos conhecimentos sobre a produção de oócitos e embriões para a pecuária brasileira, destacando a importância do estudo de características reprodutivas em bovinos. Nossos achados contribuem para o melhoramento genético da raça Gir e direcionam futuras pesquisas sobre expressão gênica e/ou ômicas que possam abordar as características estudadas neste trabalho. Palavras-chave: Análise de famílias. Assinatura de seleção. Gado leiteiro. GWAS. Imprinting. ROH
O gado Gir Leiteiro, raça zebuína (Bos primigenius indicus), é predominante nos rebanhos brasileiros por sua tolerância a condições de clima tropical e boa produção de leite. Os animais zebuínos também são mais eficientes na recuperação de oócitos e, consequentemente, na produção de embriões in vitro do que os bovinos taurinos (Bos primigenius taurus). Nesse contexto, nossos objetivos foram (i): obter os parâmetros genéticos para número de oócitos totais (TO) e viáveis (VO) e número de embriões (EMBR) na raça Gir; (ii): verificar o perfil de corridas do homozigose (ROH) e depressão endogâmica sobre TO, VO e EMBR na raça Gir e identificar assinaturas de seleção, genes e regiões enriquecidas entre subpopulações de Gir classificadas por valor genético para essas características; (iii): identificar regiões genômicas, genes e processos biológicos associados a TO, VO e EMBR em bovinos Gir leiteiro; (iv): verificar a herança de regiões genômicas e genes associados a TO, VO e EMBR com base na abordagem daughter design; (v): identificar a origem parental dos alelos, através de imprintings genômicos, afetando TO, VO e EMBR na raça Gir. Como resultados, a herdabilidade foi moderada para TO e VO e baixa para EMBR; as estimativas de repetibilidade foram moderadas para todas as características; as correlações genéticas foram altas e as correlações fenotípicas variaram de moderadas a altas entre todas as características. Todos esses resultados sugerem que a seleção de doadoras Gir para produção total de oócitos pode ser feita preferencialmente em idades mais jovens, podendo levar ao aumento do número de oócitos viáveis e embriões obtidos e acelerar o progresso genético. O perfil de ROH indica a existência de endogamia antiga nesta população de Gir. A endogamia baseada em ROH geral tem um efeito negativo nas características estudadas, o que é importante considerar ao selecionar animais para reprodução, a fim de evitar eventos de depressão por endogamia. Pelas análises de GWAS, temos que os genes ARNT, EGR1, HIF1A, AHR e PAX2 são bons marcadores para a produção de oócitos e embriões em bovinos Gir. Os resultados da abordagem daughter design indicaram que a herança de marcadores é semelhante entre as famílias, especialmente entre as características TO e VO, o que é consistente com resultados anteriores de alta correlação genética entre essas características. Além disso, as regiões genômicas localizadas no BTA7 entre 82974837 e 83997563 pares de bases provaram ser as mais comumente herdadas entre as famílias, onde foram identificados genes com funções relacionadas à maturação do oócito e desenvolvimento do embrião. Os resultados da análise da origem parental mostraram efeito completo de imprinting paterno afetando TO. Nossos resultados contribuem com novos conhecimentos sobre a produção de oócitos e embriões para a pecuária brasileira, destacando a importância do estudo de características reprodutivas em bovinos. Nossos achados contribuem para o melhoramento genético da raça Gir e direcionam futuras pesquisas sobre expressão gênica e/ou ômicas que possam abordar as características estudadas neste trabalho. Palavras-chave: Análise de famílias. Assinatura de seleção. Gado leiteiro. GWAS. Imprinting. ROH
Descrição
Palavras-chave
Gir (Bovino), Bovinos de leite - Melhoramento genético, Bovinos de leite - Seleção, Polimorfismo de nucleotídeo único, Marcadores genéticos, Depressão por endogamia
Citação
ROCHA, Renata de Fátima Bretanha. Phenotypic and genomic analysis of the number of oocytes and embryos of the Gir breed. 2023. 345 f. Tese (Doutorado em Zootecnia) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa. 2023.