Genomics tools applied to conservation and use of animal genetic resources

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Agronomia e Medicina Veterinária, 2018.A genotípagem de grande número de polimorfismos de nucleotídeo único (SNP) nas espécies de animais domésticos de produção abre novas frentes de investigação e distintas formas de compreensão dos recursos genéticos animais. Tais ferramentas podem auxiliar na geração de conhecimento básico das raças existentes, diminuindo as lacunas de informação existentes, como é o caso dos países da América do Sul. O objetivo geral deste trabalho foi ampliar a caracterização dos recursos genéticos disponíveis, principalmente em Bancos Genéticos governamentais, utilizando a disponibilidade de vasta quantidade de dados genômicos de ovinos, bovinos e caprinos. Dessa forma, os estudos se concentraram em: identificar a origem e estrutura das populações; avaliar a composição e distribuição genética de raças compostas/sintéticas; identificar assinaturas de seleção e validar marcadores para certificação racial. Inicialmente, realizou-se revisão de literatura sobre os métodos estatísticos e os softwares disponíveis para análise de dados genômicos e detecção de assinaturas de seleção. Posteriormente, foram realizados diferentes estudos com milhares de marcadores SNP envolvendo diferentes raças/populações de bovinos, ovinos e caprinos. No primeiro estudo, avaliou-se a arquitetura genética ao longo de gerações em uma raça composta (Brangus) oriunda do cruzamento das duas subespécies de bovinos (Bos taurus taurus e Bos taurus indicus). Este estudo mostrou como as pressões evolutivas (seleção, deriva e complementariedade) podem agir para selecionar os haplótipos favoráveis vindo das raças ftmdadoras e contribuir para a estrutura genética da nova raça composta formada. O segundo estudo testou a existência de estrutura de população, eventos de introgressão e diversidade genética das raças de ovinos deslanados brasileiros. Os recursos genéticos de ovinos brasileiros apresentam uma constituição genética única quando comparados com raças de outros países, mas com intenso fluxo gênico entre as raças brasileiras. A raça Somalis Brasileira é uma exceção a esse padrão pois apresentou nítida semelhança genética com raças do leste africano. As raças Somalis e Rabo Largo devem ser priorizadas nos esforços de conservação de recursos genéticos. O terceiro estudo buscou caracterizar a diversidade genética e assinaturas de seleção em caprinos no continente Americano. Neste, observou-se que o conceito de raça, particularmente entre as raças nacionais, não é uma unidade genética adequada para caracterização das populações de caprinos. Em geral, os caprinos no continente Americano possuem importante diversidade genética que pode ser usada para seleção focada em produtos específicos e promover adaptação ao ambiente. Por fim, foi realizada a validação de um painel de 18 marcadores SNP com potencial para certificação das raças ovinas brasileiras (Crioula Brasileira, Morada Nova e Santa Inês). Apesar do painel ter apresentado confiabilidade elevada, este não foi suficiente para a inequívoca certificação das raças estudadas, principalmente entre as deslanadas. Os métodos, processos evolutivos e raças estudadas na presente tese representam importante avanço para aperfeiçoar programas de conservação de recursos genéticos bem como auxiliar a implementação e/ou otimização de programas de melhoramento genético.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).The genotyping with several single nucleotide polymorphism (SNP) in livestock provide new insights in research with animal genetic resources. These tools can help in development of basic knowledge about the present breeds, decreasing the existing lacuna of information, as is the case of South America. The broad objective of this study was to increase the characterization of the available genetic resources, mainly in national genbanks, using the great amount of genomic data available in sheep, cattle and goats. Thus, we aimed to identify the origin and structure of populations, to evaluate the breed composition and distribution in composite breeds, to identify selection signatures and to validate markers for breed certification. Initially, we realized a literature review about statistical methods and softwares available for genomic data analysis and detection of selection signatures. After, we performed several studies with thousands of SNP markers involving different breeds/populations of cattle, sheep and goat. In the first study, the genetic architecture of a composite breed (Brangus), which is a crossbred firom tow subspecies of bovine (Bos taurus taurus and Bos taurus indicus) was evaluated throughout several generations. This study showed how the evolutionary pressure (selection, drifit, and complementarity) could act to select the favorable haplotypes from the founder breeds and shape the genetic structure of the new composite breed. The second study evaluated the population structure, introgression events and genetic diversity of the Brazilian hair sheep breeds. The Brazilian sheep genetic resources had a unique genetic background when compared to breeds from other countries, but with intense gene flow between them. The Brazilian Somali breed is an exception in this pattem because they had clear linkage with West African breeds. Brazilian Somali and Fat-tail breeds should be prioritized in conservation efforts. The third study characterized the genetic diversity and the selection signatures in goats in Américas. Our findings suggested the concept of breed, particularly among national breeds, is not a meaningíul way to characterize goat populations. In general, goats in the Américas have substantial genetic diversity to use in selection and promote environmental adaptation or product driven specialization. Lastly, a validation of the 18 SNP panei to breed certification of Brazilian sheep breeds (Brazilian Creole, Morada Nova and Santa Inês). Although the high reliability of this subset of 18 SNPs, it was not enough for unequivocal assignment of the studied breeds, mainly the hair breeds. The methods, evolutionary process and breeds studied in the present work represent an important step forward in improving programs of animal genetic resources conservation as well as to support the implementation and/or optimization of animal breeding programs