Genetic analysis of resistance traits to Haemonchus contortus in Creole goats

Foram utilizados 5.796 registros de perfis parasitológico (ovos por grama de fezes - OPG) e histológico (contagem de eosinófilos sanguíneos – EOSI; e volume globular - VG), para obtenção da resposta à resistência ao parasitismo Haemonchus contortus ao longo do tempo, oriundos de 138 caprinos da raça Crioula com idades variando de 173 a 307 dias, pertencentes a empresa francesa INRA (Institut National de Recherche Agronomique) na Unité de Recherches Zootechniques (URZ) localizada em Guadalupe (Antilhas Francesa), coletados no período de 2009 a 2013. A primeira análise destes dados foi contrastar diferentes modelos estatísticos (repetibilidade - REP; e regressão aleatória - MRA) para uma avaliação genética relacionada à resistência de caprinos Crioulos infectados artificialmente com 10.000 larvas L3 de Haemonchus contortus, em 2 etapas (Desafio 1 - correspondente à imunização do animal ao parasita; e Desafio 2 - correspondente à resposta da imunização adquirida pelo animal após a primeira infecção artificial) e observados durante 56 dias. Para o MRA o ajuste ocorreu por meio de funções polinomiais de Legendre para a curva fixa (kf), efeito genético aditivo (ka) e de ambiente permanente (kp) considerando as ordens dois (função linear) e três (função quadrática) para descrever as estruturas de (co)variâncias em função do tempo. Por meio do software WOMBAT, os modelos (REP e MRA) foram comparados pelos critérios de informação de Akaike (AIC) e Bayesiano de Schwarz (BIC). Estes avaliadores de qualidade destacou no Desafio 1, os seguintes MRA com as ordens: 3,2,3 para OPG; 3,3,2 para EOSI e 2,2,3 para VG como sendo os mais plausíveis para descrever geneticamente a curva de resistência de caprinos Crioulos inoculados com Haemonchus contortus. Já para o Desafio 2, os MRA com as ordens: 3,2,3; 3,2,2 e 3,3, respectivamente para as características OPG, EOSI e VG foram ressaltado para a mesma finalidade. Na segunda análise destes dados para ambos os Desafios (1 e 2) foi realizada a identificação de genes associados aos mecanismos de resistência em caprinos Crioulos ao Haemonchus contortus, por meio um Estudo de Associação Genômica Ampla (Genome-Wide Association Study - GWAS) para contagem de ovos por grama de fezes (OPG). Todos os animais avaliados neste estudo foram genotipados utilizando o chip Illumina goat SNP50 BeadChip (Illumina Inc. San Diego, CA) contendo 53.347 SNPs (Single Nucleotide Polymorphism ou polimorfismo de nucleotídeos de base única). E após o controle de qualidade, os genótipos de todos os indivíduos passaram a ter 46.643 SNPs, onde foram incluídos no GWAS. As associações que mostraram significativas foram identificadas através de modelos lineares mistos e ajustados separadamente para cada Desafios (1 e 2) utilizando a função GWAS do pacote rrBLUP do software R. No Desafio 1 foram encontrados sete SNPs (no cromossomo 4, 6, 11 e 17) e no Desafio 2 foram reportados cinco SNPs (nos cromossomos 3, 8, 9 e 24). A anotação dos genes candidatos foi realizada nas posições destes marcadores significativos, onde o principal cromossomo em termos de número de genes anotados foi o seis (Desafio 1) e o oito (Desafio 2) para a característica de interesse OPG. Uma vez que a infecção de Haemonchus contortus provoca danos graves no intestino em animais infectados, resultando num processo de inflamação e também a perda de sangue (ou anemia), o uso destes genes anotados é grande importância, pois os mesmos podem ser analisados sob um ponto de vista para uma resposta imunológica integrada.A total of 5.796 records of parasitological (fecal eggs count - FEC) and histological (counting blood eosinophils - EOSI, and packed cell volume - PCV) profiles were used to study the genetic resistance to Haemonchus contortus parasitism in Creole goats belonging to French company INRA (Institut National de Recherche Agronomique) in Unité de Recherches Zootechniques (URZ) located in Guadeloupe (French West Indies). The datasets were collected in the period between 2009 to 2013. The first analysis consisted in comparing statistical models (repeatability - REP, and random regression - MRA) for genetic evaluation related to the resistance of Creole goats artificially infected with 10.000 larvae L3 of Haemonchus contortus. The infection occurred in 2 steps (Challenge 1 - corresponding to the immunization of the animal to the parasite; and Challenge 2 - corresponding to the immunization response acquired by the animal after the first artificial infection). The MRA were fitted by Legendre polynomials assumed to the fixed curve (kf), additive genetic effect (ka) and permanent environmental (kp) considering the two orders (linear function) and three (quadratic function) to describe the structures of (co) variance as a function of time. The analyses were performed by using WOMBAT software, being the models compared through Akaike Information (AIC) and Bayesian Schwarz (BIC) Criteria. For Challenge 1, the following MRA with orders: 3,2,3 for FEC; 3,3,2 for EOSI e 2,2,3 for PCV were the most plausible to describe genetic variation in goats in relation to the resistance to Haemonchus contortus. For Challenge 2, the MRA with orders: 3,2,3; 3,2,2 e 3,3, respectively for the characteristics FEC, EOSI e PCV, presented the best fitting. The second analysis was performed to identify genes associated with resistance mechanisms in the Creole goats to Haemonchus contortus through Genome-Wide Association Study (GWAS) for fecal eggs count (FEC). All animals in this study were genotyped using the chip Illumina goat SNP50 BeadChip (Illumina Inc. San Diego, CA) containing 53,347 SNPs (Single Nucleotide Polymorphism). Significant associations were identified by linear mixed models fitted separately for each Challenges (1 and 2) using the function rrBLUP of R software. At Challenge 1 were found seven significant SNPs (on chromosome 4, 6, 11 and 17); and at Challenge 2 were reported five significant SNPs (on chromosomes 3, 8, 9 and 24). Candidate gene annotation study was performed in the positions of these significant markers. Chromosome 6 was the most relevant in terms of the number of annotated genes, since a total of six (Challenge 1) and eight (2 Challenge) genes were associated to FEC. These genes are related to inflammation process and loss of blood (or anemia), which are symptoms of Haemonchus contortus infection. These identified genes can be submitted to future studies aiming to elucidate the integrated immune response to this parasitism.Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerai