Genetic drift and traditional selection methods comparison and associated to molecular markers

Para avaliar o efeito da oscilação genética em populações sob seleção com diferentes tamanhos efetivos e comparar a seleção utilizando os valores genéticos preditos pelo BLUP Clássico, que utiliza matriz de parentesco calculada através dos coeficientes de parentesco, e o BLUP Marcadores, que utiliza matriz de similaridade genética calculada por meio de marcadores moleculares, foram simulados dados utilizando-se o programa GENESYS. A partir de um genoma de 2000 centimorgans de comprimento, constituído por 15 pares de cromossomos autossômicos, com 200 locos quantitativos polialélicos (8 alelos), e permitindo apenas efeitos aditivos dos genes, simulou-se uma população-base, com uma única característica quantitativa com herdabilidade 0,10. A partir desta população foi construída uma população inicial e em seguida foram formadas as populações de seleção, num total de seis, correspondendo a dois tamanhos efetivos de população (18,18 e 66,66) e três sistemas de acasalamento dos reprodutores selecionados para reprodução (Reprodutores Acasalados Aleatoriamente, Exclusão de Irmãos Completos e Exclusão de Irmãos Completos e Meio-Irmãos). A seleção foi praticada durante 20 gerações consecutivas, com base na Seleção Individual (SI), nos valores genéticos preditos pelo BLUP Clássico (BLUP) e pelo BLUP Marcadores (BLUPM) com 1, 10 e 30 repetições. Para se obter a matriz de similaridade genética utilizada no BLUP Marcadores foram usados 100 marcadores moleculares do tipo microssatélite (SSR – Simple Sequence Repeat), por meio de um coeficiente de similaridade correspondente à distância euclideana média para dados quantitativos. Para avaliar os efeitos da oscilação genética, nas diferentes estruturas de populações sob seleção, utilizou-se o valor fenotípico nos diferentes tamanhos efetivos, número de repetições e sistemas de acasalamento. Já para comparar os diferentes métodos de seleção utilizou-se apenas as populações com tamanho efetivo de 66,66 e média de 30 repetições, avaliando-se os seguintes parâmetros: valor fenotípico médio, endogamia média, perdas e ganhos pela fixação de alelos desfavoráveis e favoráveis, variância genética aditiva e limite da seleção. Observou-se grande variação nos valores fenotípicos obtidos pelos métodos ao longo das 20 gerações de seleção em função da oscilação genética, principalmente para a seleção baseada nos valores genéticos preditos pelo BLUP e BLUPM, e para as populações com tamanho efetivo menor (18,18). Este fato sugere que em programas de melhoramento, independente do método de seleção, os resultados são grandemente influenciados pela oscilação genética, que é responsável por grandes variações nos ganhos genéticos, e que em estudos de comparação de metodologias de seleção, utilizando simulação, deve-se trabalhar com a média de grande número de repetições. No estudo de comparação dos métodos de seleção, observou-se que os ganhos obtidos ao longo das 20 gerações de seleção foi maior para o BLUP em relação ao BLUPM, e este foi superior à SI. Entretanto, quando se considerou o ganho obtido apenas nas cinco primeiras gerações, o BLUPM apresentou ganhos semelhantes ao BLUP e estes superiores à SI. A fixação de alelos aumentou ao longo das 20 gerações, independente do método de seleção, provocando aumento da endogamia, redução na variância genética aditiva e redução no limite da seleção. A SI levou a menores taxas de fixação de alelos e o BLUPM e o BLUP foram os que apresentaram maiores taxas de fixação de alelos. A partir da sexta geração o BLUPM passou a fixar mais alelos desfavoráveis que o BLUP, prejudicando sua eficiência em promover ganhos genéticos. Os diferentes sistemas de acasalamento dos reprodutores selecionados não levaram a grandes diferenças em ganho genético para os métodos baseados no BLUP ao longo das 20 gerações de seleção. Com relação à endogamia média, os sistemas que excluem o acasalamento entre irmãos, ou seja, os tipos de acasalamento de mínimo parentesco, proporcionaram menores taxas.Data were simulated using Genesys program to evaluate genetic drift effects on populations under selection with different effective sizes and to compare selection using genetic values predicted by classical BLUP, and BLUP markers that utilizes genetic similarity matrix calculated by molecular markers. It was simulated a one trait base population, considering only additive gene effects, with heritability value of 0,10, from a 2000 centimorgans length genome constituted by 15 pairs of autosomic chomosomes, with 200 polialelic quantitative loci (8 alleles) . Fom this population it was built na initial population and then, six selection populations with two effective population sizes (18,8 and 66,66) and three different mating systems for selected bulls: random mating, full sibs excluded, half-sibs excluded.Selection was practised for 20 generations based on individual selection (IS), on predicted genetic values (BLUP) and on BLUP markers (BLUPM), with 1, 10 and 30 replicates.The similarity genetic matrix was obtained by considering 100 molecular markers of microsatelite type (SSR – Simple Sequence Repeat), through a similarity coefficient correspondent to an average euclydiane distance for quantitative traits. To evaluate genetic drift effects in the different population structures under selection, it was used the phenotypic values in the different effective sizes, replicate numbers and mating systems. To compare different selection methods, only effective populations size of 66,66 and an average of 30 replicates were used. The following parameters were estimated: average phenotypic value, average inbreeding, gains and losses due to fixation of favorable and unfavorable alleles, additive genetic variance and selection limit. For 20 generations, it was observed, due to genetic drift, a great difference in phenotypic values obtained by the three different methods, mainly for selection based on breeding values predicted by BLUP and BLUPM, and for populations with smaller effective size (18,18). This suggests that in genetic improvement programs, independent of selection methods, genetic drift effects are important and that when comparing selection methodologies by simulated data the average of a great number of replicates must be used. In the selection method comparison it was observed that genetic gains, in twenty generations of selection, were greater for BLUP than for BLUPM and this one was superior to IS. BLUP and BLUPM had similar gains when it was considered only the fisrt five generations of selection. Alleles fixation increased along the twenty generations no matter which selection method was considered, resulting in an increased inbreeding, a reduction in the additive genetic variance and in the selection limit. Individual selection presented the smallest rates of allele fixation. From the sixth generation on, more unfavorable alleles were fixed by BLUPM than by BLUP, decreasing its efficiency in promoting genetic gains. When selection was based on BLUP, in 20 generations of selection studied, there were no great differences among the different mating systems. Systems that excluded full sibs matings presented the smallest rates of average inbreeding