Genome scan for genomic regions, lethal haplotypes, and transmission ratio distortions associated with reproductive traits and preweaning mortality in Nellore cattle

Abstract

A eficiência reprodutiva constitui um dos principais desafios da pecuária de corte, uma vez que características reprodutivas e a mortalidade de bezerros no período pré-desmame, apresentam, em geral, baixa herdabilidade, expressão tardia e, em alguns casos, são mensuradas apenas em um dos sexos, o que limita o progresso genético. Nesse contexto, a aplicação de ferramentas genômicas representa uma estratégia promissora para elucidar a arquitetura genética subjacente a essas características e, simultaneamente, mitigar os riscos associados ao aumento da endogamia e à disseminação de variantes deletérias. Assim, o presente trabalho teve como objetivo geral investigar a base genômica de características reprodutivas e de mortalidade pré-desmame em bovinos Nelore, por meio da integração de três abordagens: (i) estudos de associação genômica ampla (GWAS) com anotação funcional, visando identificar regiões genômicas, genes candidatos e vias biológicas relacionadas a fenótipos reprodutivos complexos; (ii) detecção de haplótipos supostamente letais em estado homozigoto e avaliação de seus efeitos sobre o desempenho reprodutivo de portadores heterozigotos; e (iii) caracterização de regiões com distorção na razão de transmissão (TRD), potenciais portadoras de alelos letais ou semi-letais. Os resultados do primeiro estudo evidenciaram regiões genômicas associadas ao sucesso de concepção, à perda gestacional, à natimortalidade e à mortalidade pré-desmame, destacando genes candidatos envolvidos em processos de reprodução, imunidade e metabolismo. O segundo estudo identificou 45 regiões genômicas com ausência de indivíduos portadores de haplótipos homozigotos recessivos, sugerindo a presença de alelos letais influenciando processos associados a reprodução, como a perda embrionária. O terceiro estudo mapeou 1.249 regiões genômicas com sinais de TRD, caracterizadas por desvios de herança mendeliana alélica ou genotípica, dentre as quais 132 foram consideradas potenciais portadoras de alelos letais ou semi-letais, com base no elevado número de progênies sub-representadas. De forma integrada, esses achados fornecem informações que podem ser utilizadas para o aprimoramento de estratégias de seleção genômica voltadas à mitigação de perdas reprodutivas associadas a variantes deletérias, contribuindo para reduzir sua propagação em bovinos Nelore.

Reproductive efficiency is one of the main challenges for beef cattle production, since reproductive traits and pre-weaning calf mortality, generally exhibit low heritability, late expression, and, in some cases, are measured only in one sex, thereby limiting genetic progress. In this context, the application of genomic tools represents a promising strategy to elucidate the genetic architecture underlying these traits while simultaneously mitigating the risks associated with increased inbreeding and the dissemination of deleterious variants. Thus, the present study aimed to investigate the genomic basis of reproductive traits and pre-weaning mortality in Nellore cattle through the integration of three approaches: (i) genome-wide association studies (GWAS) with functional annotation, to identify genomic regions, candidate genes, and biological pathways related to complex reproductive phenotypes; (ii) detection of putative lethal haplotypes in the homozygous state and assessment of their effects on the reproductive performance of heterozygous carriers; and (iii) characterization of genomic regions with transmission ratio distortion (TRD), as potential carriers of lethal or semi-lethal alleles. The first study identified genomic regions associated with conception success, pregnancy loss, stillbirth, and preweaning mortality, highlighting candidate genes involved in reproduction, immunity, and metabolism. The second study detected 45 genomic regions with a complete absence of homozygous recessive haplotype carriers, suggesting the presence of lethal alleles influencing reproductive processes such as embryonic loss. The third study mapped 1,249 genomic regions with TRD signals, characterized by deviations from Mendelian inheritance at allelic or genotypic levels, of which 132 were considered potential carriers of lethal or semi-lethal alleles based on the high number of underrepresented progeny. Taken together, these findings provide valuable knowledge that could be used for the improvement of genomic selection strategies aimed at mitigating reproductive losses associated with deleterious variants, thereby contributing to reducing their propagation in Nellore cattle.