Identificação de haplótipos homozigotos portadores de possíveis mutações letais e semiletais recessivas em populações de bovinos Gir e Girolando - Ribeiro, Bárbara Carolina Gomes [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2024)
A produtividade e a lucratividade de um rebanho são impactadas principalmente pela eficiência reprodutiva. Todavia, a ocorrência de alelos recessivos deletérios pode resultar em grandes perdas econômicas em razão da geração de indivíduos homozigotos que resultarão em morte embrionária precoce ou logo após o nascimento. Objetivou-se, com este estudo, identificar haplótipos homozigotos portadores de mutações letais e semiletais nas raças Gir e Girolando, com base na frequência populacional, bem como identificar a segregação de loci recessivos letais entre as raças Gir e Girolando. Genótipos imputados de 64.251 animais das raças Gir e Girolando, foram submetidos ao controle de qualidade (CQ) e à inferência haplotípica através dos programas “pregsf90” e “AlphaPhase” V1.2, respectivamente. As estatísticas dos haplótipos foram calculadas por seis testes distintos: i) baseado na frequência de animais portadores (fHh) e do número de animais genotipados (N), onde probabilidade de não observar nenhum animal homozigoto (Phh) foi calculada por Phh = [(1 - fHh^2)/4]^N; ii) teste de acasalamento de portadores para acasalamentos touro × matriz, onde probabilidade de não observar nenhum animal homozigoto (Phh) foi calculada por Phh = 0,75^(ns×nd ); iii) teste de acasalamento de portadores para acasalamentos touro × avô materno, onde probabilidade de não observar nenhum animal homozigoto (Phh) foi calculada por Phh = 0,875^(ns×nmgs ); iv) teste de semiletalidade para acasalamentos touro × matriz; v) teste de semiletalidade para acasalamentos touro × avô materno, e; vi) teste de semiletalidade populacional, onde para os três testes de semiletalidade foi calculada uma estatística de teste qui-quadrado unidirecional, com um grau de liberdade, χ2 = (Ohh − Ehh)2/Ehh + (OHh + HH − EHh + HH)2/EHh + HH. Genes candidatos foram identificados por meio do pacote “Bioconductor” versão 3.18 com o pacote “biomaRt” versão Ensembl Genes 103, sendo posteriormente confrontados com genes ortólogos, via pacote “orthogene”, e checados no banco de dados Mouse Genome Informatics para caracterização de possíveis efeitos letais ou semiletais dos haplótipos. Como resultado, 37 haplótipos (oito para raça Gir e vinte e nove para a raça Girolando) apresentaram redução de homozigosidade significativa. Dois haplótipos da raça Gir (GI1H2 e GI23H8) ocorreram em regiões semelhantes em estudos de identificação de haplótipos letais ou semiletais para outras raças taurinas e zebuínas, o que pode indicar uma conservação de haplótipos do ancestral bovino. Duas regiões (GIGR3R1 e GIGR15R2) se sobrepuseram parcialmente em ambas as raças. Treze genes candidatos presentes em 11 haplótipos (dois da raça Gir e nove na raça Girolando) se mostraram letais ou semiletais nas fases embrionária, pré-natal ou perinatal. Os genes SYT1 (GI5H3), PROC (GR2H1) e PIK3R1 (GR20H24) corroboraram para a provável letalidade e semiletalidade dos respectivos haplótipos, bem como os genes SPTA1 (região GIGR3R1) e SOX6 (região GIGR3R2) corroboraram para uma possível segregação alélica semiletal. Os resultados têm aplicação prática nos programas de melhoramento genético das raças Gir (Programa Nacional de Melhoramento do Gir Leiteiro – PNMGL) e Girolando (Programa de Melhoramento Genético do Girolando – PMGG), permitindo identificar animais portadores desses haplótipos e incluir essas informações nos sumários de touros. Isso possibilita aos criadores evitarem acasalamentos que resultem em progênies inviáveis, contribuindo para maior eficiência reprodutiva na bovinocultura leiteira.

Productivity and profitability in a herd are primarily influenced by reproductive efficiency. However, the occurrence of deleterious recessive alleles can lead to significant economic losses due to the generation of homozygous individuals that result in early embryonic death or death shortly after birth. This study aimed to identify homozygous haplotypes carrying lethal and sublethal mutations in Gir and Girolando cattle breeds based on population frequency, as well as to detect the segregation of lethal recessive loci between the Gir and Girolando breeds. Imputed genotypes from 64,251 animals of the Gir and Girolando breeds were subjected to quality control (QC) and haplotype inference using the “pregsf90” and “AlphaPhase” V1.2 programs, respectively. Haplotype statistics were calculated using six distinct tests: i) based on the frequency of carrier animals (fHh) and the number of genotyped animals (N), where the probability of not observing any homozygous animal (Phh) was calculated as Phh = [(1 - fHh^2)/4]^N; ii) mating test for carrier sire × dam matings, where the probability of not observing any homozygous animal (Phh) was calculated by Phh = 0,75^(ns×nd ); iii) mating test for carrier sire × maternal grandsire matings, where the probability of not observing any homozygous animal (Phh) was calculated by Phh = 0,875^(ns×nmgs ); iv) semilethality test for sire × dam matings; v) semilethality test for sire × maternal grandsire matings, and; vi) population semilethality test, where for the three semilethality tests a unidirectional chi-square test statistic was calculated, with one degree of freedom, χ2 = (Ohh − Ehh)2/Ehh + (OHh + HH − EHh + HH)2/EHh + HH. Candidate genes were identified using the “Bioconductor” package version 3.18 with the “biomaRt” package (Ensembl Genes 103 version), subsequently compared with orthologous genes via the “orthogene” package, and cross-checked with the Mouse Genome Informatics database to characterize potential lethal or sublethal effects of the haplotypes. As a result, 37 haplotypes (eight in the Gir breed and twenty-nine in the Girolando breed) exhibited significant reductions in homozygosity. Two haplotypes in the Gir breed (GI1H2 and GI23H8) were found in regions similar to those identified in studies of lethal or sublethal haplotypes in other taurine and zebu breeds, suggesting conservation of ancestral bovine haplotypes. Two regions (GIGR3R1 and GIGR15R2) partially overlapped in both breeds. Thirteen candidate genes present in 11 haplotypes (two in the Gir breed and nine in the Girolando breed) were found to be lethal or sublethal during embryonic, prenatal, or perinatal stages. The genes SYT1 (GI5H3), PROC (GR2H1), and PIK3R1 (GR20H24) supported the probable lethality and sublethality of the respective haplotypes, while the genes SPTA1 (region GIGR3R1) and SOX6 (region GIGR3R2) corroborated a possible sublethal allelic segregation. The results have practical applications in genetic improvement programs for the Gir (National Gir Dairy Breeding Program – PNMGL) and Girolando (Girolando Genetic Improvement Program – PMGG) breeds, enabling the identification of animals carrying these haplotypes and incorporating this information into bull summaries. This allows breeders to avoid matings that would result in non-viable progeny, contributing to improved reproductive efficiency in dairy cattle farming.
Identification of homozygous haplotypes carrying potential lethal and semilethal recessive mutations in Gir and Girolando cattle populations
Keywords: Alelos recessivos; Endogamia; Inferência de haplótipos; Fertilidade; Animais resprodução