Avaliação da contribuição da genética molecular nos programas de melhoramento genético

Erica Perez Marson e José Bento Sterman Ferraz

O desenvolvimento biotecnológico é um instrumento fundamental à expansão da pecuária nacional. Considerando-se os baixos índices de produtividade e qualidade desta atividade, a necessidade de introdução destas inovações, visando a melhoria da produção e superação dos impactos negativos das diferentes doenças dos animais domésticos, torna-se cada vez mais urgente.

Observa-se comumente que melhorias nos indicadores de produtividade e de eficiência reprodutiva têm sido obtidas por meio de programas de melhoramento genético, utilizando-se de métodos convencionais de seleção. As pesquisas neste setor utilizam-se de métodos valiosos para maximizar o desempenho produtivo e reprodutivo dos animais, basicamente por meio da seleção e de esquemas de acasalamento, como os cruzamentos entre raças, utilizando-se para tanto, registros de desempenho dos mesmos e promovendo progresso genético a longo prazo, por meio de seleção e manutenção da variabilidade genética.

Em geral, verifica-se que estes programas incluem a definição de genótipos desejáveis para características relevantes sob circunstâncias variáveis de produção, estimação de parâmetros genéticos pela análise genética e predição do mérito genético dos indivíduos atendendo aos objetivos de seleção (no caso dos bovinos de corte expressas por DEP´s – as diferenças esperadas de progênie). O constante aperfeiçoamento metodológico adotado nas avaliações genéticas tem melhorado sensivelmente a acurácia destas, entretanto, as particularidades dos sistemas produtivos e a magnitude das herdabilidades das características de importância econômica dificultam e diminuem a velocidade do progresso genético. Com efeito, a seleção de algumas características tem sido limitada, principalmente, devido à dificuldade de mensuração ou então por demandar um longo tempo para essas serem mensuradas.

Como resultado da seleção de animais de melhor desempenho para reprodutores, por meio de variações fenotípicas, aumenta-se a freqüência de genes favoráveis que influenciam as características de interesse. No entanto, a natureza molecular exata dos genes alvo, particularmente envolvidos nas características produtivas, que são freqüentemente controladas por um “poll” de genes, permanece ainda desconhecida.

Contudo tem-se constatado recentemente, a inclusão cada vez maior de marcadores moleculares, como elemento de seleção, junto aos programas tradicionais de melhoramento genético. O objetivo principal na identificação do potencial genético dos animais e/ou na identificação de genes para características específicas, por marcadores moleculares, consiste na seleção de animais que apresentam cópias superiores de regiões cromossômicas que afetam as características de interesse a idades precoce e de forma mais intensiva, diminuindo o tempo de exposição aos diferentes fatores de ambiente (que diminui os riscos inerentes à produção) e acarretando uma maior velocidade e precisão no melhoramento genético. Outra contribuição direta dos marcadores genéticos na seleção é que eles se utilizam de características completamente herdáveis, que podem ser mensuradas em qualquer idade ou sexo e que sobretudo, são potencialmente correlacionadas com características de grande valor econômico.

Os primeiros relatos que fizeram algum tipo de inferência à inclusão de conhecimentos moleculares no melhoramento genético animal datam da década de 60. Sabe-se que quando a seleção tradicional é eficiente, a contribuição molecular a ser adicionada é muito pouco, por sua vez, quando a seleção tradicional não é tão eficiente, como para características de baixa herdabilidade ou quando se faz necessário a utilização da seleção indireta nos pais (como para características limitadas ao sexo ou de carcaça) então o conhecimento e adição das informações dos loci (regiões cromossômicas) podem contribuir significativamente à taxa de melhoramento genético, já que uma estimativa insuficiente pode levar a perda do progresso genético. Os resultados de estudos de seleção em populações sintéticas mostram que a informação dos marcadores pode aumentar o progresso mesmo quando a informação fenotípica é relativamente eficiente e se o desequilíbrio está presente através da população.

Em resumo, a genética quantitativa tem se concentrado no estudo e desenvolvimento de métodos analíticos, mas pouco contribui na determinação do número de loci envolvidos na expressão da característica, na localização destes nos cromossomos e na quantificação da contribuição individual de cada loci na expressão fenotípica. Já a genética molecular, pelas técnicas baseadas em marcadores moleculares, aumenta consideravelmente o entendimento das bases genéticas da variação observada nas características quantitativas, porque proporciona uma melhor compreensão da estrutura e expressão dos genes e a identificação de loci que afetam o desempenho e qualidade dos animais de produção. A grande meta dos estudos de marcadores moleculares consiste em mapear e, ao mesmo tempo, manipular loci associados à expressão de características qualitativas e quantitativas.

Por sua vez, deve-se considerar que a relação entre os marcadores e características de natureza quantitativa é influenciada por uma série de fatores. Além de exigir modelos computacionais e estatísticos complexos, uma boa estimativa exige elevada densidade de informações de marcadores, pois neste caso, qualquer gene ou loci de natureza quantitativa de interesse (os QTL ou quantitative trait loci), provavelmente estará localizado muito próximo a um ou mais marcadores. Esta associação por sua vez, facilitará a estimativa em nível de população, o que aumentará a confiabilidade dos resultados.

Há que se ressaltar também que a possibilidade de se detectar marcadores depende da relativa contribuição do marcador à característica, do grau de ligação entre o marcador e a característica e da freqüência dos alelos desejáveis dos marcadores na população. A herdabilidade da característica, a quantidade de variabilidade entre os animais, o número de animais estudados e o método de análise também são relevantes. Outro fator essencial ao desenvolvimento de marcadores é o registro acurado e apropriado dos dados fenotípicos das características de interesse.

Os marcadores genéticos são geralmente caracterizados como seqüências curtas de DNA, que variam no comprimento ou na seqüência, e indicam a localização de um cromossomo. São, por definição, polimórficos e as técnicas utilizadas para identifica-los incluem os RFLPs (“restriction fragment lenght polymorphism”), isto é, polimorfismos no tamanho dos fragmentos de restrição e os microssatélites.

O advento da técnica de RFLP, a partir da década de 80, intensificou o estudo do genoma mamífero. Ela permite o mapeamento e clonagem de genes responsáveis por diversas características unifatoriais, enquanto que as características de natureza multifatorial, controladas por mais de um gene e que compõe grande parte das características de importância econômica em plantas e animais, puderam ser estudadas por meio dos microssatélites. Estes, também conhecidos como seqüência simples repetitiva, apresentam elevado grau de polimorfismos, estão presentes em alta densidade e por todo genoma e são facilmente localizados e rapidamente tipificados.

Tal como em humanos, projetos têm sido desenvolvidos também em animais domésticos para o seqüenciamento e o mapeamento dos genomas. Características como qualidade de carcaça, crescimento, produção de ovos e leite, entre outras, estão tendo seus genes mapeados e identificados. Posteriormente, estas informações são incorporadas em programas de acasalamentos e seleção, constituindo o método conhecido por “seleção assistida por marcadores”, caracterizado pela sigla MAS (marker assisted selection).

Teoricamente, a adoção deste procedimento maximiza as taxas de ganho genético, por aumento na acurácia da seleção e redução do intervalo de gerações, viabilizando a seleção de características em animais jovens, ou mesmo em embriões, assim como em animais cujo sexo não permite a expressão da característica desejada, ou ainda para aquelas que dependem do abate do animal para serem mensuradas, convergindo para a tomada precoce de decisões de seleção que conseqüentemente afetarão a estrutura genética de toda a população.

Deve-se considerar, todavia, nas avaliações genéticas moleculares, o elevado custo destas mensurações, o envolvimento de metodologia exaustiva e trabalhosa, além do cuidado e atenção especial que devem ser destinados para que não haja qualquer risco de contaminação ou erro no procedimento. Deste modo, é desejável nos perguntar até que ponto os produtores que estão tendo acesso a esta vasta quantidade de informações serão capazes de utilizá-las e, senão, como fazer isso. Em face dessa revolução molecular atual por que passa todos os setores de produção animal, é relevante avaliar o impacto a ser gerado e todas as oportunidades que estas informações podem oferecer ao sistema produtivo.

Segundo DAVIS e DeNISE (1998) três aspectos devem ser considerados quando se deseja conhecer e avaliar a predição da taxa de melhoramento com a aplicação da genética molecular: onde o retorno será perceptível; onde a tecnologia será aplicada e até que ponto esta afetará a estrutura genética da população, a estimativa do valor genético e/ou a acurácia do valor genético estimado. Basicamente, a maioria do retorno ocorrerá em nível do setor comercial, onde os genes melhorados serão expressos e a taxa de ganho anual atingida no setor produtivo deverá ser avaliada. Por sua vez, a análise econômica envolverá o custo anual de implementação da tecnologia e determinação de todo o valor líquido, da relação custo:benefício ou da taxa interna de retorno, quando a tecnologia é aplicada em nível industrial.

Geralmente, a maioria das tecnologias genéticas melhora a correlação entre critérios de seleção e viabilizam a inclusão de características novas, como as reprodutivas para gado de corte, uso de modelos analíticos mais sofisticados, tais como aqueles que incorporam efeitos maternais ou características categóricas e, finalmente, esquemas para avaliação de populações compostas, que levam à produção e cruzamento de animais com níveis complementares de desempenho para uma grande quantidade de características. Em suma, os marcadores genéticos têm a capacidade de permitir a predição do valor genético de características que são difíceis de mensurar e conseqüentemente não fazem parte normal do critério de seleção.

Sendo assim, a partir do momento que loci para características de natureza quantitativa economicamente importantes forem localizados e seus efeitos no fenótipo mensurados em populações comerciais, as informações genéticas serão combinadas com dados de variação fenotípica dos indivíduos e de seu pedigree, obtendo-se assim maximização da avaliação genética que será útil para predizer o mérito genético dos indivíduos dentro da população.

Com efeito, face à revolução atual nos sistemas produtivos, é provável que no próximo século a genética quantitativa e a molecular dominarão juntas os assuntos de natureza teórica e prática relacionados à produção e acasalamento animal.

Literatura consultada

BEUZEN, N.D., STEAR, M.J., CHANG, K.C. Molecular markers and their use in animal breeding. Vet. J., v.160, p.42-52, 2000.

BISHOP, M.D., HAWKINS, G.A., KEEFER, C.L. Use of DNA markers animal selection. Theriog., v.43, p.61-70, 1995.

DAVIS, G.P.; DeNISE, S.K. The impact of genetic markers on selection. J. Anim. Sci., v.76, p.2331-2339, 1998.

HALEY, C.S.; VISSCHER, P.M. Strategies to utilize marker-quantitative trait loci associations. J. Dairy Sci., v.81, n.2, p.85-97, 1998