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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.11.2015.tde-22042015-134017
Documento
Autor
Nome completo
Vinicius Henrique da Silva
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Piracicaba, 2015
Orientador
Banca examinadora
Coutinho, Luiz Lehmann (Presidente)
Mudadu, Mauricio de Alvarenga
Regitano, Luciana Correia de Almeida
Título em inglês
Identification of CNVs in the Nelore genome and its association with meat tenderness
Palavras-chave em inglês
Genome-wide
Integration
RNA-seq
SNP-chip
Resumo em inglês
The Nelore breed represents the vast majority of Brazilian Zebuine cattle (Bos taurus indicus). The great adaptability of the Nelore breed to Brazilian tropical climate, however, is not associated with meat tenderness (MT). It is known that MT is influenced by several environmental factors, but also genetic composition. In the first chapter, we report a genome-wide analysis of copy number variation (CNV) inferred from Illumina® Bovine High Density SNP-chip data for a Nelore population of 723 males including 30 sires. We detected >2600 CNV regions (CNVRs) representing ≈6.5% of the Bos taurus genome. The CNVR size was 65 kb on average, ranging from 5 kb to 4.3 Mb. A total of 1155 CNVRs (43.6%) overlapped 2750 genes. They are enriched for important functions such as immune response, olfactory reception and processes involving guanosine triphosphate (GTP). The GTP processes have known influence in skeletal muscle physiology and morphology. Quantitative trait loci for MT, partly specific for Nelore, overlapped a substantial fraction of CNVRs and two CNVRs were found proximal to glutathione metabolism genes that are associated with MT as well. Comparing our results with previous studies revealed an overlap in ≈1400 CNVRs (>50%). We selected 9 CNVRs that overlapped regions associated with MT and we validated them in all 30 sires by qPCR. There was identified many genomic regions of structural variation in Nelore with important implications on the MT phenotype. In the second chapter, a total of 34 animals of the population were subjected to transcriptome analysis and meat tenderness (MT) phenotyping. We identified 170 CNV fragments (CNVFs) residing in 20 CNVRs, which occurred in different frequencies between animals with tougher and softer meat genetic potential. A considerable fraction of the identified CNVFs affected gene expression of the MT genes, which play important roles in glycogen metabolism, connective tissue turnover, membrane transporters and glutathione pathways. We also detected that several CNVRs substantially influenced the expression of overlapped and nearby genes, where the increase or decrease of copy number correlated well with the change in gene expression. Among them are two CNVRs at chromosomes 12 and 23, which are in the vicinity of previously described QTLs for MT in Nelore breed. Several CNVFs, which are more frequent in animals with genetic potential for softer or tougher MT, showed significant differences in gene expression. Those regions are linked to important biological functions with highly relevant influences on MT and skeletal muscle physiology.
Título em português
Identificação de CNVs no genoma de bovinos da raça Nelore e suas associações com maciez da carne
Palavras-chave em português
Integração
Pangenômico
RNA-seq
SNP-chip
Resumo em português
A raça Nelore é predominante no rebanho zebuíno brasileiro (Bos taurus indicus). A grande adaptabilidade da raça Nelore ao clima tropical brasileiro, no entanto, não está associada à maciez de carne (MT). Sabe-se que MT é influenciada por vários fatores ambientais e pela composição genética. Foi realizada uma análise de todo o genoma para inferir Variação no Número de Cópias de Segmentos Genômicos (Copy Number Variation - CNV) a partir de dados oriundos de chip de SNP (Illumina® Bovine High Density), para uma população de 723 machos Nelore, incluindo 30 ancentrais da população. Foram detectadas >2600 regiões de CNV (CNVRs) representando ≈6.5% do genoma bovino. O tamanho médio do CNVR foi de 65 kb, variando de 5 kb até 43 Mb. Um total de 1155 CNVRs (43.6%) obtiveram sobreposição com 2750 genes. Estes genes foram enriquecidos para as funções importantes, tais como resposta imunológica, recepção olfativa e processos que envolvem o trifosfato de guanosina (GTP). As vias metabólicas do GTP conhecidamente influenciam a fisiologia e a morfologia do músculo esquelético. Loci de características quantitativas (QTLs) para MT, alguns específicos para Nelore, sobrepuseram uma fração substancial das CNVRs encontradas. Dois CNVRs foram encontrados em região proximal à genes do metabolismo da glutationa os quais também são associados com MT. Comparando os resultados com estudos anteriores ≈1400 CNVRs (>50%) foram sobrepostos. Nove CNVRs em regiões associadas com MT foram validados nos 30 ancentrais por qPCR. Em conclusão, foram identificadas regiões genômicas de variação estrutural no Nelore, com potenciais implicações sobre o fenótipo MT. No segundo capítulo, um total de 34 animais da população foi submetido à análise do transcriptoma e análise de potencial genético para MT. Foram identificados 170 fragmentos de CNV (CNVFs) mapeados em 20 CNVRs, os quais mostraram frequências significativamente diferentes entre animais com potencial genético para carne mais dura ou mais macia. Uma fração considerável dos CNVFs identificados afetaram a expressão gênica de genes MT (anteriormente descritos como associados à MT ou fisiologia do músculo esquelético), os quais desempenham um papel importante no metabolismo de glicogênio, volume do tecido conjuntivo, transportadores de membrana e vias metabólicas da glutationa. Um número considerável de CNVRs foram associados à expressão de genes sobrepostos e nas proximidades, onde o aumento ou diminuição do número de cópias foi associado com a mudança na expressão gênica. Dois CNVRs associados foram mapeados para os cromossomo 12 e 23, estando próximos a QTLs anteriormente descritos para MT na raça Nelore. Vários CNVFs, entre animais com potencial genético para carne mais macia ou dura, mostraram diferenças significativas na expressão gênica. Essas regiões estão ligadas a importantes funções biológicas com influências altamente relevantes para MT e para a fisiologia do músculo esquelético.
 
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Data de Publicação
2015-04-30
 
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