Herramientas modernas de selección: las evaluaciones genéticas nacionales

Herramientas modernas de selección: las evaluaciones genéticas nacionales Jorge I. Urioste 2016 Qué sabemos sobre estimación de mérito genético (A)? A Â i P i P Depende de h 2, cantidad de información fenotípica e información genealógica Un avance de 4 año: Con los pies en el predio: ASESOR/A EMPRESA AGROPECUARIA INFORMACION DECISION ACCION RENTABILIDAD CORTO Y LARGO PLAZO 1

Algunas decisiones genéticas Vendedores de Toros (Cabañas) Qué características seleccionar? Cómo realizar los apareamientos? Compradores de toros (est. comerciales) Dónde comprar? En ambos casos, la evaluación genética es un insumo para la toma de decisiones Evolución en los métodos Los métodos de selección han ido variando con el tiempo: Simples criterios de estándar racial, apreciación visual o puramente genealógicos Desarrollo de registros productivos dentro de establecimiento Centrales de prueba para reproductores Evolución (2) Tecnología de modelos mixtos (BLUP), introducida en 1991 a Uruguay por la Facultad de Agronomía (Sistema Nacional de Evaluación de Reproductores Aberdeen Angus). 1991 25 años después, existen evaluaciones genéticas consolidadas de este tipo en razas vacunas y ovinas. Los Desvíos Esperados en la Progenie (DEP o EPD, en inglés) han venido para quedarse. 2

Evaluaciones nacionales Logro fundamental: La generación de Diferencias Esperadas en la Progenie (DEPs o EPDs) en diversas características a través de evaluaciones nacionales Inicialmente, asociadas a la cantidad de producto Ovinos: peso de vellón y peso del cuerpo Vacunos para carne: peso al destete y a los 18 meses Vacunos para leche: producción de leche Caso particular: características de tipo en ganado lechero El menú de hoy: Introducir la idea de las evaluaciones genéticas nacionales Ubicar la evaluación genética en el contexto general de programas de mejora Desarrollar los principales conceptos vinculados a las evaluaciones nacionales, especialmente el uso de las DEP como herramienta de selección Puntos a resaltar Componentes de un plan de mejora genética Qué es e implica una evaluación genética Qué características registrar, y por qué Conceptos: DEP/EPD, precisión, grupo contemporáneo, conexión genética El modelo básico, con ejemplos Tendencias genéticas Percentiles 3

Un programa integral de mejora Cualquier consideración sobre la evaluación genética debe basarse en que ésta es parte integrante de un programa integral de mejoramiento genético Programa de Mejora Genética Genes empaquetados en animales Objetivos y criterios de selección Aumenta frecuencia de alelos positivos POBLACIÓN MEDICIÓN EVALUACIÓN USO SELECCIÓN II. Qué es evaluación? Predicción del mérito genético de los animales a partir de observaciones (medidas, registros) En una evaluación nacional: quiénes?: Todos los individuos pertenecientes a una población registrada (machos y hembras; jóvenes y viejos; con y sin registros) Gran diferencia con métodos anteriores! 4

Qué implica? Identificación única del animal Información genealógica Información productiva y reproductiva (características a analizar) Información ambiental (lotes de manejo, edades, sexo, época de nacimiento, etc.) Almacenamiento en Base de datos Esquema de Sistema Nacional de Evaluación IA IA IA...... IA RODEOS DATOS GENEALOGÍA EVALUACIÓN B.L.U.P.(Modelo Animal) MACHOS HEMBRAS HIJOS La realidad en números redondos (Urioste, 2010): 860 productores lecheros, 370.000 vacunos de leche evaluados 230 productores ganaderos, 385.000 vacunos de carne evaluados 80 productores ovejeros, 105.000 ovinos evaluados 5

Qué se debe registrar? 1. Fenotipo (P) de los animales y de sus parientes: pesos, alturas, producciones, días, etc. 2. Factores ambientales: Identificación de establecimiento, Fechas, estación en que suceden los eventos (nacimiento, destete, etc.) Medidas de manejo (lotes de pastoreo, suplementación, épocas de entore, encarnerada, esquila, etc.) 3. Factores genéticos: Identidad única del animal Información genealógica de parientes Qué características registrar? Ej. Bovinos de carne Peso al nacimiento: relacionado a facilidad de parto Peso al destete: relacionado al crecimiento del animal y a la capacidad maternal de su madre Peso a los 18 meses: relacionado al crecimiento del animal (potencial peso de faena) y su habilidad de consumo Qué características registrar? Circunferencia escrotal: relacionada a la fertilidad de las hembras Características de res (ultrasonido) Facilidad de parto Otras? 6

Evaluaciones Genéticas nacionales o poblacionales Predicción de la superioridad / inferioridad genética de un animal Se presenta a través de la diferencia esperada de la progenie (DEPs o EPDs) Resuelve un viejo problema: cómo comparar animales en distintas circunstancias ambientales Conceptos DEP Precisión Grupos Contemporáneos Tendencias genéticas Percentiles DEP / EPD: medida de mérito Expresada como diferencia de la progenie de un animal con respecto a la de un reproductor promedio (o una base predeterminada) en la unidad de la característica (siempre comparamos!) ½ del Valor de Cría Es la herramienta más fiable actualmente para comparar u ordenar la superioridad de los animales 7

DEP / EPD: medida de mérito Su valor es relativo a una base arbitraria (ej: media de la población en un año dado) Debe complementarse con la Exactitud o Precisión (cuán cerca estamos del Verdadero Valor Genético) Precisión o exactitud DEP poco preciso DEP muy preciso Los valores varían entre 0 (nada preciso) y 1 (totalmente preciso) Medida de la confiabilidad o riesgo de la predicción de la DEP (Accuracy, en inglés) Depende de: heredabilidad de la característica cantidad de información disponible (nº de hijos) Precisión o exactitud DEP poco preciso DEP muy preciso Los valores varían entre 0 (nada preciso) y 1 (totalmente preciso) Variantes: Precisión B.I.F. (ganado de carne) Repetibilidad (ganado de leche) Representan el mismo concepto, pero son variantes más conservadoras 8

Utilidades de la DEP Auxilia al criador en la elección de los reproductores, permitiendo alterar el desempeño medio de sus rodeos en la dirección e intensidad deseadas Permite prever el desempeño de los hijos de los toros en comparación con los hijos de otros toros Se debe tener en cuenta el objetivo de selección (Ej. Criador DEP para PD; ciclo completo DEP para peso a sobreaño) Diferencias esperadas en la progenie para peso al año de edad Toro DEP (kg) A +9,94 B +6,50 C +5,30 D +7,70 Toro A +3,44 kg en relación a B +4,64 kg en relación a C +2,24 kg en relación a D +9,94 en relación al toro promedio Otras exigencias de la Evaluación Identificación del Grupo contemporáneo: animales que han experimentado las mismas condiciones ambientales (igual rodeo, año, mes, lote) con respecto a la expresión de una característica efecto responsable de la mayoría de las diferencias ambientales Se registra en las planillas de toma de datos 9

Otras exigencias de la Evaluación Conexión entre establecimientos: Utilización de algún toro en común con otra cabaña Imprescindible para poder participar en la evaluación genética poblacional Permite hacer comparables los animales de diferentes cabañas (dentro de cada evaluación) III. Cómo se hacen los cálculos? Procedimiento estadístico sofisticado (miles de ecuaciones) BLUP (Modelo Animal) Considera toda la información productiva disponible: (animales vivos e información histórica). Considera parentescos entre animales. Tiene en cuenta las diferencias en oportunidades que tuvieron los animales para producir. Estima simultáneamente las DEPs (animales), y los efectos ambientales (rodeo, año, lote, etc.). Metodología de modelos mixtos Modelo matemático que representa el animal (genética) y todos los factores que lo afectan (ambiente) (el modelo genético básico!) Estadísticamente, trata al animal como muestreado de una población (efecto aleatorio ), y a los efectos ambientales como efectos fijos (niveles conocidos dentro de cada efecto) Cada animal mencionado y efecto ambiental considerado se representa con una ecuación 10

Inclusión de Efectos Fijos Aquellos factores con efectos cuantificables, sistemáticos o no sistemáticos Cálculo simultáneo de factores de corrección (generalmente aditivos). Ajuste por regresión (edad, largo de lactancia); pueden hacerse previamente a la evaluación. Ejemplos: sexo, edad de la madre, año, rodeo, estación, mes de nacimiento, etc. Efectos genéticos? El animal Toda la información de sus parientes a través de una matriz de parentescos Método Tabular! Conocimiento de las varianzas y covarianzas genéticas (h 2, r A ) de las características evaluadas para la población correspondiente (concepto poblacional) De los datos al análisis: Genética Ambiente Fenotipo Animal Padre Madre Edad (meses) Mes Año PE12 (cm) 1 7208 2265 11 10 1 32 2 1265 5421 12 10 2 33 3 4892 1987 13 11 2 34 4 3175 6452 12 11 1 31 5 2586 3789 11 11 1 33 PE 12 = + mes + año + b*edad + valor de cría + error 11

MODELO ANIMAL en forma matricial: y = X + Zu + e 32 33 34 31 33 = 1 1 0 1 0 11 1 1 0 0 1 12 1 0 1 0 1 13 1 0 1 0 1 12 1 0 1 1 0 11 M10 M11 A1 A2 b + 1 0 1 1 1 0 1 u1 u2 u3 u4 u5 + e1 e2 e3 e4 e5 Matriz de incidencia de efectos fijos X Vector de efectos fijos Matriz de incidencia de los efectos genéticos Z Vector de efectos genéticos u MODELO ANIMAL en forma matricial: y = X + Zu + e Resolución a través de las Ecuaciones de los Modelos Mixtos X X Z X X Z Z Z + A -1 û = X y Z y Inversa de la matriz de parentesco (incluye también parientes) (1-h²)/h² Valor Genético Aditivo Soluciones de los efectos fijos Resultado final Los resultados obtenidos a través de las ecuaciones de los Modelos Mixtos son: Las soluciones de los efectos fijos (ambiente) Las predicciones de los valores de cría (genética) 12

Ejemplito de evaluación: Rodeo 1 Rodeo 2 700 5 Soy el 4 700 7 3 6 580 580 Toro de referencia El ejemplito en un archivo: Caravana Gr. Contemp. Peso 3 1 580 5 1 700 6 2 580 7 2 700 Media fenotípica de c/rodeo = 640 kg. También conocemos la genealogía: 1 2 Toro de conexión 3 4 7 6 5 Rodeo 1 Rodeo 2 13

Archivo de genealogía Animal Padre Madre 1 - - 2 - - 3 1 2 4 - - 5 4 2 6 4 3 7 4 3 Ecuaciones 2 para el efecto del rodeo 7 para todos los animales (con y sin datos) Resultado de la evaluación: -8 1 2 0-12 3 P 3 =580 4 8 7 P 7 =700 6 P 6 =580 5 P 5 =700 6.6-10.6 12 R 1 =640 R 2 = 642 14

Modelo Animal, resumen Ventajas: Corrige por consanguinidad, apareamientos preferenciales, efectos ambientales Estima Valores genéticos para efectos directos y maternos, para madres, madres e hijos con o sin registros de producción Calcula el mérito genético del animal para un conjunto de características (r A ) Permite la comparación directa entre animales de diferentes edades (ej. Toros jóvenes y viejos) IV. Catálogos Toda la información genética se resume en catálogos (públicos) e informes individuales (privados) Individuo y su genealogía Propietario / criador DEP y precisión por característica Nº de hijos Tendencias genéticas 15

Tendencias genéticas Ha funcionado la selección como herramienta? Las tendencias genéticas muestran el trabajo efectivamente realizado. Subproducto de la evaluación =PGA! Tendencias genéticas D.E.P., kg 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00-1,00-2,00-3,00-4,00 Tendencias genéticas en peso al destete 1979 1981 1983 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 Población Cabaña 2 Año de nacimiento Subproducto de la evaluación: Evolución de los DEP promedio por año Permite comparar cada cabaña con el desarrollo general de la población Ejemplos de tendencias en ganado de leche Kg leche Kg proteina 16

Ejemplos de tendencias en ganado de carne DEP PN Kg Peso al Nacimiento 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00-0,20-0,40 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 Año Nacimiento DEP P18 Kg Peso 18 Meses 13,00 8,00 3,00-2,00 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 Año Nacimiento 1,600 1,400 1,200 1,000 0,800 0,600 0,400 0,200 0,000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 AOB GRASA CIRC. ESC. Peso al nacimiento y a los 18 meses (A. Angus) Área ojo del bife, circunferencia escrotal, grasa dorsal (Hereford) Ejemplos de tendencias en ovinos Índices de selección en Merino y Corriedale Diámetro de fibra y peso del cuerpo en Corriedale Percentiles Percentil Peso al Nacer Peso al Destete Directo Habilidad Lechera Peso 18 Meses Circunf. Escrotal Área Ojo del Bife Grasa MAR 5-0,88 14,75 4,40 22,95 0,72 1,796 0,091 0,096 10-0,56 12,86 3,41 19,85 0,58 1,454 0,068 0,076 20-0,20 10,59 2,29 16,00 0,40 1,044 0,040 0,052 30 0,05 8,93 1,56 13,25 0,28 0,748 0,021 0,036 40 0,25 7,53 0,91 10,87 0,17 0,491 0,007 0,023 50 0,44 6,22 0,33 8,67 0,08 0,267-0,006 0,012 60 0,63 4,94-0,24 6,46-0,02 0,043 0,019 0,000 70 0,83 3,59-0,85 4,02-0,12-0,184 0,032-0,012 80 1,08 1,89-1,60 1,29-0,23-0,446-0,048-0,026 90 1,42-0,43-2,77-2,62-0,40-0,819-0,072-0,047 95 1,71-2,27-3,82-5,72-0,54-1,136-0,093-0,063 17

Percentiles valores máximos (valor superior) y mínimos (valor inferior) de DEP para cada rasgo en la población y valores límites de DEP para cada percentil. Estos límites nos permiten ubicar un determinado animal en el contexto poblacional. Por ejemplo, un toro A que presenta una DEP para peso a los 18 meses de 17 Kg, pertenece al 20% superior de la población para ese carácter, cuyo límite inferior es 16,00 Kg. Para el peso al nacimiento (PN) los valores se encuentran invertidos: aquellos animales que producen menores pesos al nacer se consideran superiores. Resumen: Disponibilidad de sistemas nacionales de evaluación genética Uso extendido de las DEP en la comercialización de reproductores en Uruguay, tanto en ovinos como bovinos Selección potenciada por el uso masivo de información Mejor estimación del valor de cría (parientes, r A entre caracteres) Separación de los efectos genéticos y ambientales Avance genético comprobable Páginas útiles Ovinos: http://www.geneticaovina.com.uy/ Bovinos de carne: http://www.geneticabovina.com.uy/ Holando: http://www.geneticalechera.com.uy/ 18