Uso da tecnologia de ultrassom nas avaliações genéticas de carcaça
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Uso da tecnologia de ultrassom nas avaliações genéticas de carcaça
Uso da tecnologia de ultrassom nas avaliações genéticas de carcaça. Evolução até a era da genômica. Marcos Jun Iti Yokoo Genética e Melhoramento Animal Embrapa Pecuária Sul, Bagé-RS Setembro de 2015 Introdução: A carne bovina brasileira é exportada a preços baixos ... Isto se deve a falta de qualidade (padronização) e problemas sanitários ... Sabe-se pouco sobre a qualidade potencial da carne brasileira, e da variabilidade genética dentro das raças utilizadas ... Os preços recebidos no abate (Brasil) são determinados pelo peso da carcaça e o grau de acabamento (gordura subcutânea ou de cobertura) ... Os frigoríficos pagam mais por carcaças com pelo menos um mínimo de gordura de cobertura, a qual varia entre 3 e 6 mm, ou mais (dependendo...) ... Isto corresponde a uma carcaça com aproximadamente 20 a 24% de gordura ... 2 Percepção do Mercado Consumidor: 3 Exigências dos consumidores : Segurança alimentar Ex.: rastreamento, sanidade (HACCP) ... Consistência na qualidade desejada Ex.: Melhoramento para características da carne, por meio da carcaça 4 Pontos Críticos para Controle Concepção Genética/Produção Nutrição/Ambiente Fatores pré-abate Fatores pós-abate Resfriamento Processamento/valor agregado Método culinário Consumidor 5 • Como melhorar as características organolépticas da carne ? ? Melhoramento das características da carcaça, visando o produto final, a carne !!!! 6 Qualidade da carcaça Benefício: Rendimento (Ex.: AOL) Frigorífico (MUITO) Criador/Produtor (Moderado) – Proporção de carcaça no corpo Consumidor (pouco) • peso vivo - pés - cabeça - pele – víscera – Proporção de carne magra na carcaça Qualidade da carne (Ex.: Gordura) – Características sanitárias – Características organolépticas Sabor Cor Maciez PH Suculência Marmoreio Benefício: Frigorífico (MUITO) Criador/Produtor (Moderado) Consumidor (MUITO) 7 Qualidade da carne • • • • Coloração Maciez Sabor Suculência Tecido conjuntivo Degradação miofobrilar Encurtamento do sarcômero Taxa de resfriamento Gordura de cobertura 8 Exemplo: Sistema de tipificação EUA (USDA) • Os preços recebidos ao abate nos Estados Unidos são determinados pelos graus de rendimento e qualidade (Yield e Quality Grades) • O Yield grade piora à medida que o animal engorda mais • O Quality grade melhora à que o animal “engorda” mais • O conteúdo ideal de gordura está entre 28 to 32%, mas isto depende da distribuição da gordura no corpo do animal 9 Yield Grade = 2.5 + ( 2.50 x EG) + ( 0.20 x % KPH) + ( 0.0038 x PCQ) – ( 0.32 x AOL) 10 Rendimento de carne com relação à gordura externa Fonte: Boggs e Merkel, 1993 11 Taste fat vs waste fat (gordura de sabor vs gordura de desperdício) • O Yield Grade é uma função da porção comestivel da carcaça, a qual aumenta (PIORA) com o acúmulo de gordura nos depósitos extra-musculares: – subcutânea – inter-muscular – interna/visceral • O Quality Grade é uma função do marmoreio, isto é, da gordura intramuscular – esta confere sabor e suculência à carne, a qual aumenta (MELHORA) com a maior % … Conteúdo visceral: de 8 a 18% do peso vivo, sendo que o conteúdo ideal de gordura está entre 28 to 32% (EG, IM e etc….). 12 Outro fator sobre a gordura Crescimento dos depósitos de gordura 13 Tipificação – rendimento (USDA) • • • • • • Peso Área do olho do lombo Gordura externa (subcutânea dorsal) Gordura interna (rins, coração e região pélvica) Conformação Coloração e textura da carne Gordura intramuscular Qualidade (USDA) 14 Fatia do bife da 12a costela Para mensurar % de gordura intramuscular Gordura externa é removida Uma fatia é liofilizada e moída Varias sub-amostras são analisadas (lipídeos totais) Calculo de % de lipídeos no músculo como medida final Entre outras técnicas para predição da % gordura intramuscular (escores, Fourier, hh e etc .... 15 Melhoramento Genético da Carcaça (MUSCULOSIDADE - RENDIMENTO) Crescimento Alométrico Ímpeto de crescimento dos músculos Coef. de cresc. = 0,91 Alto ímpeto de cresc. = 7,29 (coxão duro e picanha) Coef. de cresc. = 1,04 Alto ímpeto de cresc. = 6,55 (Músculo grande comp. com o peso total da carcaça, alta relação com o peso da carcaça) Coef. de cresc. = 0,91 Alto ímpeto de cresc. = 3,82 Biceps femoris Longissimus dorsi Gluteus medius 16 É impossível melhorar ou avaliar aquilo que não se mede !!! Autor desconhecido 17 Ultrassom Histórico Dr. James Stouffer Cornell University Foi um dos pioneiros na ultilização da ultrassonografia em animais durante a década de 50. 18 Os desafios... A tecnologia para medir as características da carcaça era bem mais complexa do que as medidas de peso O relacionamento genético entre as medidas de composição da carcaça era desconhecido Sem uma medida de marmoreio, a tecnologia não seria amplamente adotada Qual a possível acurácia (estimativas de h2)? 19 Regulamentação da Ultrassonografia para Avaliação de Carcaça • Jan-1989 – 1ª Certificação na Texas A&M (BIF – AOL e EG) • 1990 – BIF aceitava várias instituições para credenciamento • 1992 – Trabalho de IM ..... 20 Um Marco Histórico... “Principles of Ultrasound and Measurement of Intramuscular Fat” J. Anim. Sci., 1992, 70:942-952 A. D. Whittaker, B. Park, B. R. Thane, R. K. Miller, and J. W. Savellt Sem a característica de gordura intramuscular, esta tecnologia não iria se expandir ..... 21 Outros trabalhos importantes ... TURNER, J.W.; PELTON, L.S.; CROSS, H.R. Using live animal ultrasound measures of ribeye area and fat thickness in yearling Hereford bulls. Journal of Animal Science, v. 68, p.3502. 1990. WILSON, D.E. Application of ultrasound for genetic improvement. Journal of Animal Science, v. 70, p. 973-983, 1992. PERKINS, T.L.; GREEN, R.D.; HAMLIN, K.E. Evaluation of ultrasonic estimates of carcass fat thickness and longissimus muscle area in beef cattle. Journal of Animal Science, v.70, p.1002-1010, 1992a. Aplicações no melhoramento PERKINS, T.L.; GREEN, R.D.; HAMLIN, K.E.; SHEPARD, H.H.; MILLER, M.F. Ultrasonic prediction of carcass merit in beef cattle: evaluation of technician effects on ultrasonic estimates of carcass fat thickness and longissimus muscle area. Journal of Animal Science, v.70, p.2758-2765, 1992b. Composição de carcaça Houghton, P. L., and L. M. Turlington. 1992. Application of ultra- sound for feeding and finishing animals: A review. J. Anim. Sci. 70:930–941. Composição de carcaça e teste de progênie SHEPARD, H.H.; GREEN, R.D.; GOLDEN, B.L.; HAMLIN, K.E.; PERKINS, T.L.; DILES, J.B. Genetic parameter estimates of live animal ultrasonic measures of retail yield indicators in yearling breeding cattle. Journal of Animal Science, v.74, p.761-768, 1996. Outras características no melhoramento 22 Correlações entre Ultrassom e carcaça .... Estimativas de correlações genéticas das principais características da carcaça quando medidas diretamente na carcaça e por meio da ultra-sonografia FONTE AOL EG Stouffer et al. (1989) 0,76 0,86 Perkins et al. (1992a) 0,60 0,75 Perkins et al. (1992b) 0,82 0,86 Waldner et al. (1992) 0,73 0,86 Moser et al. (1998) 0,66 0,69 May et al. (2000) 0,61 0,81 Ritchie (2001) 0,75 0,71 Bertrand (2002) 0,89 0,69 Greiner et al. (2003) 0,86 0,89 AOL = Área de olho de lombo; EG = Espessura de gordura subcutânea entre a 12ª e a 13ª costelas ; 23 Herdabilidades 2 Estimativas de herdabilidade ( ĥ ) segundo vário autores, estimadas em diferentes modelos pelo método da máxima verossimilhança restrita. AUTORES CARACTERÍSTICAS AOL EG EGP8 GRUPO GENÉTICO MODELO ARNOLD et al. (1991) 0,25 0,26 - Hereford Touro JOHNSON et al. (1993) 0,39 0,11 - Brangus Animal ROBINSON et al. (1993) 0,21 0,30 0,37 Angus & Hereford Animal SHEPARD et al. (1996) 0,11 0,56 - Angus T- AM MOSER et al. (1998) 0,29 0,11 - Brangus Animal FIGUEIREDO et al. (2000) 0,20 0,04 - Nelore Animal Angus & Hereford Animal REVERTER et al. (2000) 0,38-0,42 0,51-0,18 0,55-0,31 CREWS & KEMP (2001) 0,54 0,46 - “Composto Europeu” Animal DEVITT & WILTON (2001) 0,45 0,41 - “Várias Raças” Animal WILSON et al. (2001 a) 0,40 0,56 0,48 Angus T- AM WILSON et al. (2001 b) 0,34 0,37 0,36 Angus T- AM KEMP et al. (2002) 0,29 0,39 - Angus Animal STELZLENI et al. (2002) 0,31 0,26 - Brangus Animal CREWS et al. (2003) 0,37-0,51 0,53-0,69 - Simental Animal ARAUJO et al. (2004) 0,29 0,44 0,62 Nelore Animal “Composto Europeu” = Animais filhos de cruzamentos entre mais de três raças européias (Bos taurus); T-AM = modelo touro avô-materno; “Várias Raças” = Estimativa de herdabilidade das medidas de carcaça em touros puros de diversas raças européias (Bos taurus); 24 Regulamentação da Ultrassonografia para Avaliação de Carcaça • Jan-1989 – 1ª Certificação na Texas A&M (BIF – AOL e EG) • 1990 – BIF aceitava várias instituições para credenciamento • 1992 – Trabalho de IM ..... • 1996 – BIF 1ª certificação para IM. (BIF-outras instit. para certificar) • 1998 – outro marco .... 25 Validação do Modelo pela Iowa State University (ISU) em 1998 1998 – Quando acontece o próximo Marco Histórico A American Angus Association acertou com a ISU um programa de pesquisa de 2 anos: Coletar dados de ultrassom em nível de campo,usando técnicos selecionados; Desenvolver fatores de ajuste; Estimar componentes de covariância genética; Desenvolver o conceito do processamento centralizado do ultrassom; 26 Impacto da Implementação do ultrassom ... Status de Implementação Touros Avaliados até aaté Primavera de 2003: (Touros Avaliados) a Primavera de 2003 Car caca (3.407) Ultr a-som (9.629) 2000 1800 1600 1400 1200 Numer o de 1000 tour os 800 600 400 200 0 1979 1981 1983 1985 1987 1989 1991 1994 1996 1998 Ano de nascimento 27 • 1974 – 2001 https://www.angus.org/Nce/Averages.aspx (31/08/15) 40.000 carcaças avaliadas diretamente • 1998 – 2001 150.000 animais avaliados por ultrassom (téc. Credenciados) • 2011 1.269.264 animais (Ultrassom) 2013 1.388.522 animais (Ultrassom) • • 2014 1.486.207animais (Ultrassom) Fonte: John Crouch, AAA – 2002. 2015 1.690.718 Animais por (Ultrassom) DEPs (Ultrassom) = 2.736.033 Marbling score = 106.684 Peso ao desmame = 7.923.727 28 O foco da Iowa State University (ISU) - Concentrar em tecnologias para a predição da % de gordura intramuscular (marmoreio), por meio das imagens de ultrassom ... - Retirar a subjetividade de um escore visual, com relação ao marmoreio ... 29 Análise dedaImagem Análise imagem%daGIM % Gordura intramuscular 1.9 % Standard 4.1 % Low Choice 6.5 % Ave. Choice 12.0 % Prime 30 O foco da Iowa State University (ISU) Seis Anos de Solidão (1992-1998) A ISU se manteve ocupada: • • • • Treinando técnicos Coordenando Programas de Certificação Escutando os céticos – defendendo a tecnologia Refinando a tecnologia 31 bined analysis appropriately weights information m these sources and provides breeders estimates of 9, 2015 etic merit consistent with Published traitsFebruary in their breeding ctives on which to base selection decisions. Carcaça de novilhos vs Ultrassom N ational cattle evaluation system for combined analysis of car cass char acter istics and indicator tr aits r ecor ded by using ultr asound in Angus cattle 1 etic parameter, ultrasound M . D . M acN eil* 2 and S. L . N or thcutt† J. Anim. Sci. 2008. 86:2518–2524 doi:10.2527/jas.2008-0901 *USDA, Agricultural Research Service, Miles City, MT 59301; and †American Angus Association, Saint Joseph, MO 64506 ABST RACT : The objectives were to 1) evaluate genetic relationships of sex-specific indicators of carcass merit obtained by using ultrasound with carcass traits of steers; 2) estimate genetic parameters needed to implement combined analyses of carcass and indicator traits to produce unified national cattle evaluations for LM area, subcutaneous fat depth (SQF), and marbling (MRB), with the ultimate goal of publishing only EPD for the carcass traits; and 3) compare resulting evaluations with previous ones. Four data sets were extracted from the records of the American Angus Association from 33,857 bulls, 33,737 heifers, and 1,805 steers that had measures of intramuscular fat content (IMF), LM respectively. Genetic correlations of carcass measures from steers with ultrasonic measures from bulls and heifers indicated sex-specific relationships for IMF (0.66 ± 0.05 vs. 0.52 ± 0.06) and uLMA (0.63 ± 0.06 vs. 0.78 ± 0.05), but not for BW at scanning (0.46 ± 0.07 vs. 0.40 ± 0.07) or SQF (0.53 ± 0.06 vs. 0.55 ± 0.06). For each trait, estimates of genetic correlations between bulls and heifers measured by using ultrasound were greater than 0.8. Prototype national cattle evaluations were conducted by using the estimated genetic parameters, resulting in some reranking of sires relative to previous analyses. Rank correlations of high-impact 32 sires were 0.91 and 0.84 for the joint analysis of MRB Novilhos / Fêmeas Touros reeding stock based on carcass merit. /Since 1974, American Angus Association (AAA) has collected a for genetic evaluation of carcass traits (Wilson al., 1993). More recently, similar data have been ected from yearling bulls and heifers by using ulound (Crews and Kemp, 2001). To date, the AAA conducted separate genetic evaluations by using Regulamentação da Ultrassonografia para Avaliação de Carcaça • Jan-1989 – 1ª Certificação na Texas A&M (BIF – AOL e EG) • 1990 – BIF aceitava várias instituições para credenciamento • 1992 – Trabalho de IM ..... • 1996 – BIF 1ª certificação para IM. (BIF-outras instit. para certificar) • 1998 – outro marco .... • 1998 – 2000 – ISU e AAA (Projeto p/ centralizar e certificar) e os técnicos precisam certificar p/ todas as características • 1998 – 2000 - AUP – Animal Ultrasound Practitioners Association (Grupo) (Técnico interpreta sua própria imagem (Técnico era credenciado para específicas características/imagens) 33 Regulamentação da Ultrassonografia para Avaliação de Carcaça • 2001 – 2002 – ISU faz as certificações seguindo as regras da APTC (Comitê) e 2001 APTC é estabelecida pelos conselhos das associações das raças e 2001 ISU fica privada – CUP; Em 2001 a ISU começa a ser resp. pela certificação (APTC-comitê); • APTC – Animal Practiced Technician (2001 - 2002) - Comitê • UGC – Ultrasound Guidelines Council (2003) – Troca de nome 34 http://www.ultrasoundbeef.com 35 US Breed Associations Associação Americana de Raças Angus Hereford Simmental Charolais Red Angus Gelbvieh Limousin Chianina Maine Anjou Shorthorn Saler Beefmaster Brangus Santa Gertrudis . . Etc. US Beef Breeds Council Conselho Americano de Raças de Corte Ultrasound Guidelines Council Conselho Regulamentador de Ultrassonografia 36 Coleta de dados de qualidade (consistente) Atubra (“UGC do Brasil”) Objetivo: padronizar a coleta de dados de ultrassom (UGC). No intuito de promover a técnica do ultrassom em programas de melhoramento genético no Brasil e um grupo de técnicos que vem trabalhando a um bom tempo com ultrassom, se reuniram com a ABCZ em 2010 para discutir e fundar a Atubra, com o apoio da UGC. 2011 – 1ª Certificação pela Atubra/UGC 37 No Brasil … (Informação de agosto de 2005) 10.518 (IM) 2,48 86.856 38 a) NELORE, atualização para edição de junho de 2015 AOL = 29.627 (na base), 17.663 (avaliados); EGS = 29.636 (na base), 13.727 (avaliados); MAR = 20.342 (na base), 8.309 (avaliados). b) SENEPOL, atualização para edição de abril de 2015 AOL = 1.729 (na base), 1.139 (válidas); EGS = 1.729 (na base), 1.139 (válidas); MAR = 1.183 (na base), 746 (válidas). 39 Dados no PampaPlus Nº de Animais Informados para Avaliação/ano Nº Anim. Desmame Nº Anim. Sobreano 16000 14136 14000 12000 9930 1095011343 9603 10000 8000 6000 4000 2000 0 4345 5624 10367 6775 6719 6144 6889 1880 5641 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2015 = 863 Animais avaliados por (Ultrassom) Total de 124.159 animais avaliados (Julho de 2015) Fazendas Participantes por Ano 44 39 39 41 2012 2013 41 36 26 2009 2010 2011 2014 2015 40 Outras raças no Brasil Angus 2011 - 2015 = 8.625 Animais avaliados por (Ultrassom); (Programa de fomento) Montana 2011 – 2015 = 8.733 Animais avaliados por (Ultrassom); 41 Seleção assistida por Marcadores Moleculares (SAM) Os marcadores moleculares associados a genes que afetam características de interesse econômico podem ser utilizados como ferramenta no melhoramento genético animal. 42 Marcadores Moleculares • Poucos resultados – Poucos QTLs foram detectados •Resultados incongruentes na literatura •Métodos estatísticos são rigorosos – Custo alto para cada genótipo – Difícil aplicação dos resultados no melhoramento. •Só QTLs com grandes efeitos •Esgotamento rápido da variação •Reduz rapidamente a vantagem do uso do QTL •Efeito aditivo precisa ser incluído 43 Revolução Genômica • Renova promessas de grande impulso para o melhoramento genético animal em termos de SAM. • Proporcionada pelo: Desenvolvimento do Mapeamento Genético (por meio Genes candidatos - PCR-RFLP), o qual se descobriu os SNPs (Polimorfismo de nucleotideos simples), gerando painéis com milhares de marcadores SNPs. Estes painéis geraram essa nova possibilidade em termos de SAM, a qual é denominada Seleção 44 Genômica (SG). Era dos marcadores moleculares Microssatélite / IM / Rend. Carcaça QTL (EG e KPH = sem pleiotropia) 45 Era dos marcadores moleculares Era genômica ... * 114 SNPs; * Acurácia (comparação US e DEPgenômica e teste de progênie); * 20% melhor (h2 e correlações); 46 Era dos marcadores moleculares Era genômica ... Pleiotropia / SNPs 47 Era dos marcadores moleculares Boerner et al. GeneticsSelection Evolution 2014, 46:61 http://www.gsejournal.org/content/46/1/61 RESEARCH Ge n e t i c s Se l e ct i o n Ev o l u t i o n Era genômica (acurácia) ...Open Access Accuracies of genomically estimated breeding values from pure-breed and across-breed predictions in Australian beef cattle Vinzent Boerner* , David JJohnston and Bruce Tier Boerner et al. GeneticsSelection Evolution 2014, 46:61 http://www.gsejournal.org/content/46/1/61 Aumenta, mas não tanto como no gado de leite Abstract Background: The major obstaclesfor the implementation of genomic selection in Australian beef cattle are the variety of breedsand in general, small numbersof genotyped and phenotyped individualsper breed. The Australian Beef Cooperative Research Center (Beef CRC) investigated these issues by deriving genomic prediction equations(PE) from a training set of animalsthat coversa range of breedsand crossesincluding Angus, Murray Grey, Shorthorn, Hereford, Brahman, Belmont Red, Santa Gertrudisand Tropical Composite. Thispaper presentsaccuraciesof genomically estimated breeding values(GEBV) that were calculated from these PEin the commercial pure-breed beef cattle seed stock sector. Methods: PEderived by the Beef CRCfrom multi-breed and pure-breed training populationswere applied to genotyped Angus, Limousin and Brahman siresand young animals, but with no pure-breed Limousin in the training population. The accuracy of the resulting GEBVwasassessed by their genetic correlation to their phenotypic target trait in a bi-variate REML approach that models GEBVastrait observations. Results: Accuracies of most GEBVfor Angusand Brahman were between 0.1 and 0.4, with accuraciesfor abattoir carcasstraitsgenerally greater than for live animal body composition traitsand reproduction traits. Estimated accuraciesgreater than 0.5 were only observed for Brahman abattoir carcass traitsand for Anguscarcass rib fat. Averaged acrosstraitswithin breeds, accuraciesof GEBVwere highest when PEfrom the pooled across-breed training population were used. However, for the Angusand Brahman breedsthe difference in accuracy from using pure-breed PEwassmall. For the Limousin breed no reasonable resultscould be achieved for any trait. Conclusion: Although accuracieswere generally low compared to published accuraciesestimated within breeds, they are in line with those derived in other multi-breed populations. ThusPEdeveloped by the Beef CRCcan contribute to the implementation of genomic selection in Australian beef cattle breeding. RESEARCH Equações de predição (accurácia) Accuraciesof genomic 48 Era dos marcadores moleculares Era genômica (acurácia) ... 49 Era dos marcadores moleculares Era genômica (acurácia) ... 50 based on their diagonal element of A h selecting 15% of the animals at ranEra dos marcadores moleculares se of a real beef cattle pedigree, selection or males and females yielded similar rePublished February 9, 2015 Era genômica ... selection methods were superior to(custo) ranD iffer ent methods of selecting animals for genotyping to maximize the amount of genetic infor mation k nown in the population election,M simulation . L . Spangler ,* R. L . Sapp,† 1 2 J. K. Ber tr and,* M . D . M acN eil,† and R. Rek aya* ‡§ 3 *Animal and Dairy Science Department, University of Georgia, Athens 30602-2771; †USDA-ARS, Fort Keogh Livestock and Range Research Laboratory, Miles City, MT 59301; ‡Department of Statistics, and §Institute of Bioinformatics, University of Georgia, Athens 30602-2771 J. Anim. Sci. 2008. 86:2471–2479 doi:10.2527/jas.2007-0492 other methods presented concentrated on the selection Genotipar 5% dos animais mais utilizados of 5% of the animals for genotyping. The methods were evaluated based on the percentage of alleles correctly (Diagonal dafor A-1) mals in a population would be needed assigned after peeling (AK ), the probability of assignABST RACT : It is possible to predict genotypes of some individuals based on genotypes of relatives. Different methods of sampling individuals to be genotyped from populations were evaluated using simulation. Simulated pedigrees included 5,000 animals and were assigned genotypes based on assumed allelic frequencies for a SNP (favorable/unfavorable) of 0.3/0.7, 0.5/0.5, and 0.8/0.2. A field data pedigree (29,101 animals) and a research pedigree (8,688 animals) were used to test selected methods using simulated genotypes with allelic frequencies of 0.3/0.7 and 0.5/0.5. For the simulated pedigrees, known and unknown allelic frequencies were assumed. The methods used included random sampling, selection of males, and selection of both sex- hich would decrease the time and cost of heoretically, the problem at hand is simit were possible to evaluate every subset ual to the desired size, then the optimal be found. However, this is computation- P ing true alleles (AKG), and the average probability of correctly assigning the true genotype. As expected, random sampling was the least desirable method. The most desirable method in the simulated pedigrees was selecting both males and females based on their diagonal element of A−1. Increases in AKP and AKG ranged from 26.58 to 29.11% and 2.76 to 6.08%, respectively, when males and females (equal to 5% of all animals) were selected based on their diagonal element of A−1 compared with selecting 15% of the animals at ran- 51 Obrigado [email protected]