Parametric and semi-parametric models for predicting genomic breeding values of complex traits in Nelore cattle - Espigolan, Rafael [UNESP] (2017)
O melhoramento genético animal visa melhorar a produtividade econômica das futuras gerações de espécies domésticas por meio da seleção. A maioria das características de interesse econômico na pecuária é de expressão quantitativa e complexa, isto é, são influenciadas por vários genes e afetadas por fatores ambientais. As análises estatísticas de informações de fenótipo e pedigree permite estimar os valores genéticos dos candidatos à seleção com base no modelo infinitesimal. Uma grande quantidade de dados genômicos está atualmente disponível para a identificação e seleção de indivíduos geneticamente superiores com o potencial de aumentar a acurácia de predição dos valores genéticos e, portanto, a eficiência dos programas de melhoramento genético animal. Vários estudos têm sido conduzidos com o objetivo de identificar metodologias apropriadas para raças e características específicas, o que resultará em estimativas de valores genéticos genômicos (GEBVs) mais acurados. Portanto, o objetivo deste estudo foi verificar a possibilidade de aplicação de modelos semiparamétricos para a seleção genômica e comparar a habilidade de predição com os modelos paramétricos para dados reais (características de carcaça, qualidade da carne, crescimento e reprodutiva) e simulados. As informações fenotípicas e de pedigree utilizadas foram fornecidas por onze fazendas pertencentes a quatro programas de melhoramento genético animal. Para as características de carcaça e qualidade da carne, o banco de dados continha 3.643 registros para área de olho de lombo (REA), 3.619 registros para espessura de gordura (BFT), 3.670 registros para maciez da carne (TEN) e 3.378 observações para peso de carcaça quente (HCW). Um total de 825.364 registros para peso ao sobreano (YW) e 166.398 para idade ao primeiro parto (AFC) foi utilizado para as características de crescimento e reprodutiva. Genótipos de 2.710, 2.656, 2.749, 2.495, 4.455 e 1.760 animais para REA, BFT, TEN, HCW, YW e AFC foram disponibilizados, respectivamente. Após o controle de qualidade, restaram dados de, aproximadamente, 450.000 polimorfismos de base única (SNP). Os modelos de análise utilizados foram BLUP genômico (GBLUP), single-step GBLUP (ssGBLUP), Bayesian LASSO (BL) e as abordagens semiparamétricas Reproducing Kernel Hilbert Spaces (RKHS) e Kernel Averaging (KA). Para cada característica foi realizada uma validação cruzada composta por cinco “folds” e replicada aleatoriamente trinta vezes. Os modelos estatísticos foram comparados em termos do erro do quadrado médio (MSE) e acurácia de predição (ACC). Os valores de ACC variaram de 0,39 a 0,40 (REA), 0,38 a 0,41 (BFT), 0,23 a 0,28 (TEN), 0,33 a 0,35 (HCW), 0,36 a 0,51 (YW) e 0,49 a 0,56 (AFC). Para todas as características, os modelos GBLUP e BL apresentaram acurácias de predição similares. Para REA, BFT e HCW, todos os modelos apresentaram ACC similares, entretanto a regressão RKHS obteve o melhor ajuste comparado ao KA. Para características com maior quantidade de registros fenotípicos comparada ao número de animais genotipados (YW e AFC) o modelo ssGBLUP é indicado. Considerando o desempenho geral, para todas as características estudadas, a regressão RKHS é, particularmente, uma alternativa interessante para a aplicação na seleção genômica, especialmente para características de baixa herdabilidade. No estudo de simulação, genótipos, pedigree e fenótipos para quatro características (A, B, C e D) foram simulados utilizando valores de herdabilidade baseados nos obtidos com os dados reais (0,09, 0,12, 0,36 e 0,39 para cada característica, respectivamente). O genoma simulado consistiu de 735.293 marcadores e 1.000 QTLs distribuídos aleatoriamente por 29 pares de autossomos, com comprimento variando de 40 a 146 centimorgans (cM), totalizando 2.333 cM. Assumiu-se que os QTLs explicavam 100% da variação genética. Considerando as frequências do alelo menor maiores ou iguais a 0,01, um total de 430.000 marcadores foram selecionados aleatoriamente. Os fenótipos foram obtidos pela soma dos resíduos (aleatoriamente amostrados de uma distribuição normal com média igual a zero) aos valores genéticos verdadeiros, e todo o processo de simulação foi replicado 10 vezes. A ACC foi calculada por meio da correlação entre o valor genético genômico estimado e o valor genético verdadeiro, simulados da 12a a 15a geração. A média do desequilíbrio de ligação, medido entre os pares de marcadores adjacentes para todas as características simuladas foi de 0,21 para as gerações recentes (12a, 13a e 14a), e 0,22 para a 15a geração. A ACC para as características simuladas A, B, C e D variou de 0,43 a 0,44, 0,47 a 0,48, 0,80 a 0,82 e 0,72 a 0,73, respectivamente. Diferentes metodologias de seleção genômica implementadas neste estudo mostraram valores similares de acurácia de predição, e o método mais adequado é dependente da característica explorada. Em geral, as regressões RKHS obtiveram melhor desempenho em termos de ACC com menor valor de MSE em comparação com os outros modelos.