Genome-wide association studies and functional annotation of pre-weaning calf mortality and reproductive traits in Nellore cattle from experimental selection lines

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Rodrigues, Gustavo R. D. ; Brito, Luiz F. ; Mota, Lucio F. M. ; Cyrillo, Joslaine N. S. G. ; Valente, Julia P. S. ; Benfica, Lorena F. ; Neto, Joao B. Silva ; Borges, Marcelo S. ; Monteiro, Fabio M. ; El Faro, Lenira ; Albuquerque, Lucia G. ; Mercadante, Maria E. Z.

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: BMC Genomics; v. 25, n. 1, p. 17-pg., 2024-12-18.

Resumo

BackgroundReproductive efficiency is crucial for the long-term economic sustainability of beef cattle production. Pregnancy loss and stillbirth are complex reproductive traits that do not yet have their genomic background fully understood, especially in zebu breeds (Bos taurus indicus). Hence, this study aimed to perform a genome-wide association study (GWAS) and functional annotation for conception success (CS), pregnancy loss (PL), stillbirth (SB), and pre-weaning calf mortality (PWM) in Nellore cattle. In this study, 3,728 cows with 17,094 reproductive records and 11,785 calves were evaluated. A total of 3,351 genotyped animals and 383,739 SNP markers were considered for GWAS analyses. SNP effects were estimated using the weighted single-step GWAS (WssGWAS), which considered two iterations. The top ten genomic windows with the highest contribution to the additive genetic variance of the traits were selected for gene annotation. Candidate genes were then analyzed for Gene Ontology terms (GO) and metabolic pathways.ResultsThe top ten genomic windows that explained the largest proportion of the direct additive genetic variance (\documentclass[12pt]{minimal} \usepackage{amsmath} \usepackage{wasysym} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amssymb} \usepackage{amsbsy} \usepackage{mathrsfs} \usepackage{upgreek} \setlength{\oddsidemargin}{-69pt} \begin{document}$$\:{{\sigma\:}}_{\text{a}}<^>{2}$$\end{document}) for CS, PL, SB, and PWM accounted for 17.03% (overlapping with 79 genes), 16.76% (57 genes), 11.71% (73 genes), and 12.03% (65 genes) of the total \documentclass[12pt]{minimal} \usepackage{amsmath} \usepackage{wasysym} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amssymb} \usepackage{amsbsy} \usepackage{mathrsfs} \usepackage{upgreek} \setlength{\oddsidemargin}{-69pt} \begin{document}$$\:{{\sigma\:}}_{\text{a}}<^>{2}$$\end{document}, respectively. For CS, significant GO terms included Somitogenesis (GO:0001756), Somite Development (GO:0061053), and Chromosome Segregation (GO:0007059). Considering PL, the processes annotated were the Regulation of Hormone Secretion (GO:0046883), and Hormone Transport (GO:0009914), along with the Glucagon Signaling Pathway (bta04922). Embryonic Development (GO:0045995), and Cerebellum Development (GO:0021549) were the main biological processes found in the gene enrichment analysis for SB. For PWM, the Regulation of Glucose metabolic processes (GO:0010906), Zinc Ion Homeostasis (GO:0055069), Lactation (GO:0007595), and Regulation of Insulin Secretion (GO:0050796) were the most significant GO terms observed.ConclusionsThese findings provide valuable information on genomic regions, candidate genes, biological processes, and metabolic pathways that may significantly influence the expression of complex reproductive traits in Nellore cattle, offering potential contributions to breeding strategies and future genomic selection strategies. (AU)

• Processo FAPESP: 24/01909-7 - Varredura do genoma para regiões de distorção da taxa de transmissão e suas associações com aborto, natimorto e mortalidade pré-desmame em bovinos Nelore
• Beneficiário: Gustavo Roberto Dias Rodrigues
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Mestrado
• Processo FAPESP: 24/05697-4 - Estudo do efeito genético indireto da interação social sobre características obtidas em testes de eficiência alimentar de bovinos da raça Nelore
• Beneficiário: Júlia de Paula Soares Valente
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Processo FAPESP: 17/10630-2 - Aspectos genéticos da qualidade, eficiência e sustentabilidade da produção de carne em animais da raça Nelore
• Beneficiário: Lucia Galvão de Albuquerque
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 23/11176-4 - Mapeamento de candidatos a haplótipos letais e regiões genômicas associadas a ocorrência de aborto e mortalidade pré-desmame em bovinos da raça Nelore
• Beneficiário: Gustavo Roberto Dias Rodrigues
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado
• Processo FAPESP: 22/11852-7 - Modelo de equação estrutural como uma ferramenta para interpretar a interação genótipo-ambiente e estudos de associação genômica (GWAS) para características de crescimento e reprodução em novilhas da raça Nelore usando dados de sequência completa
• Beneficiário: Lúcio Flávio Macedo Mota
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 17/50339-5 - Plano de desenvolvimento institucional de pesquisa do Instituto de Zootecnia (PDIp)
• Beneficiário: Lenira El Faro Zadra
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa Modernização de Institutos Estaduais de Pesquisa