Genetic diversity assessment for the vulnerable migratory cownose ray Rhinoptera bonasus (Myliobatiformes: Rhinopteridae) from the southwestern Atlantic Ocean

ABSTRACT Rhinoptera bonasus is a bento-pelagic and highly migratory species occurring from southern United States to northern Argentina. Due to overfishing effects, R. bonasus is currently at risk, classified by the IUCN Red List as vulnerable. Considering the lack of molecular data available for R. bonasus, this study aimed to describe the genetic variability and population structure of specimens sampled from three Brazilian coast ecoregions (Amazon ecoregion, Pará; Northeastern ecoregion, Pernambuco and Southeastern ecoregion, Rio de Janeiro, São Paulo and Santa Catarina), through five polymorphic microsatellite markers. Here testing the panmixia hypothesis for Brazilian ecoregions and test natal philopathy. A total of 69 analyzed specimens revealed individual and significant genetic differentiation between the sampled locations. ST (0.12), PCA, DAPC and Bayesian analyses of the genetic population structure revealed at least two distinct genetic R. bonasus groupings. IBD tests were significant, indicating a correlation between genetic and geographical distance among populations, which can be explained by reproductive philopatric behavior. Philopatric behavior associated with R. bonasus mobility may influence the differentiation values observed for all loci in the investigated samples.

RESUMO Rhinoptera bonasus é uma espécie bento-pelágica e altamente migratória, que ocorre do sul dos Estados Unidos ao norte da Argentina. Devido aos efeitos da sobrepesca, R. bonasus está atualmente em risco, classificada pela Lista Vermelha da IUCN como vulnerável. Considerando a falta de dados moleculares disponíveis para R. bonasus, este estudo teve como objetivo descrever a variabilidade genética e estrutura populacional de espécimes amostrados em três ecorregiões do litoral brasileiro (Ecorregião Amazônica, Pará; Ecorregião Nordeste, Pernambuco e Ecorregião Sudeste, Rio de Janeiro, São Paulo e Santa Catarina), por meio de cinco marcadores microssatélites polimórficos. Assim, testaremos as hipóteses de panmixia e filopatria natal. Um total de 69 espécimes analisados revelou diferenciação genética individual e significativa entre os locais amostrados. As análises de ST (0,12), PCA, DAPC e Bayesiana revelaram pelo menos dois agrupamentos genéticos distintos de R. bonasus. Os testes de IBD foram significativos, indicando uma correlação entre a distância genética e geográfica entre as populações, o que pode ser explicado pelo comportamento filopátrico reprodutivo. O comportamento filopátrico associado à mobilidade de R. bonasus pode influenciar os valores de diferenciação observados para todos os loci nas amostras investigadas.

Genetic structure and diversity in Neochen jubata (Aves: Anatidae) from the Araguaia River, GO, Brazil / Estrutura populacional e diversidade genética de Neochen jubata (Aves: Anatidae) no rio Araguaia, GO, Brasil

Abstract: The Orinoco Goose (Neochen jubata) is a few-known and endemic Anatidae to South America, inhabiting sandy beaches along medium and large rivers, with a well-developed riparian forest and in swamp savannas and large freshwater baths. Recent data indicate the presence of longitudinal migratory behavior, and despite them, there are no records on the genetic profile of this species. The Araguaia River region, in the municipality of Luiz Alves, Goiás, receives an undetermined number of ducks seasonally, and there is little information about the individuals who visit this place, constituting the ideal scenario for a study able to offer a genetic overview perspective of this species and to understand the relationship between these individuals better. For this, we genetically characterized 61 individuals sampled in three distinct years of collection using microsatellite molecular markers and mitochondrial DNA. Genetic diversity analyses revealed low levels of heterozygosity for all sampled groups. However, they are within the equilibrium proposed by Hardy-Weinberg (HWE), as inbreeding or drift are not acting in these groups. The parentage analysis supports it, showing a high number of unrelated individuals over the years. AMOVA showed a significant difference among groups. These results may reflect the structure of this migratory species in that region, with the paired differentiation test of individuals from 2013 and 2014 being more similar to each other than those from other years, indicating a possible genetic structure diagnosed by the years of capture. However, there is a high allelic sharing among the three sampled groups, suggesting that these individuals are a population that connects over time and that they have a philopatric relationship with the location. The results found in this study constitute an initial milestone for the genetic knowledge of the mallard duck that should be raised in many other genetic studies.

Resumo: O ganso-do-orinoco (Neochen jubata) é um anatídeo endêmico da América do Sul, cujo habitat são praias arenosas ao longo de rios médios e grandes, com uma vegetação ripária bem desenvolvida e em savanas do pântano com extensos banhados de água doce. Dados recentes indicam a presença de comportamento migratório longitudinal e, apesar destes, não existem registros sobre o perfil genético dessa espécie. A região do rio Araguaia, no município de Luiz Alves, Goiás, recebe um número indeterminado de patos sazonalmente e há poucas informações sobre os indivíduos que visitam este local, constituindo o cenário ideal para um estudo capaz de oferecer uma perspectiva genética geral dessa espécie e também de entender melhor a relação de parentesco entre esses indivíduos. Para tal, caracterizamos geneticamente 60 indivíduos amostrados em três anos distintos de coleta, utilizando marcadores moleculares microssatélites e DNA mitocondrial. As análises de diversidade genética revelaram baixos níveis de heterozigosidade para todos os grupos amostrados. No entanto, eles estão dentro do Equilíbrio proposto por Hardy-Weinberg (HWE), pois a consanguinidade ou a deriva não estão atuando nesses grupos, a análise de parentesco apoia este resultado indicando um alto número de indivíduos não relacionados ao longo dos anos. A AMOVA apresentou diferença significativa entre os grupos. Esses resultados podem refletir a estrutura dessa espécie migratória naquela região, com o teste de diferenciação pareada de indivíduos de 2013 e 2014 sendo mais semelhantes entre si do que os de outros anos, indicando uma possível estruturação genética diagnosticada pelos anos de captura. No entanto, há um alto compartilhamento alélico entre os três grupos amostrados sugerindo que esses indivíduos são uma população que se conecta ao longo do tempo e que têm uma relação filopátrica com o local. Os resultados aqui encontrados constituem um marco inicial para o conhecimento genético do ganso-do-orinoco que contribuirá para novos estudos sobre esta espécie considerada "quase ameaçada" pela IUCN.

Genetic diversity in oocyte donors used in in vitro bovine embryo production programs in Brazil / Diversidad genética en donadoras de ovocitos utilizadas en programas de producción de embriones bovinos in vitro en Brasil / Diversidade genética em doadoras de oócitos utilizadas em programas de produção de embriões bovinos in vitro no Brasil

Abstract Background: Current reproductive management of bovine elite populations involves the use of assisted reproductive technologies (ARTs), aiming to obtain the greatest genetic gain. However, inadequate use of ARTs may lead to loss of genetic diversity in the offspring. Objective: To assess the genetic diversity in elite female cattle populations used in commercial in vitro embryo production. Methods: Using genetic and ecological approaches for the study of populations based on microsatellite markers, we assessed the genetic diversity between and within populations of cows used in commercial in vitro embryo production programs in Brazil. Results: Endogamy within populations varied from zero to 9.1%, while heterozygosity between populations (FST) was <0.05 in the different population interactions. AMOVA showed 1% variation between populations, 8% between individuals and 91% within individuals. The dimensionality reduction method utilized indicated a lack of structure in the populations analyzed, identifying two main clusters in the three populations. Conclusions: Low genetic diversity between cow populations associated with commercial programs of in vitro embryo production in Brazil was evidenced. Variable levels of endogamy within the populations were observed. Approaches of population genetics as well as ecological diversity can be implemented to more thoroughly estimate genetic diversity in livestock populations.

Resumen Antecedentes: El actual manejo reproductivo en poblaciones de bovinos de élite incluye la utilización de tecnologías de reproducción asistida (ARTs) con el fin de obtener mayor ganancia genética. Sin embargo, el uso inadecuado de las ART puede llevar a la pérdida de diversidad genética en los descendientes. Objetivo: Evaluar la diversidad genética en poblaciones de vacas de élite utilizadas en la producción comercial de embriones bovinos in vitro. Métodos: Utilizando abordajes de la genética y ecología de poblaciones basados en marcadores microsatélites, evaluamos la diversidad genética entre y dentro de poblaciones de vacas participantes de programas comerciales de producción de embriones in vitro en Brasil. Resultados: La endogamia dentro de las poblaciones varió de cero a 9,1%, mientras que la heterocigosidad entre poblaciones (FST) fue <0,05 en las diferentes interacciones de la población. El AMOVA mostró variación del 1% entre poblaciones, 8% entre individuos y 91% dentro de individuos. El método de reducción de dimensionalidad utilizado indicó una falta de estructura en las poblaciones analizadas, identificando dos grupos principales en las tres poblaciones. Conclusiones: Se evidenció una baja diversidad genética entre las poblaciones de vacas asociadas a programas comerciales de producción de embriones in vitro en Brasil. Se evidenciaron niveles variables de endogamia entre las poblaciones. Abordajes de la genética poblacional, así como de diversidad ecológica pueden ser implementados para estimar de manera más amplia la diversidad genética en poblaciones animales de interés pecuario.

Resumo Antecedentes: O atual manejo reprodutivo das populações de elite em bovinos envolve o uso de tecnologias de reprodução assistida (ARTs), visando obter o maior ganho genético. No entanto, o uso inadequado de ARTs pode levar à perda de diversidade genética na prole. Objetivo: Avaliar a diversidade genética em populações de vacas de elite utilizadas na produção comercial de embriões bovinos in vitro. Métodos: Utilizando abordagens da genética e ecologia de populações baseadas em marcadores microssatélites, foi avaliada a diversidade genética entre e dentro das populações de vacas participantes de programas comercias de produção in vitro de embriões. Resultados: A endogamia dentro das populações variou de zero a 9,1%, enquanto a heterozigosidade entre populações (FST) foi <0,05 nas diferentes interações populacionais. AMOVA mostrou variação de 1% entre populações, 8% entre indivíduos e 91% dentro de indivíduos. O método de redução de dimensionalidade utilizado indicou uma falta de estrutura nas populações analisadas, identificando dois clusters principais nas três populações. Conclusões: Baixa diversidade genética entre populações de vacas associadas a programas de produção in vitro de embriões foi evidenciada. Níveis de endogamia variáveis dentro das populações foram observados. Abordagens da genética populacional assim como de diversidade ecológica podem ser implementadas na tentativa de estimar de maneira mais abrangente a diversidade genética em populações animais de interesse pecuário.

Genetic and aggressiveness variation among Sclerotinia sclerotiorum dry bean isolates from Brazil fields / Variação genética e agressividade entre isolados de Sclerotinia sclerotiorum provindos de campos de feijão do Brasil

Sclerotinia sclerotiorum, infection of bean fields, has increased in Brazil. Fungicides application is the control strategy used due to lack of cultivars with complete disease resistance. To guide the use of isolates in resistance screening 25 S. sclerotiorum isolates from Brazilian dry bean fields were characterized using microsatellite markers, mycelial compatibility groups (MCGs) and aggressiveness. Microsatellite primer pairs were used to identify polymorphisms among the S. sclerotiorum isolates and MCGs were determined from interaction of all isolates grown sideby-side. Aggressiveness was derived from a straw test where fungal mycelium was placed over a cut bean stem and rated for disease progress. Data from microsatellite profiles grouped the 25 isolates into four clusters and seven MCGs were identified. No association among host cultivar and cluster or MCG of isolates was observed. For MCGs, 57% contained isolates sampled frequently over multiple locations and 43% contained isolates unique to locations. There were significant differences among isolates in aggressiveness within and between MCGs. The most aggressive isolates in resistance screening will be helpful in the identification of higher levels of resistance in bean germplasm/lines.

A infecção de Sclerotinia sclerotiorum em campos de feijoeiro tem aumentado no Brasil. A aplicação de fungicidas é a estratégia de controle utilizada devido à falta de cultivares com resistência completa á doença. Para orientar o uso de isolados visando resistência, 25 isolados de S. sclerotiorum coletados em campos de feijoeiro no Brasil foram caracterizados utilizando marcadores microssatélites, grupos de compatibilidade micelial (MCGs) e agressividade. Pares de primers de microssatélites foram utilizados para identificar polimorfismo entre os isolados de S. sclerotiorum e MCGs foram determinados a partir de interação dos isolados crescendo lado-a-lado. O teste de agressividade foi derivado a partir do straw test onde o micélio do fungo foi depositado sobre a haste cortada de feijoeiro e avaliado o progresso da doença. Os dados de microssatélites dos 25 isolados de S. Sclerotiorum foram agrupados em quatro grupos e identificados sete MCGs. Não foi observada associação entre a cultivar hospedeira e o cluster ou MCG dos isolados. Para MCGs, 57% continham isolados amostrados em vários locais e 43 % continham isolados de apenas um local. Houve diferença significativa entre os isolados na agressividade dentro e entre os MCGs. O isolado mais agressivo no screening de resistência será útil na identificação de níveis mais elevados de resistência em germoplasma/linhagens de feijoeiro.

Genetics of two marine shrimp hatcheries of the Pacific white shrimp Litopenaeus vannamei (Boone, 1931) in Pernambuco, Brazil / Genética de duas larviculturas de camarão branco do Pacífico Litopenaeus vannamei (Boone, 1931) em Pernambuco, Brasil

The shrimp industry has grown significantly over the past 10 years in Brazil, especially the farmed production of the exotic Pacific white shrimp, Litopenaeus vannamei. In 2004, this industry was marked by a productivity crisis, which stirred interest towards genetic improvement of shrimp stocks. Shrimp breeders importation was banned in Brazil by a govern Normative Instruction in 1997, as a sanitary precaution. Since then, broodstock replacement in hatcheries has been based on domestic stocks, raising concerns on the decline of genetic diversity and if the existing diversity would allow effective genetic improvement programs. In the present research, genetic parameters such as number of alleles, effective allele number, expected and observed heterozygosities, inbreeding coefficient, genetic differentiation index and deviation from Hardy-Weinberg equilibrium have estimated of two important commercial hatcheries in Northeast Brazil, genotyping 5 microsatellite loci. Effective allele number (3 to 10.5) and average observed and expected heterozygosities (0.480 and 0.680) were consistent with those reported for cultured and wild Penaeid populations. However, F IS positive values (0.381 for hatchery A and 0.249 for hatchery B) reflected a significant heterozygous deficiency within hatcheries (P<0.01). Nevertheless, we concluded that even after ten years of limited genetic input, it has been possible to maintain a high level of genetic variability, possibly due to the wide diverse origin of the founder broodstocks and the constant breeders exchange among hatcheries.

A carcinicultura cresceu significativamente no Brasil ao longo dos últimos 10 anos, especialmente a produção do camarão branco do Pacífico, o exótico Litopenaeus vannamei. Em 2004, a atividade foi marcada por uma crise na produção, que despertou interesse na implantação de programas de melhoramento dos estoques de camarão. A importação de crustáceos foi banida do Brasil por uma Instrução Normativa de 1997, como uma medida de precaução sanitária. Desde então, a reposição de matrizes nas larviculturas passou a ser conduzida com estoques domesticados, gerando preocupações sobre o possível declínio da diversidade genética e sobre a possibilidade de que a diversidade genética existente pudesse garantir ganhos efetivos em programas de melhoramento. No presente trabalho, parâmetros genéticos, tais como número de alelos, número de alelos efetivos, heterozigosidade esperada e observada, coeficiente de consanguinidade, coeficiente de diferenciação genética e desvio do equilíbrio de Hardy-Weinberg, foram estimados para duas importantes larviculturas comerciais do Nordeste do Brasil, por meio da genotipagem de cinco marcadores microssatélites. O número de alelos efetivos (3 a 10,5) e as heterozigosidades médias observada e esperada (0,480 e 0,680) foram consistentes com aqueles relatados para populações de peneídeos de cativeiro e selvagens. Entretanto, valores positivos de F IS (0,381 para a larvicultura A e de 0,249 para a larvicultura B) mostraram uma deficiência significativa de heterozigotos (P<0,01). Apesar disso, é possível concluir que, mesmo após 10 anos de proibição na importação de crustáceos, tem sido possível manter um alto nível de variabilidade genética, possivelmente devido a origens múltiplas do estoque de fundadores dessa espécie no Brasil e da constante troca de reprodutores entre larviculturas.

Cytogenetic and molecular characterization of Speothos venaticus specimens / Caracterização citogenética e molecular de exemplares de Speothos venaticus

The bush dog (Speothos venaticus) is a South American canid, included in the IBAMA (Brazilian Institute of Environment and Renewable Natural Resources) official list of animals threatened with extinction, in the vulnerable category. As a preservation and conservation strategy, specimens kept in captivity by Brazilian Institutions are monitored by a management plan. In order to characterize and analyze the genetic variability of bush dog specimens, a cytogenetic analysis was carried out, and microsatellite data were also obtained through the use of 15 primers, originally developed for the domestic dog (Canis familiaris). All tested primers showed transferability and amplified fragment sizes similar to those described for the canine genome. From the total number of primers, eight were tested, and presented two polymorphic regions. Regarding cytogenetic analysis, one of the animals had chromosomal mosaicism, disqualifying it as a reproducer to form stocks. Thus, we concluded that the genetic evaluation of wild animals kept in captivity provides data that can help with the practice of exchange between different institutions, avoiding problems in the reproductive capacity of the breeding stock.

O cachorro-vinagre (Speothos venaticus) é um canídeo sul americano que está na lista oficial do Ibama de animais ameaçados de extinção, na categoria vulnerável. Como estratégia de preservação e conservação, os espécimes mantidos em cativeiro por instituições brasileiras são acompanhados por um plano de manejo. Visando a caracterização genética e posterior análise de variabilidade genética de exemplares de cachorro-vinagre, foi feita a análise citogenética e testou-se a transferabilidade de 15 primers de regiões microssatélites desenvolvidos para o cachorro doméstico (Canis familiaris) para esta espécie de canídeo. Todos os primers testados mostraram transferabilidade, com fragmentos amplificados de tamanhos semelhantes aos descritos para o genoma canino. Do total de primers, oito foram testados em 25 animais cativos e, dentre estes, duas regiões apresentaram polimórficas. Em relação à análise citogenética, um dos animais analisados apresentou mosaicismo cromossômico, desqualificando-o para utilização como reprodutor na formação de plantéis. Os demais exemplares apresentaram padrão cariotípico esperado para a espécie. Desta forma, concluiu-se que a avaliação genética de animais silvestres criados em cativeiro fornece dados que podem auxiliar com a prática de intercâmbio entre animais de diferentes instituições, evitando o comprometimento na capacidade reprodutiva do plantel.

Diversidade genética e eficiência de DNA microssatélites para o controle genealógico da raça Nelore / Genetic diversity and efficiency of DNA microsatellites for genealogic control in Nelore breed

Foram estimados na raça Nelore a variabilidade genética e os valores de determinação de paternidade usando-se 11 marcadores microssatélites do painel ISAG/FAO. Estes foram organizados em quatro conjuntos de amplificação para genotipagem semi-automática por fluorescência. Todos os marcadores apresentaram-se altamente polimórficos, com média de 8,2 alelos por loco. A heterozigosidade observada, com média de 0,48, foi menor que a esperada em 10 locos. Foram observadas deficiências de heterozigotos em nove locos, o que resultou no desequilíbrio de Hardy-Weinberg para a população estudada. O conteúdo polimórfico informativo foi superior a 0,5 em 10 locos. O poder de discriminação foi >0,999 e as probabilidades de exclusão de paternidade quando são conhecidos os genótipos de um bezerro, sua mãe e um pai alegado, ou quando um ou outro genótipo parental não está disponível, para o conjunto de marcadores foram >0,999 e >0,989, respectivamente. O conjunto de 11 marcadores constitui método eficiente para a determinação de paternidade na raça Nelore

The genetic variability and paternity testing values in Nelore breed were estimated using 11 ISAG/FAO microsatellites. The markers were organized into 4 amplification groups for semi-automated fluorescence genotyping. All markers were highly polymorphic, with an average of 8.2 alleles per locus. With a mean value of 0.48, the observed heterozygosity was lower than the expected for 10 of the loci. A significant deficit of heterozygotes was observed for 9 loci, resulting in a lack of Hardy-Weinberg equilibrium in the studied population. Polymorphism information content values exceeded 0.5 for 10 loci. The power of discrimination was >0.999 and paternity exclusion probabilities when a mother, her offspring and a putative sire are compared or when one or other parental genotype is unavailable for the combined set of markers were, respectively, >0.999 and >0.989. The set of 11 microsatellite markers proved to be an efficient tool for paternity testing in Nelore cattle