Evaluation of the Romosinuano cattle population structure in Mexico using pedigree analysis / Evaluación de la estructura poblacional de bovinos Romosinuano en México mediante el análisis de pedigrí / Avaliação da estrutura populacional de bovinos Romosinuano no México usando análise de pedigree

Abstract Background: Romosinuano cattle breed in Mexico has endured isolation and it is necessary to characterize it in order to facilitate sustainable genetic management. Objective: To assess the evolution of the structure and genetic diversity of the Romosinuano breed in Mexico, through pedigree analysis. Methods: Pedigree data was obtained from Asociación Mexicana de Criadores de Ganado Romosinuano y Lechero Tropical (AMCROLET). The ENDOG program (4.8 version) was used to analyze two datasets, one that includes upgrading from F1 animals (UP) and the other with only straight-bred cattle (SP). For both datasets, three reference populations were defined: 1998-2003 (RP1), 2004-2009 (RP2), and 2010-2017 (RP3). The pedigree included 3,432 animals in UP and 1,518 in SP. Demographic parameters were: Generation interval (GI), equivalent number of generations (EG), pedigree completeness index (PCI), and gene flow among herds. Genetic parameters were: Inbreeding (F) and average relatedness (AR) coefficients, effective population size (Nec), effective number of founders and ancestors, and number of founder genome equivalents. Results: The GI varied from 6.10 to 6.54 for UP, and from 6.47 to 7.16 yr for SP. The EG of the UP and SP improved >63% from RP1 to RP3. The PCI increased over time. No nucleus or isolated herds were found. For RP3, F and AR reached 2.08 and 5.12% in the UP, and 2.55 and 5.94% in the SP. For RP3, Nec was 57 in the UP and 45 in the SP. Genetic diversity losses were attributed mainly (>66%) to genetic drift, except for RP3 in the SP (44%). Conclusions: A reduction of the genetic diversity has been occurring after the Romosinuano breed association was established in Mexico, and this is mainly due to random loss of genes.

Resumen Antecedentes: La raza bovina Romosinuano ha estado prácticamente aislada en México y requiere ser caracterizada para un manejo genético sostenible. Objetivo: Evaluar la evolución de la estructura y diversidad genética de la raza Romosinuano en México, mediante el análisis del pedigrí. Métodos: Los datos genealógicos provinieron de la Asociación Mexicana de Criadores de Ganado Romosinuano y Lechero Tropical (AMCROLET). Los análisis se realizaron con el programa ENDOG (versión 4.8) para dos bases de datos, una que incluyó animales en cruzamiento absorbente (UP) a partir de F1 y la otra con sólo animales puros (SP). Para ambas bases de datos se definieron tres poblaciones de referencia: 1998-2003 (RP1), 2004- 2009 (RP2), y 2010-2017 (RP3). El pedigrí incluyó 3.432 animales en la UP y 1.518 en la SP. Los parámetros demográficos fueron: intervalo generacional (GI), número de generaciones equivalentes (EG), índice de completitud del pedigrí (PCI), y flujo de genes entre hatos. Los parámetros genéticos fueron: coeficientes de consanguinidad (F) y de relación genética aditiva (AR), tamaño efectivo de la población (Nec), número efectivo de fundadores y ancestros, y número equivalente de genomas fundadores. Resultados: El GI varió de 6,10 a 6,54 para la UP, y de 6,47 a 7,16 años para la SP. El EG de la UP y la SP mejoró >63%, de RP1 a RP3. El PCI aumentó a través de los años, pero más para la SP que para la UP. No se encontraron hatos núcleo o aislados. Para RP3, F y AR alcanzaron 2,08 y 5,12% en la UP, y 2,55 y 5,94% en la SP. Para RP3, Nec fue 57 en la UP y 45 en la SP. Más de 66% de las pérdidas en diversidad genética se debieron a deriva genética, excepto para RP3 en la UP (44%). Conclusiones: una reducción de la diversidad genética ha estado ocurriendo después de que se formó la asociación de criadores de ganado Romosinuano en México, y es debida principalmente a pérdidas aleatorias de genes.

Resumo Antecedentes: A raça bovina Romosinuano tem estado praticamente isolada no México e precisa ser caracterizada para um manejo genético sustentável. Objetivo: Avaliar a evolução da estrutura e diversidade genética da raça Romosinuano no México, através da análise de pedigree. Métodos: Os dados genealógicos vieram da Asociación Mexicana de Criadores de Ganado Romosinuano y Lechero Tropical (AMCROLET). As análises foram feitas com o programa ENDOG (versão 4.8) para duas bases de dados, uma que incluiu animais em cruzamento absorvente (UP) a partir da F1 e a outra base de dados somente com animais puros (SP). Para ambas bases de dados foram definidas três populações de referência: 1998-2003 (RP1), 2004-2009 (RP2) e 2010-2017 (RP3). O pedigree incluiu 3.432 animais na UP e 1.518 na SP. Os parâmetros demográficos foram: intervalo entre gerações (GI), número de gerações equivalentes (EG), índice de completude do pedigree (PCI), e fluxo de genes entre rebanhos. Os parâmetros genéticos foram: coeficiente de consanguinidade (F) e da relação genética aditiva (AR), tamanho efetivo da população (Nec), número efetivo de fundadores e ancestrais, e número equivalente de genomas fundadores. Resultados: O GI variou de 6,10 a 6,54 para a UP, e de 6,47 a 7,16 anos para a SP. EG da UP e a SP melhorou >63%, de RP1 a RP3. O PCI aumentou ao longo dos anos, mas mais para a SP do que para o UP. Não se encontraram rebanhos núcleo ou isolados. Para RP3, F e AR alcançaram 2,08 e 5,12% na UP, e 2,55 e 5,94% na SP. Para RP3, Nec foi 57 na UP e 45 na SP. Mais de 66% das perdas em diversidade genética foram ocasionadas pela deriva genética, exceto para RP3 no UP (44%). Conclusões: Depois que a associação da raça Romosinuano foi estabelecida no México, tem ocorrido uma redução da diversidade genética, principalmente devido a perdas aleatórias de genes.

Diversidade e estrutura genética de populações de Varronia curassavica Jacq. em restingas da Ilha de Santa Catarina / Genetic diversity and structure of Varronia curassavica Jacq. populations in the restinga of Santa Catarina Island

RESUMO Varronia curassavica Jacq. (Boraginaceae) está presente na vegetação de restinga e apresenta relevantes propriedades medicinais. A espécie é explorada especialmente por comunidades locais e pela indústria farmacêutica, porém, carece de informações ecológicas e genéticas a seu respeito. Nesse contexto, o estudo foi conduzido com o objetivo de caracterizar a diversidade genética de três populações de V. curassavica em áreas de restinga na Ilha de Santa Catarina. Foram coletadas folhas de 50 indivíduos adultos em cada uma das três áreas de estudo e as frequências alélicas das populações foram obtidas a partir de 14 locos alozímicos. Foram encontrados 25 alelos distintos nas três populações, sendo dois alelos exclusivos. As populações apresentaram diversidade genética média de 0,111 e índice de fixação médio de -0,060 (-0,273 até 0,222). Os níveis de diversidade são intermediários, semelhantes aos exibidos por espécies da mesma família ou de características ecológicas semelhantes. Os índices de fixação foram todos significativos e discrepantes entre as populações, sendo que duas delas apresentaram excesso de heterozigotos. A divergência genética interpopulacional foi significativa e igual a 0,079, considerada moderada e sugerindo efeitos de subdivisão populacional. Os níveis de diversidade genética encontrados e a redução populacional causada pela redução e fragmentação dos habitats em que a espécie ocorre sugerem medidas de conservação ex situ e demandam maior rigor na proteção legal de áreas de proteção permanente.

ABSTRACT The Varronia curassavica Jacq. (Boraginaceae) is present in restinga vegetation and shows relevant medicinal properties. The species is exploited by local communities and by the pharmaceutical industry; however, it lacks ecological and genetic information. Thus, this study aimed to characterize the genetic diversity of three V. curassavica populations in restinga areas of Santa Catarina Island. Leaves of 50 adult individuals were sampled in each of the three study areas and the allelic frequencies were obtained from 14 allozyme loci. Twenty-five different alleles were found in the three populations, two of them being exclusive. The populations showed, on average, a genetic diversity of 0,111 and a fixation index of -0,060 (-0,273 to 0,222). The diversity levels are intermediary, similar to those ones owned by species of the same family or with similar ecological traits. The fixation indexes were all significant and discrepant among the populations, with two of them showing excess of heterozygotes. The genetic divergence among populations was significant and equal to 0,079, which is considered moderate and suggests effects of population subdivision. The levels of genetic diversity found and the population decrease caused by reduction and fragmentation of habitats in which the species are present implies in ex situ conservation measures and a higher enforcement of the legal preservation of permanent protected areas.

Estrutura populacional da raça Girolando / Population structure of Girolando breed

O objetivo neste estudo foi avaliar a estrutura genética da população de bovinos da raça Girolando no Brasil. Analisou-se o arquivo de pedigree de 26.969 animais, composto de 3.031 machos e 23.938 fêmeas. O nível de conteúdo de informação do pedigree na geração atual foi 61%, mostrando ser de qualidade moderada. O coeficiente de endogamia médio e o coeficiente de relação médio da população Girolando foram 0,11 e 0,13%, respectivamente. O tamanho efetivo da população, considerando a geração completa traçada, foi 188, acima do nível crítico. Do total de 9.457 ancestrais que contribuíram para a população de referência, 457 explicaram 50% da variabilidade genética da população. O número efetivo de fundadores foi 551 e o de ancestrais 393. O intervalo médio de geração foi de 5,26 anos, sendo ligeiramente maior nas trilhas gaméticas mãe-filho e pai-filha. A partir dos coeficientes estimados, pode-se concluir que a endogamia nos rebanhos da raça Girolando foi de pequena magnitude e que as práticas de acasalamento foram adequadas durante o período avaliado. No entanto, é importante continuar com o monitoramento desses coeficientes a fim de prevenir perda de variabilidade genética.

The aim of this study was to evaluate the population structure of Girolando cattle in Brazil. The pedigree file contained 26,969 individuals, from which 3,031 were males and 23,938 were females. The average level of completeness of the pedigree in the current generation was of reasonable quality (61%). Inbreeding and average relatedness coefficients were low: 0.11 and 0.13%, respectively. Estimates of effective population size considering the full generations traced was 188, which is above the critical level range. The number of ancestors that contributed to the reference population was 9,457 animals, from which 457 explained 50% of the genetic variability of the population. The effective number of founders and the effective number of ancestors in this population were, respectively, 551 and 393. The average generation interval was 5.26 years, slightly higher in genetic pathways dam-son and sire-daughter. The inbreeding in the Girolando breed was of small magnitude, indicating that the current practices of mating were adequate during the study period. However, it is important to continue monitoring these coefficients in order to prevent loss of genetic variability.

History of registered Gyr breed in Brazilian Northeast: population structure and genetic improvement of growth traits / Histórico da raça Gir registrada no Nordeste brasileiro: melhoramento genético em características de crescimento e estrutura populacional

This paper provides an evaluation of the population structure, phenotype and genetic trends of registered Gyr herd cattle in northeast Brazil. The study provides important baseline information for the management, conservation and potential population expansion of this economically and culturally important cattle breed. Pedigree data were analyzed for individuals born between 1964 and 2006. Body weight values were adjusted to 205 and 365 days of age for animals born between 1978 and 2006. Phenotypic change of zebu Gyr in northeast Brazil is solely due to environmental improvement. However, there is potential for artificial selection for weight gain in young cattle. Effective population size decreased during the 1990s and the average inbreeding coefficient increased during the studied period. An increase of the effective population size of Gyr in northeast Brazil is strongly recommended, along with an increase in the management of the mating process to prevent inbreeding and to maintain the genetic variability of the breed.

Com o intuito de fornecer subsídios para programas de conservação, seleção e expansão da raça Gir no Nordeste do Brasil, objetivou-se avaliar o histórico do rebanho Gir registrado no nordeste brasileiro, com base na sua estrutura populacional e no progresso genético e fenotípico de características de desenvolvimento ponderal. Foram utilizadas informações de pedigree de animais nascidos no período de 1964 a 2006 e dados dos pesos ajustados aos 205 e 365 dias de idade de bovinos nascidos de 1978 a 2006. O progresso genético para a raça no Nordeste foi ocasionado exclusivamente pelo melhoramento ambiental. O tamanho efetivo da população reduziu a partir da década de 90, e o coeficiente de endogamia médio aumentou durante o período estudado. É imprescindível que o tamanho efetivo da raça Gir do nordeste seja ampliado e que haja maior controle de acasalamentos entre indivíduos aparentados, para prevenção da endogamia e conservação da variabilidade genética e viabilidade da raça.

Comparação de metodologias de seleção sob oscilação genética / Comparison of selection methodologies under genetic drift

Determinou-se o número adequado de repetições na comparação de métodos de seleção tradicionais e associados a marcadores moleculares, com diferentes tamanhos efetivos e sob diferentes sistemas de acasalamento dos reprodutores selecionados, usando simulação com o programa GENESYS. Para comparar os diferentes métodos de seleção utilizaram-se populações com tamanhos efetivos de 18,18 (TE1) e de 66,66 (TE2) e uma, 10 e 30 repetições por geração, avaliando-se os valores fenotípicos médios. Para as situações com apenas uma repetição, os resultados apresentaram incoerências, independentemente do tamanho efetivo (TE1 ou TE2) ou do sistema de acasalamento (RAA - reprodutores acasalados aleatoriamente, EIC - exclusão de irmãos completos ou EICMI - exclusão de irmãos completos e meio-irmãos). Observou-se que a oscilação genética influencia o ganho genético, principalmente, em populações com pequeno tamanho efetivo e que um valor mínimo de 10 repetições por geração é necessário para assegurar a consistência dos resultados obtidos pelos métodos de seleção.

This work was carried out to determine the required number of replicates for comparison of conventional and molecular marker-associated selection methods in distinct effective population sizes and different mating systems, by simulations using the software GENESYS. Effective populational size of 18.18 (ES1) and 66.66 (ES2), and one, 10, and 30 replicates per generation were used to compare the different selection methods, based on mean phenotypic values. Incongruences results were observed when a single replicate was considered independently of effective size (ES1or ES2) and the mating system (random mating; exclusion of full-sibs or exclusion of both full and half-sibs). Genetic oscillation influenced the genetic gain, mainly in populations of small effective size. Furthermore, at least 10 replicates per generation were required to obtain sound consistent results for both selection methods.