Os marcadores moleculares no contexto do melhoramento genético animal

Breve história do melhoramento genético

O melhoramento genético e a agropecuária são áreas milenares. Tais áreas são tão próximas que suas histórias se entrelaçam. O principal objetivo da agropecuária era a produção de alimentos. Selecionar os melhores organismos – ou genótipos – para reproduzi-los (cultivá-los ou criá-los) foi a opção mais óbvia para melhores resultados e, assim, provavelmente, surgiu o melhoramento genético. Foi por meio da observação de que alguns indivíduos apresentavam melhores resultados que o homem foi levado a selecionar aqueles com atributos mais interessantes.

Tratando-se da produção de alimentos, o homem percorreu um caminho árduo até selecionar os indivíduos que compensassem o trabalho que davam. O melhoramento genético de frango foi conduzido com base na seleção de características ligadas à precocidade, ganho de peso e conversão alimentar. Muito se fala sobre a aplicação de hormônios na avicultura para acelerar o crescimento dos animais, porém, esse pensamento é equivocado. O resultado é fruto do trabalho de melhoramento genético através da seleção e cruzamento de indivíduos com base em suas performances. Do mesmo modo ocorreu com o melhoramento genético suíno, hoje temos os animais com menor espessura de toucinho e maior deposição muscular. A área de olho de lombo suíno, por exemplo, recebe atenção especial dos melhoristas, com base nos anseios de mercado.

Muitas vezes, a seleção imposta pelo homem a determinados organismos vai na contramão da seleção natural. Visto que, a seleção artificial é promovida pelo homem com base em seus interesses, que não necessariamente condizem com características que fazem bem para o indivíduo. Os cães da raça pug, buldogue francês e buldogue inglês, por exemplo, tiveram suas características físicas selecionados com base em suas belezas exóticas, sem levar em conta os problemas respiratórios intrínsecos aos animais obesos e de focinho curto (Figura 1). O melhoramento genético, portanto, baseia-se na seleção de indivíduos com atributos desejáveis através da simples observação.

Krishna e a revolução na produção leiteira no Brasil

Selecionar indivíduos com base na produção ou na aparência é uma tarefa que pode durar anos até os resultados aparecerem para serem avaliados (Figura 2). O gado gir, por exemplo, originado na Índia, foi fruto de mais de 2 mil anos de seleção de animais com atributos desejáveis. O desenvolvimento da pecuária no Brasil, inclusive, está intimamente ligado à importação do gado zebuíno da Índia, um gado rústico perfeito para maior parte do território brasileiro, conforme suas características edafoclimáticas.

A chegada dessa raça ao Brasil, nos anos de 1960, causou uma verdadeira revolução genética. Foi através do cruzamento inter-racial (tática comum no melhoramento genético) envolvendo o gado gir, zebuíno e o gado holandês, taurino, que a produção leiteira do Brasil quadruplicou nos últimos 20 anos. O gado girolando, resultado dessa cruza, porta a rusticidade da raça gir com a alta produtividade leiteira da raça holandesa, comum no Brasil desde que foi trazida pelos portugueses. Atualmente, o gado girolando é responsável pela maior parte da produção leiteira por aqui. 

Marcadores moleculares: o que são?

Frutos dos avanços tecnológicos nas áreas de genética e biologia celular, os marcadores moleculares podem ser definidos de várias formas. O conceito mais simples e ilustrativo diz que um marcador molecular é qualquer fenótipo molecular expresso e herdável capaz de diferenciar indivíduos, populações ou espécies em qualquer fase de suas vidas. 

Fenótipo molecular pode ser um pedaço de DNA, ou uma molécula proveniente de um pedaço de DNA, como um RNA ou um polipeptídeo – designado proteína após atingir tamanho de 60 a 80 aminoácidos. Logo, qualquer um desses fenótipos moleculares pode ser usado como marcador se atender as premissas necessárias para tal feito.

Marcadores moleculares no Brasil

Antes restritos aos ambientes universitários e institutos de pesquisa, com o advento do barateamento de seu uso e sua consolidação como técnicas eficientes e de resultados rápidos, os marcadores moleculares nunca foram tão utilizados no Brasil. No final dos anos 90 e início dos anos 2000 os aparelhos envolvidos num estudo com marcadores moleculares eram caros, tornando-os inacessíveis para grande parte dos laboratórios brasileiros (Figura 3). Contudo, diante da concorrência de diferentes empresas – fornecedoras de materiais e equipamentos – e com a otimização das metodologias utilizando menor gasto material, o valor das análises tem se tornado cada vez mais acessível.

Marcadores moleculares nas ciências agrárias 

Ao ter acesso a detalhes do genoma, através dos marcadores moleculares, pode-se otimizar o trabalho ganhando tempo e poupando dinheiro. Nesse contexto, associar marcadores moleculares a locus controladores de características quantitativas ou QTL (Quantitative Trait Locus) passou a ser uma possibilidade. Lembrando que a maioria das características relacionadas à produção são de ordem quantitativa, ou seja, estão associadas a muitos genes, ditas poligênicas.

Na pecuária atual, a informação sobre características do DNA dentro do melhoramento genético de gado é utilizada via seleção genômica – que veio a agregar junto aos métodos tradicionais – em uma metodologia chamada Single Step Genomic Blup. Tal metodologia faz uso de multi marcadores moleculares (pois as características de interesse são poligênicas) para se ajustar o grau de parentesco entre os animais nas equações de predição de valor genético. Enquanto os marcadores de polimorfismo por único nucleotídeo, SNP – Single Nucleotide Polymorphism, são úteis para identificação de doenças de carácter recessivo e evitam que estas passem para a prole silenciosamente, como doenças relacionadas a perdas gestacionais, por exemplo. Os SNPs também servem para identificar animais portadores do gene relacionado a musculatura dupla, muito comum na raça senepol.

A EMBRAPA também faz uso de marcadores na identificação, caracterização e avaliação de recursos vegetais. Não é mais necessário esperar os resultados da safra para ter certeza que o grão plantado dará origem a plantas de boa produtividade. 

Principais tipos de marcadores moleculares

Hoje em dia, existem várias técnicas de genética molecular disponíveis (Figura 4). Cada uma delas apresenta vantagens e desvantagens dependendo do objetivo do estudo executado. Deve-se levar em consideração também recursos financeiros e a infraestrutura disponíveis, além da disponibilidade de recursos humanos aptos a trabalhar, uma vez que, o trabalho com genética exige conhecimento técnico especializado.

Atualmente tem-se várias técnicas que fazem uso de marcadores disponíveis no mercado. São inúmeras técnicas citadas em livros sobre marcadores moleculares que podem ser conferidos nas referências do artigo. Aqui citaremos: (A) isoenzimas, (B) RAPD, (C) RFLP, (D) microssatélites, (E) AFLP, (F) Minissatélites, (G) CAPS e (H) SSCP. 

A) ISOENZIMAS: Uma enzima pode ter uma gama variada de formas moleculares provenientes de variações alélicas dos genes codificadores e estas são usadas como marcadores. São usadas em diversos estudos, muitos de citotaxonomia e conservação de peixes.

B) RAPD (Randon Amplified Polymorphic): São fragmentos de DNA amplificados através da reação em cadeia da polimerase, também conhecida como PCR (Polimerase Chain Reaction), fazendo uso de primers curtos de sequências aleatórias. São muito usados para estimar a variabilidade genética em cultivares ou até em trabalhos de ecologia.

C) RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphism): Fragmentos de DNA adquiridos por meio de enzimas de restrição, separados via eletroforese, e visualizados através de hibridização com sondas de sequências homólogas marcadas com fluorescência ou radioatividade. Tais marcadores podem ser obtidos de genes ou regiões genômicas, inclusive, de DNA ribossomal ou mitocondrial ou de cloroplastos. Podem ser utilizados em estudos relacionados à conservação ou ciências agrícolas.

D) MICROSSATÉLITES: Também conhecidos como SSR (Simple Sequence Repeats), são sequências pequenas – de 2 a 5 pares de base (pb) – repetidas centenas ou milhares de vezes uma após a outra (padrão de repetição conhecido como in tandem). Tem sido usado em testes de paternidade em pessoas ou animais, entre outras utilidades.

E) AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphism): Essa técnica combina os princípios dos marcadores RFLP e RAPD. São sequências de DNA – 80 a 500pb – obtidas via digestão do DNA com enzimas de restrição, seguidos da ligação de oligonucleotídeos adaptadores e amplificação seletiva dos fragmentos por PCR.

F) MINISSATÉLITES: Conhecidos também por VNTR (Variable Number of Tandem Repeats), são unidades de cerca de 8 a 100pb repetidas in tandem, flanqueadas por regiões conservadas de endonucleases de restrição. São usados pelos criminologistas, por exemplo. 

G) CAPS (Cleaved Amplified Polymorphic Sequence): Também conhecido como PCR-RFLP, são pedaços de DNA amplificados por PCR através de primers específicos (20 a 30pb), seguido da digestão com endonucleases de restrição.

H) SSCP (Single-Strand Conformation Polymorphism): São pedaços de DNA – 200 a 800pb – amplificados por PCR usando primers específicos, desaturados para fita simples e separados via eletroforese. Essa técnica é usada, por exemplo, para se detectar mutações em genes específicos em diversos organismos.

Referências:

FALEIRO, F. G. Marcadores genético-moleculares aplicados aos programas de conservação e uso de recursos genéticos. 1. ed. Planaltina, DF: Embrapa Cerrados, 102p., 2007.

FERREIRA, M.E.; GRATTAPAGLIA, D. Introdução ao uso de marcadores moleculares em análise genética. 3a ed. Brasília: Embrapa-Cenargen, 1998.220 p.

LEHNINGER, T.M.; NELSON, D.L.; Cox, M.M. Princípios de Bioquímica. Ed. Artmed, 6ªed, São Paulo: Sarvier, 2014.

MILACH, S. Principais tipos de marcadores moleculares e suas características. Marcadores moleculares em plantas. p.17-28, 1998.

RAMALHO, M. A. P. ; SANTOS, J. B. dos ; PINTO, C. A. B. P. ; SOUZA, E. A. de ; GONÇALVES, F. M. A. ; SOUZA, J. C. de. Genética Na Agropecuária. 5. ed. Lavras: Editora UFLA, 565p., 2012.

Como Brasil transformou animal sagrado de marajá indiano em revolução genética e mercado bilionário. British Broadcasting Corporation – rede BBC. Disponível em:  < https://www.bbc.com/portuguese/brasil-44730087> Acesso em: 27 mar. 2021.