INFLUÊNCIA DO DNA MITOCONDRIAL NA BOVINOCULTURA

Influência do DNA mitocondrial na Bovinocultura

Mérik Rocha Silva¹

¹Zootecnista (UNEMAT), Mestre em Ciência Animal (UFMT), Professor Pesquisador . merikrocha@cca.uespi.br

RESUMO: Empiricamente espera-se constatar totalidade DNA mitocondrial (mtDNA) zebuíno em raças como Gir e Nelore, no entanto foi identificado até 97% de mtDNA taurino. Através de análise bibliografia foi feito um estudo da influência da variação do mtDNA sob a bovinocultura, principalmente a brasileira; onde através das pesquisas de diversos pesquisadores podemos constatar que apesar da importância da variação, principalmente entre Bos t. taurus e Bos t. indicus; não é tão impactante da variação do mtDNA para produção animal, todavia, extremamente interessante para os estudos de formação de rebanhos, com alguns efeitos significativos sob desempenho dos animais.

Palavras-chave: mtDNA, linhagem citoplasmática, seleção matrizes, citoplasma.

ABSTRACT: Empirically, total zebu mitochondrial DNA (mtDNA) is expected to be found in breeds like Gyr and Nellore; however, up to 97% taurine mtDNA has been identified. Through a literature review, we investigated the influence of mtDNA variations on cattle farming, mainly in Brazil. Studies developed by many researchers showed that despite the importance of this variation, especially between Bos t. taurus and Bos t. indicus, it does not have a great impact on animal production; yet it is extremely interesting for studies of herd formation, with some significant effects on animal performance.

1. INTRODUÇÃO

O Brasil é um país relativamente jovem, e apesar de não dispor de espécies bovinas em sua fauna original se destaca como grande produtor. Diversas raças bovinas são criadas no Brasil, introduzidas no país sob diferentes condições. Os primeiros rebanhos brasileiros começaram a ser formados no período colonial, com as chegada de animais Bos taurus trazidos pelos colonizadores portugueses, estes bovinos de origem europeia eram capazes de suportar os invernos portugueses, sendo utilizados para diversos fins rurais, eram adaptados ao clima temperado e consumiam forrageiras de boa qualidade até serem importados para o Brasil. Estes foram os principais formadores do rebanho brasileiro até o meio do século passado, quando houve a importação de animais Bos taurus indicus, principalmente touros zebus (MAGNABOSCO, 1997; VERCESI FILHO, et al., 2010). 

Os primeiros animais importados da Europa estando sob seleção natural por sobrevivência em clima tropical, foram adaptados as condições climática e de alimentação brasileira,  formando rebanhos de animais diferentes dos originalmente introduzidos no país. Estes animais criados principalmente nas regiões Sul e Sudeste, suportavam melhor a insolação e conseguiam melhor utilizar as forrageiras, dando origem a novas raças. Todavia, estes animais não eram suficientemente adaptados, especialmente inapropriados para algumas regiões do centro-oeste, norte e nordeste do Brasil, com condições de semiárido e savanas; o que impulsionou a importação dos zebuínos (OLIVEIRA, et al., 2002; LENSTRA, et al., 2014).  

Os cruzamentos que se prosseguiram após a importação dos touros zebu foram absorventes, utilizando principalmente fêmeas nativas, descentes dos primeiros animais importados da Europa, que apresentavam mtDNA taurus.  Sempre ocorreram cruzamentos entre Bos taurus e Bos indicus para produção no Brasil (CURI et al., 2007), o que miscigenou o atual rebanho de bovinos criados no Brasil, que apesar de ser majoritariamente zebuíno, formado principalmente pelas raças Nelore e Gir; apresenta muitos animais com mtDNA taurino, incluindo os animais PO - Puros de Origem com registro em associação (MEIRELLES, et al., 1999; RIBEIRO et al., 2009; MÉO, et al., 2008).

Atualmente diversos animais zebuínos PO (puros de origem), registrados ou não nas associações de criadores de cada raça, em decorrência dos cruzamentos absorventes apresentam mtDNA (DNA mitocondrial) divergente da raça que pertence. Apesar do mtDNA não ser o banco de informações que definirá majoritariamente o fenótipo animal; é um importante parâmetro de seleção, principalmente para formação de rebanhos com metabolismo celular mais apropriado as condições tropicais.

Objetivou-se revisar as bibliografias disponíveis abordando a possibilidade do aperfeiçoamento dos rebanhos brasileiros através da seleção do rebanho materno, preconizando os animais com mtDNA zebu, visando maior eficiência produtiva.

 

1.2 MITOCONDRIAS

            Entre as organelas citoplasmáticas temos as mitocôndrias, que por ocasião da reprodução nos bovinos e transmitida integralmente da mão (exclusivamente da mãe) a prole, portanto mãe e cria compartilham de mitocôndrias idênticas. Esta informação passa de um detalhe à uma ferramenta de seleção diante da importância desta organelas à produção animal; tendo a organela grande importância no metabolismo celular e suas inter-relações com o núcleo (WAGNER, 1972).

                Aproximadamente 90% de toda energia celular são sintetizadas pelas mitocôndrias, influenciando entre outros a eficiência energética (HERD & ARTHUR, 2009). Por exemplo, na bovinocultura leiteira, a maior parte da energia disposta à glândula mamaria é fornecida pelas mitocôndrias do animal, justificando haver variação na produção leiteira de animais geneticamente equiparados quanto a PTA - Predicted Transmiting Hability (habilidade provável de transmissão, equiparado à DEP em bovinos de corte) para produção de leite (PELICIONI & QUEIROZ, 2001).

 

1.3 DNAmitocondrial (mtDNA)

Além do genoma nuclear, os mamíferos apresentam mtDNA (DNA mitocondrial), também conhecido como genoma citoplasmático (MÉO et al., 2008) ou DNA extracelular que promove a variabilidade genética materna (PELICIONI e QUEIROZ, 2001). O DNA mitocondrial apresenta dezesseis genes e 11 genes RNA (WAGNER, 1972). O mtDNA está presente no citoplasma do oócito é transmitido integralmente pela mãe à cria; tendo a prole mtDNA majoritariamente idêntico ao de sua mãe, sem influência do touro (GARMYN et al., 2013; [e] QUINTINO et al., 2009). O mtDNA está disposto na membrana interna das mitocôndrias (VERCESI FILHO, et al.,2010). Sendo 17 mil vezes menor que o DNA nuclear (RIBEIRO, et al., 2007).

Wagner (1972) realizou a primeira publicação cientifica abordando o mtDNA como mecanismo para promover o melhoramento genético adicional. Segundo Quintino et al. (2009), algumas características produtivas estão relacionadas prioritariamente aos efeitos do mtDNA, que interfere na atividade respiratória da organela mitocôndrias, que por sua vez influenciam funções metabólicas. Vercesi Filho et al., (2010) esclarece que a principal característica da mitocôndria é de fosforilação oxidativa. Sendo sua variação suficientemente importante para promover efeito sobre características produtivas (MÉO, et al., 2008).

O efeito materno engloba aspectos genéticos (mtDNA) e comportamentais, independentes dos genes nucleares herdados da mãe; sendo representado pela variação relativa as condições de geração, sobrevivência e crescimento proporcionadas pela mãe à prole. Considerando que a matriz já contribui com metade dos genes presente nos núcleos das células da cria, este efeito materno compreende um efeito adicional, creditando a matriz a maior importância sob o desempenho das crias bovinas em relação aos touros (ALENCAR, et al.,1998; [e] QUINTINO et al., 2009).

Semelhantemente existe herança genética unilateral entre os machos, através das informações contidas no cromossomo Y, mas o material genético do cromossomo Y é passível de sofrer recombinação na região pseudoautossômica (ISSA, et al., 2006). São informações utilizáveis para promover estudos sobre a origem do gado doméstico, as adaptações das espécies Bovidae e melhoramento genético para produção de carne ou leite. Dependendo de um bom banco de dados para identificação do haplótipo dos mtDNA via análise citoplasmática.

 

1.3.1 Análise Citoplasmática

Ainda segundo o último autor (QUINTINO et al., 2009) a fração do efeito relacionado creditado a variação genética é conhecida como linhagem citoplasmática, sendo comumente empregado o termo efeito citoplasmático como sinônimo de efeito materno. Podemos traçar a linhagem citoplasmática através da análise dos registros genealógicos dos animais, no entanto, Meirelles et al (1999) constatou haver indícios de erros no registrou de pedigree, identificando fêmeas importadas com registro de POI, apresentando mtDNA taurino através da análise citoplasmática.

A técnica laboratorial utiliza primers para identificar a origem das matrizes (Bos t. taurus ou Bos t. indicus). Sendo comumente empregado a metodologia de Meirelles et al. (1999).

Vercessi Filho et al., (2010) promoveu a lise das hemácias e a digestão dos glóbulos branco presentes em uma amostra de 1 ml de sangue; toda a proteína da amosra preciptou em solução de NaCl5M, o sobrenadamente em outro tubo sofreu a adição de etanol absoluto, o que promoveu  precipitação do DNA nas amostras. A partir da obtenção do material genético cintoplasmatico procede-se a ampliação do mtDNA com uso dos primers BosmtF1 5´-cccaacgaggaaaatatacc-3´ e BosmtR1 5´-aaccgcaaacaacctcttcc-3´.

Segundo a metodologia de Anderson et al. (1982)  utilizada por Meirelles et al (1999) e Vercesi Filho et al. (2010) entre outros; com a ampliação da região do gene ND5 do genoma mitocondrial dos nucleotídeos 11.770 a 12.525. Posteriormente o mtDNA ampliado é digerido por enzima especifica: Hindi III¸ identificado através de coloração com Brometo de etídeo para sofrer a eletroforese em TBE 1X (VERCESI FILHO, et al., 2010).

O resultado é exposto como na figura 1.

Figura 1: Fragmentos de DNA mitocondrial amplificados.

Adaptado de Vercesi Filho, et al.(2010).

A meta-analise realizada por Lenstra et al. (2014) elucida as diferenças genética (DNA d núcleo celular) entre as 800 espécies de bovinos serem basicamente diferenças no grupos de alelos. Onde foi identificado a ocorrência de haplogroup T1 em animais africanos que não estão presentes no código genético dos animais asiáticos. Projeta-se que no mtDNA haja variações principalmente em torno do tempo, e não poucas relacionadas a território.

1.3.2 Polimorfismo

O polimorfismo no mtDNA tende a alterar a taxa de síntese proteica mitocondrial, interferindo principalmente sob a capacidade de termorregulação dos rebanhos sob produção em regiões tropicais, interferindo negativamente na produtividade animal (MÉO et al., 2008).

Os animais zebuínos com polimorfismo no mtDNA sofrem alterações no uso de rotas metabólicas, vindo a interferir sob a produção de leite e carne (VERCESI FILHO, et al.,2010). Polimorfismo no mtDNA podem as taxas de síntese de proteína nas mitocôndrias, afetando a capacidade de adaptação dos bovinos (MÉO et al., 2008).

Meirelles et al. (1999) identificou polimorfismo na região do ácido amino ND5, todavia sem influência sobre a função mitocondrial. Todavia, outros polimorfismos podem influenciar a oferta de energia para os tecidos.

   

1.4 Estudos sob a formação dos rebanhos

Há uma grande variedade de bovinos no mundo, atualmente mais de 800 raças bovinas, com certeza outras raças estão extintas, o que nos dimensiona a variedade de genótipos bovinos (KIM et al., 2010). O relacionamento do homem com os bovinos desenharam muitos aspectos de nossa sociedade, sendo comum durante as movimentações de grupos de pessoas levarem consigo os animais de criação.

Pellechia, et al.(2007) estudando o mtDNA dos bovinos etruscos, também conhecidos como toscanos; identificou que os mesmos, bem como seus donos antepassados vieram não do oriente europeu, como se acreditava, mais sim do Mediterrâneo Oriental.

No Brasil os primeiros bovinos vieram com os colonizadores, e em outras parte do mundo os bovinos exemplificam, e as vezes chegam a esclarecer duvidas do comportamento migratório de tribos e outros grupos no decorrer de estudos antropológicos. Nesta área da pesquisa a análise do mtDNA colabora com entendimento das mudanças e formações dos diferentes rebanhos bovinos.

Considerando que é de interesse dos criadores de regiões tropicais (Centro-oeste, e parte da região norte, nordeste e sudeste) o uso de rebanhos Bos taurus indicus devido a sua adaptabilidade as condições de savana, quando maior o percentual de genes zebu melhor. Porém, no Brasil a maioria dos rebanhos “zebus puros” são de animais oriundos das fêmeas de origem europeia já presentes no país cruzadas com machos zebus (VERCESI FILHO et al.,2010).

A partir da diferenciação quanto a origem das mitocôndrias, pode-se realizar a seleção do rebanho com organelas com metabolismo oriundo de animais adaptados aos trópicos (Bos t. indicus) ou animais resistentes ao frio com antepassados de clima temperado (Bos t. taurus). Vercesi Filho et al., (2010) analisando o mtDNA de 60 fêmeas Gir leiteiras, constatou que 55% destas apresentavam a organela com metabolismo definido por alelos (mtDNA) de Bos t. taurus e Méo et al., (2008) analisando 144 matriarcas Canchim (rebanho formado com matriarcas zebu: Indubrasil, Nelore e Guzerá) constatou que 95,95% do rebanho analisado apresentava mtDNA taurus; estes animais deveriam apresentar mtDNA zebuíno devido ter sido empregado desde 1940 fêmeas Bos indicus. Em ambos os casos (VERCESI FILHO et al.,2010; MÉO et al., 2008) não foram identificados animais com os dois tipos de mtDNA.

Issa et al.(2006) realizou um interessante trabalho com os bovinos da raça Pantaneiro. Estes animais conhecidos como “Cuiabanos” fazem parte do grupo de animais descendentes majoritariamente de bovinos taurinos (sem cupim) que no decorrer dos anos adaptaram-se as condições brasileiras, neste caso, as condições do pantanal. São animais rústicos com alta capacidade de sobreviver em condições de estresse hídrico. Todos os 12 machos estudados apresentaram mtDNA taurino, comprovando que existem animais mtDNA taurino (descendentes de regiões de clima temperado) adaptados as condições do pantanal sul-mato-grossense.

 

1.5 Variações no desempenho

Existem questionamentos envolvendo a contribuição do mtDNA na variação de características de produção, reprodução e crescimento, tendo resultados quanto a relação do DNAmitocondrial com produção de leite, percentagem de gordura na idade ao primeiro parto (RIBEIRO, et al., 2009).

Quintino et al, (2009) trabalhando com a definição da origem materna somente a partir de registro de fazenda não encontrou efeitos significativos da linhagem materna com a maior partes dos índices de desempenho das crias.

Segundo Quintino et al.,(2009) os efeitos da herança do DNAmitocondrial representa aumento no peso ao sobreano (PSOB) em torno de 3% e por maior perímetro escrotal (PE), em torno de 7%. Não tento efeito significativo (P<0,05) sob as demais medidas ponderais de cria e recria: pesos ao nascer (PN), aos 120 dias (P120), a desmama (PD), aos 12 meses (P12) e ganho de peso da desmama ao sobreano (GPSOB); além de não ter influência significativa sob o temperamento (TEMP) em animais Nelore.

Avaliando o efeito da variação do mtDNA sob a produção total de leite (PT) de 3385 vacas gir Ribeiro et al., (2009) constatou que a herança mitocondrial têm influencia significativa (P<0,05) sob idade ao primeiro parto; por ocasião os taurinos foram 30,1 dias mais precoces que os zebu; e não significativa sob produção total de leite, produção de leite até 305 dias de lactação e período de lactação, com variação fenotípica de 1,6%, 1,5% e 1,2%, respectivamente. Semelhantemente Albuquerque et al. (1998) constataram 3,4% de variação na produção de leite e 2,5% para porcentagem de gordura do leite.

Tess et al.(1987) concluíram haver influência significativa do mtDNA sobre a produção de leite de vacas hereford de 1 dos 2 rebanhos analisados e sob desempenho dos bezerros Hereford, especificamente peso ao nascimento e peso a desmama. Porém, o mesmo autor em companhia de Robinson (TESS & ROBINSON, 1990) reanalisando os dados, agora utilizando a metodologia de modelo animal, constataram não haver variação significativa sob os bezerros.

Em relação a capacidade reprodutiva de bovinos de clima temperado (Bos taurus taurus), Garmyn et al.(2011) não identificaram correlação entre as características reprodutivas de bovinos Angus machos e a variação na linha citoplasmática, somente um efeito marginal sobre motilidade espermática por cento e anormalidades primárias. O pesquisador esclarece a dependência da fertilidade masculina aos ATP produzidos pelas mitocôndrias para propulsão espermatozoides, ou seja, problemas na mitocôndrias prejudicam a fertilidade masculina, variando em decorrência o número de mitocôndrias no entorno da peça entermediária; neste estudo apenas 1,3% da variação fenotípica para motilidade espermática é em decorrência da linha citoplasmática. 

1.5.1 Seleção de matrizes

Nas últimas décadas, desde a inserção dos genótipos zebus, o estabelecimento dos programas de melhoramento genético nacionais e o uso das biotecnologias reprodutivas, especialmente inseminação artificial e a transferência de embriões promoveram uma grande evolução da genética dos bovinos criados no Brasil, com ótimo resultados produtivos, repercutindo na exportação dos materiais genéticos e reprodutores brasileiros à todo mundo.

Atualmente o melhoramento genético dos bovinos está bem consolidado, sendo direcionado ao aperfeiçoamento dos rebanhos para características fenotípicas qualitativas (carcaças), de capacidade de termorregulação, de eficiência produtiva (conversão alimentar) e eficiência reprodutiva, entre outras. Com destaque crescente das matrizes, principalmente quando envolve a transferência de embriões. Pode-se somar ao valor genético nuclear de óvulos de matrizes com mérito genético comprovado, através da identificação das linhagens citoplasmáticas mais eficientes em cada região (TESS et al., 1987).

Alencar et al. (1998), identificaram efeito significativo (P<0,01) da linhagem citoplasmática sob o peso ao nascimento e à desmama de mais de 3 mil animais Canchim, toda via, a linhagem citoplasmática teve efeito aleatório em relação aos outros componentes de variância não determinados no modelo. Durante a revisão o pesquisador identificou no mínimo cinco pesquisas que não encontraram influência citoplasmática significativa sobre características ponderais; o recém mencionado pesquisador indica a seleção animal baseada no mérito genético aditivo, sem tomada da linhagem materna para seleção.

 

2. CONSIDERAÇÕES FINAIS

Não existe unanimidade quanto a influencia do mtDNA sobre característica fenotípicas ponderais, variando principalmente em decorrência da metodologia de análise dos dados; sendo basicamente significativa nos estudos utilizando a metodologia de quadrados mínimos, e não significativa na maioria dos casos que utilizam o modelo animal; com possíveis exceções.

Grande parte dos estudos não identificaram variação significativa entre o mtDNA e características fenotípicas. Entre as principais variações significativas destaca-se a IPP (Idade ao Primeiro Parto) tido por Moura et al.(2010), como principal índice de avaliação reprodutiva de fêmeas bovinas; as fêmeas com mtDNA mitocondrial taurino se apresentaram como mais precoces.

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