Selecting for Mendelian Sampling term to increase variability in a breeding program.

Abstract

[ES] El aumento de la ganancia genética mientras se controla la tasa de consanguinidad en una población ha sido más estudiado por genetistas cuantitativos y criadores de animales. Se desarrollaron muchos métodos de selección para maximizar la ganancia genética mientras se aplicaban restricciones a la tasa de consanguinidad. Algunos estudios desarrollaron índices cuadráticos (Avendaño et al., 2004); otros calcularon la varianza gamética ¿2gamete para aumentar la respuesta a largo plazo a la selección y limitar el aumento de la tasa de consanguinidad para evitar sus consecuencias deletéreas (Santos et al., 2019). El término de Muestreo Mendeliano, definido como la desviación de los efectos aditivos promedio de los genes de un individuo recibidos de ambos padres de los efectos promedio de los genes de ambos padres, puede usarse en programas de mejora para disminuir la tasa de consanguinidad y aumentar la variabilidad genética en una población. Incluir el término de Muestreo Mendeliano en el proceso de selección podría presentar un enfoque alternativo para controlar la consanguinidad y aumentar la variabilidad genética en una población. En este estudio, el término de Muestreo Mendeliano (MS) de un individuo se calcula a partir de una simulación del programa de mejora y de los datos reales presentados por Aviagen y se utiliza como criterio de selección para un carácter en lugar del breeding value. La simulación del programa de mejora se realizó utilizando AlphaSimR y tuvo como objetivo investigar la evolución de una población en proceso de selección basada en el término de Muestreo Mendeliano y su efecto sobre la evolución de esa población. La estimación de la heredabilidad del Muestreo Mendeliano con datos reales se realizó utilizando REML (Restricted Maximum Likelihood) y Gibbs Sampling para presentar evidencia sobre la heredabilidad del Muestreo Mendeliano y proporcionar una prueba de concepto sobre cómo estimarlo en un programa de mejora para posiblemente crear respuesta a más largo plazo a la selección y la variabilidad genética en una población. Además del término de Muestreo Mendeliano, también se calculó e incluyó en el proceso de selección la varianza gamética σ2 gamete, que se define como la variabilidad de todos los posibles valores genéticos gaméticos producidos por recombinación y permutación de cada cromosoma parenteral, con el fin de investigar la viabilidad de una mayor variabilidad genética en una población y la posibilidad de aumentar la respuesta a largo plazo a la selección. La varianza gamética σ2 gamete, según Santos et al., 2019, se utiliza para identificar individuos que tienen más probabilidades de producir gametos más variables para preservar la variabilidad genética. En este estudio, la inclusión de estos dos términos fue con el propósito de examinar la probabilidad de que estos dos parámetros aumenten la ganancia y la variabilidad genética mientras se controla la tasa de consanguinidad. El progreso genético acumulado se calculó a lo largo de diez generaciones de selección. Mediante simulaciones, el programa de mejora con los términos del Muestreo Mendeliano como criterio de selección mostró los niveles más bajos de consanguinidad y los niveles más altos de variabilidad genética, pero presentó un progreso genético más lento en comparación con la selección del valor True Breeding de un individuo en un programa de selección. El programa de término de Muestreo Mendeliano mostró una mejor tasa de ganancia genética (ΔG) que todos los demás programas de mejora considerados en la simulación. Cuando se incluyó la varianza gamética σ2 gamete, los programas de mejora que contenían el término de Muestreo Mendeliano con la varianza gamética σ2 gamete, dieron en una mejor ganancia genética acumulada que el término de Muestreo Mendeliano solo, lo que permitió futuras consideraciones sobre el uso de estos términos en un programa de mejora.

[EN] Increasing genetic gain while controlling the rate of inbreeding in a population has been most studied by quantitative geneticists and animal breeders. Many selection methods were developed to maximize genetic gain while applying restrictions on the inbreeding rate. Some studies used quadratic indices (Avendaño et al., 2004); others calculated the gametic variance to increase the long-term response to selection and limit the increase of the rate of inbreeding to avoid its deleterious consequences. Mendelian Sampling term, defined as the deviation of the average additive effects of an individual's genes received from both parents from the average effects of genes of both parents, can be used in breeding programs to decrease the inbreeding rate and increase the variability in a population. Including the Mendelian Sampling term in the selection process could present an alternative approach to controlling inbreeding and increasing genetic variability in a population. In this study, an individual's Mendelian Sampling term (MS) is calculated from a breeding program simulation and from actual data provided by Aviagen.Ltd, and used as a selection criterion for a trait instead of the breeding value. The breeding program simulation was performed using AlphaSimR and aimed to investigate the evolution of a population undergoing selection based on the Mendelian Sampling term and its effect on inbreeding, genetic gain, and variability. The estimation of the Mendelian Sampling's heritability in real data was performed using REML (Restricted Maximum Likelihood) and Gibbs Sampling in order to provide evidence that the Mendelian Sampling is, in fact, heritable and provide a proof of concept on how to estimate it in a breeding program to create more long term response to selection and variability in a population. In addition, to the Mendelian Sampling term, the gametic variance, which is the variability of all possible gametic breeding values produced by recombination and permutation of each parenteral chromosome, was also calculated and included in the selection process in order to provide more genetic variability in a population and to increase the long term response to selection. The gametic variance is used to identify individuals who are more likely to produce more variable gametes to preserve the genetic variability (Santos et al., 2019). In this study, the inclusion of both these terms was for the purpose of maximizing genetic gain and variability while controlling the inbreeding rate. The accumulated genetic progress was calculated over ten generations of selection. Using simulations, the breeding program with the Mendelian Sampling term as a selection criterion showed the lowest inbreeding levels and highest variability levels but presented a loss in accumulated genetic progress compared to when using the True Breeding value of an individual in a selection program. The Mendelian Sampling term program showed a better genetic gain rate than all other breeding programs. When it was included with the gametic variance, it gave better accumulated genetic progress than the Mendelian Sampling term alone, allowing for future considerations of using these terms in a breeding program.