Aplicação da programação matemática no melhoramento genético

Mauricio Borges, Graciele S. N. Borges, Helvécio G. Ribeiro

A utilização crescente das informações geradas pelos programas de melhoramento genético, como valor genético estimado por modelo animal (BLUP), assim como a utilização da inseminação artificial e transferência de embriões, têm aumentado a necessidade de ferramentas cada vez mais eficazes para o gerenciamento da seleção e acasalamento dos rebanhos. A utilização da DEP (Diferença Esperada na Progênie) nas decisões de seleção vem sendo cada vez mais difundida, uma vez que é a melhor ferramenta para realizar progressos genéticos nos rebanhos, por outro lado a aplicação dessa informação sem restrições, pode causar o aumento da consangüinidade do rebanho.

O maior desafio do melhoramento genético é realizar progresso genético à longo prazo, ou seja, garantir ganhos genéticos com o menor incremento possível na taxa de consangüinidade. A utilização da DEP e tecnologias de reprodução que aumentam a taxa reprodutiva de machos e fêmeas, como a inseminação artificial e a transferência de embriões, respectivamente, proporcionam altas taxas de ganho genético a curto prazo. Por outro lado, o aumento da consangüinidade que é ocasionado, diminui o ganho genético à longo prazo. A seleção dos rebanhos exclusivamente pela utilização da DEP, sem o auxílio de ferramentas que garantam a manutenção de ganhos genéticos com minimização da consangüinidade à longo prazo, causa diminuição da variabilidade genética e conseqüentemente redução do progresso genético.

A figura 1 ilustra exatamente o resultado de duas estratégias distintas de seleção e acasalamento. Uma prioriza o ganho genético na geração corrente, sem considerar a consangüinidade à longo prazo ( estratégia A) e a outra procura balancear o ganho genético com a consanguinidade à longo prazo (estratégia B). A estratégia A é a que proporciona uma maior resposta à seleção à curto prazo, mas em contrapartida uma redução na variabilidade genética por conta da maior consangüinidade, reduz a resposta à seleção ao longo das gerações. A estratégia B, onde se aplica ganhos moderados à curto prazo resulta em maior resposta à longo prazo, pela garantia de uma maior variabilidade genética.

Figura 1. Resposta à seleção com duas estratégias de seleção e acasalamento

Para um melhor gerenciamento desses recursos é necessário adotar metodologias que permitam um controle dessas informações de forma que se garanta a sustentação do programa de melhoramento genético da raça, uma vez que a consangüinidade diminui a eficiência reprodutiva, sobrevivência e adaptabilidade dos rebanhos. Uma metodologia que pode ser aplicada para atingir tais objetivos é a programação linear.

A programação linear é um dos recursos matemáticos usados para maximizar ou minimizar funções lineares sujeita a algumas restrições pré-determinadas. Tem sido vastamente usada por nutricionistas para cálculo de rações de custo mínimo, no entanto, tem recebido pouca atenção pelos geneticistas. Assim, o Progenie® é um sistema para gerenciamento do acasalamento de bovinos, usando a programação linear para maximizar objetivos de seleção e restringir variáveis como consangüinidade. Este sistema destina-se especialmente àqueles produtores que participam de algum programa de melhoramento genético e querem obter ganhos genéticos nos seus rebanhos aplicando as informações geradas pelas avaliações genéticas e para aqueles que querem garantir a sustentabilidade do seu rebanho pelo gerenciamento da consangüinidade.

O Progenie® seleciona os melhores reprodutores e matrizes e os acasalam, segundo alguns parâmetros previamente estabelecidos. Os principais parâmetros são consangüinidade máxima esperada na geração futura, máxima consangüinidade permitida à longo prazo, quantidade de sêmen disponível por touro, taxa de serviço, máximo de touros por retiro ou fazenda, restrições sobre ganho genético em determinadas características, dentre outras. Deve-se considerar um peso econômico para as características que compõem os objetivos de seleção, uma vez que o programa calcula um índice econômico que será maximizado. Também pratica a seleção restrita na qual é possível obter ganhos genéticos desejados em características correlacionadas restringindo ganhos em características indesejadas.

O Progenie® necessita das informações de DEP para cada característica que irá compor o índice de seleção, como também da genealogia e composição racial dos animais a serem acasalados. Além disso, deve-se informar a localização das vacas para que não se ultrapasse o limite de touros permitidos por botijão de sêmen. Isto permite facilitar o trabalho do inseminador, uma vez que é possível diminuir o número de touros por caneco, sem afetar a solução final do acasalamento. A grande vantagem é que a solução pode ser obtida simultaneamente para todos os retiros de todas as fazendas.

No caso de animais compostos, pode-se definir a porcentagem de cada grupo racial desejada nos produtos gerados pelos acasalamentos. Por exemplo: se não é desejado produzir animais com porcentagem menor que 25% de Nelore, pode-se colocar esse filtro para que a seleção dos acasalamentos atenda essa restrição. Pode-se inclusive atribuir uma restrição para adaptabilidade, onde a soma de Nelore e Adaptados seja maior que 50%, por exemplo. Considera além da genética aditiva (DEP), a genética não-aditiva (heterose). Isto é importante para que os programas de formação de compostos garantam a maximização da heterozigose e a retenção de heterose. Ao longo das gerações a combinação de três fatores: minimização da consangüinidade, maximização da heterose e da genética aditiva (DEP), garantirá o sucesso do sistema de cruzamento.

Através da análise de sensibilidade é possível estabelecer a intensidade de uso de cada touro e quanto ele interfere nos índices dos produtos. Na seleção restrita, a análise de sensibilidade mostra até que ponto se pode restringir a mudança em uma característica sem alterar o progresso genético nas demais. No caso de restrição do número de touros por retiro/fazenda é possível determinar o mínimo de touros, sem que haja diminuição do progresso genético, ou quanto a diminuição do número de touros afeta a solução final.

Em rebanhos que usam intensivamente a inseminação artificial, é necessária uma cuidadosa análise do mínimo de touros a se usar. Esse número vai depender do total de matrizes e do nível de consangüinidade, que determinam o número efetivo de machos e fêmeas do rebanho.

O acasalamento de todo o rebanho é feito exclusivamente pelo computador, atendendo às restrições estabelecida pelo geneticista, através de um algoritmo que maximiza o índice dos produtos. Determina o grupo ótimo de acasalamentos, método que acaba com a distinção entre seleção e acasalamento, já que as duas decisões são tomadas simultaneamente. Isto diminui os erros resultantes do acasalamento feito pela escolha individual de touros para determinado grupo de vacas, feito manualmente ou com auxílio da informática. Este processo normalmente não consegue atender a todas as restrições desejadas, aceitando alguns acasalamentos não ideais.

Por todas essas particularidades, o Progenie® pode ser utilizado em grandes rebanhos para seleção de touros e vacas, simulando os ganhos genéticos para as próximas gerações. Pode ser utilizado por associações de raças para simular níveis de consangüinidade das próximas gerações e predizer ganhos genéticos para cada característica. Também se aplica ao esquema de reprodutores múltiplos - a utilização de grupos de touros para monta natural, formando os melhores grupamentos de touros e vacas. Pode ser usado como auxílio na compra de reprodutores para serem usados na monta natural, onde se objetiva aqueles touros que tenham o menor parentesco com o rebanho que esses touros irão servir.