Ferramenta auxiliará programas de melhoramento genético do camarão cinza e responde ao desafio da identificação do pedigree de múltiplas famílias criados em tanques

Desenvolvimento contou com computação de alto desempenho aplicada à bioinformática. Foto: Divulgação/Embrapa

VannaPlus, ferramenta genômica desenvolvida por pesquisadores da Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia (DF) e da Embrapa Informática Agropecuária (SP), irá auxiliar a cadeia produtiva do camarão cinza (Litopenaeus vannamei) em programas de melhoramento genético e, principalmente, na identificação do pedigree de camarões de múltiplas famílias criados em tanques de engorda. Trata-se de um grande desafio, já que não é possível marcar individualmente cada animal com os métodos convencionais utilizados em outros setores da produção animal.

Já disponível aos interessados em otimizar cruzamentos para manutenção de linhagens genéticas, o VannaPlus é mais um ativo tecnológico que testa a paternidade, o parentesco e faz a identificação individual para o camarão cinza. A ferramenta foi desenvolvida pelos pesquisadores Alexandre Caetano e Patrícia Ianella, com a participação do pesquisador Michel Yamagishi e da equipe do Laboratório Multiusuário de Bioinformática (LMB) da Embrapa.  O laboratório conta com uma infraestrutura computacional de alto desempenho que tem sido aplicada em análises de bioinformática para o desenvolvimento dos ativos da Plataforma AquaPlus.

Com base em painel de marcadores SNP (sigla em inglês para Single Nucleotide Polymorphisms) de baixa densidade, o VannaPlus permite a produtores de larvas fazerem o manejo de plantel de reprodutores, reduzindo os riscos de cruzamentos indesejáveis para o criatório produzir mais e melhor. “Além de proporcionar soluções para o manejo genético de reprodutores e reduzir os cruzamentos endogâmicos, a ferramenta pode auxiliar os programas de melhoramento nos processos de avaliação, seleção e cruzamento e, dessa forma, racionalizar a aquisição e venda de germoplasma entre produtores”, comenta Ianella. Os cruzamentos entre animais aparentados, chamados endogâmicos, resultam em proles mais sujeitas a problemas genéticos como má-formação e mesmo baixo desempenho zootécnico. O  uso do VannaPlus permitirá ao produtor identificar animais geneticamente distantes e recomendar cruzamentos com maior probabilidade de sucesso. A tecnologia também promoverá a agregação de informação e valor ao mercado de matrizes da carcinicultura (a criação de camarões em cativeiro).

Alexandre Caetano conta que, a exemplo das demais espécies de interesse aquícola, a marcação e a identificação individual do camarão apresentam enormes desafios para o manejo genético dos reprodutores porque as formas jovens desses animais são milimétricas e não podem ser marcadas com métodos convencionais. Além disso, o camarão passa por um processo de troca do exoesqueleto (da carapaça) durante o crescimento. O VannaPlus resolve essa dificuldade com baixo custo e rapidez. O cientista informa que atualmente a Embrapa tem capacidade de processar e analisar duas mil amostras por semana e em breve deverá dobrar esse volume.

Plataforma AquaPlus

É um conjunto de soluções simples, práticas e inovadoras, já desenvolvidas ou em desenvolvimento pela Embrapa, para qualificação, manejo e melhoramento genético de espécies aquícolas. Além de painéis de marcadores SNP (Single Nucleotide Polymorphism) desenvolvidos e validados para a realização de cada análise, cada ferramenta genômica tem seu próprio conjunto de análises in silico (no computador) que são realizadas pela equipe envolvida a partir dos dados gerados pelas amostras testadas. Atualmente quatro ativos (ferramentas) estão disponíveis na plataforma (TambaPlus Pureza, TambaPlus Parentesco, VannaPlus e TrutraPlus); três estão em fase final de testes para a tilápia (TilaPlus), o pirarucu (ArapaimaPlus) e a pirapitinga (PirapitingaPlus); e outros em desenvolvimento.

“Além disso, estamos preparando ferramentas genômicas mais avançadas, para quando o setor produtivo estiver pronto para usá-las nos programas de melhoramento genético que devem emergir no futuro próximo. Por exemplo, quando programas de melhoramento de tambaqui forem implementados pela Embrapa e por grandes grupos da iniciativa privada, nosso grupo já estará preparado para genotipar reprodutores com chips de alta densidade, que poderão ser utilizados para seleção genômica, como já fazemos em outras espécies há mais de uma década. O mesmo trabalho também foi feito para o camarão”, afirma Ianella.

Já disponíveis no mercado

– TambaPlus Pureza 1.0: painel com 70 marcadores SNP úteis para identificar híbridos e introgressões (fluxo de genes indesejado de uma espécie para outra por meio de repetidos retrocruzamentos entre um híbrido com a espécie-alvo) em Pacu e Pirapitinga de até 6%. Capaz de identificar animais puros e híbridos dessas espécies.

– TambaPlus Parentesco 1.0: painel com 80 marcadores SNP úteis para determinar a relação de parentesco entre reprodutores de Tambaqui.

– VannaPlus 1.0: teste genômico baseado em um conjunto de 96 marcadores SNP desenvolvido para camarão cinza (Litopenaeus vannamei).

– TrutaPlus 1.0: teste genômico baseado em um conjunto de 96 marcadores SNP para truta arco-íris (Oncorhynchus mykiss).

A tecnologia desse teste foi avaliada em amostras de referência, coletadas em uma empresa produtora de larvas detentora de diferentes linhagens, e a partir de material coletado em lojas do varejo – o que possibilitou a validação técnica com total eficácia.

Alto potencial de exploração comercial

Arte: Cinthia Silva

Os cientistas ressaltam que o VannaPlus não possui concorrentes diretos no mercado: a tecnologia semelhante existente é bem mais cara, além de apresentar outros aspectos que acabam pontuando a favor do teste desenvolvido pela Embrapa. Enquanto o teste desenvolvido pela equipe utiliza 96 marcadores SNP, o outro ativo se vale de um painel que tem mais de seis mil SNP, ou seja, número pelo menos 60 vezes maior do que o necessário para realização das mesmas análises que faz o VannaPlus.

O teste convencional de mercado é também mais caro. O produtor precisaria desembolsar um valor acima de US$ 70, somados a taxas e impostos de transações financeiras que podem totalizar mais de 30% desse valor por amostra a ser analisada, além dos valores cobrados por empresas que analisam os dados. Assim, o criador de camarão cinza teria um custo total de mais de US$ 100 por amostra. “Por outro lado, a tecnologia da Embrapa oferece os mesmos serviços por apenas US$ 15 por amostra, já considerando todos os custos operacionais, da amostra até o resultado final da análise”, compara Caetano.

O trabalho científico contou com o financiamento da Fundação de Amparo à Pesquisa do Distrito Federal (FAPDF) e da própria Embrapa. Parte da validação foi realizada durante a execução do projeto de mestrado da aluna Nayelle Meyre Lisboa, defendido em 2019 pelo Programa de Pós-graduação em Ciências Animais da Faculdade de Agronomia e Veterinária da Universidade de Brasília (UnB).

Computação de alto desempenho para desenvolver a Plataforma AquaPlus

“Os ativos tecnológicos da Plataforma AquaPlus demandam complexas análises, conhecimento especializado e modernas ferramentas de bioinformática”, conta o pesquisador da Embrapa Michel Yamagishi.

“Com a ajuda de equipamentos computacionais de alto desempenho e grande capacidade de processamento, que foram fundamentais para a execução dessas análises, conseguimos desenvolver uma tecnologia inovadora que terá um impacto direto na cadeia de carcinicultura do Nordeste”, avalia Paula Kuser, coordenadora do Laboratório Multiusuário de Bioinformática (LMB), instalado na Embrapa Informática Agropecuária, em Campinas (SP).

A equipe do LMB ajudou a descobrir os 96 marcadores genéticos, ou variações genômicas, conhecidos como SNP (do inglês “single nucleotide polymorphism”), que compõem os testes de DNA usados para diferenciar o parentesco dos crustáceos. Essas técnicas já haviam sido aplicadas no desenvolvimento do TambaPlus, ferramenta que identifica o grau de parentesco e a pureza do tambaqui.

No caso do TambaPlus, por exemplo, foi necessária uma “nova” montagem do genoma do tambaqui antes da descoberta dos marcadores moleculares, que compõem os dois chips de parentesco e pureza da espécie. Essas análises, além da expertise técnica, exigem uma infraestrutura de alto desempenho computacional.

O LMB foi criado em 2011 justamente para responder a esses desafios. O laboratório é equipado com computadores com muitos núcleos de processamento e com memória suficiente para montar genomas de organismos complexos. Essa infraestrutura vem contribuindo de forma relevante para pesquisas genômicas e programas de melhoramento genético desenvolvidos pela Embrapa, universidades e institutos brasileiros, produzindo forte impacto no avanço da pesquisa agropecuária do País. “E essa é exatamente a missão do LMB, colaborar com projetos que precisem dessa estrutura diferenciada e uma equipe com capacidade de análise de dados biológicos”, declara Kuser. Com informações da Embrapa

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camarão cinza, ferramenta genômica, VannaPlus

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