Unraveling important genetic associations and differential methylation profiles using reduced genome sequencing in chickens

• Main Author: Fábio Pértille
• Other Authors: Luiz Lehmann Coutinho
• Language: English
• Published: Universidade de São Paulo 2016
• Subjects: Galinha; GWAS; MeDIPS; Melhoramento animal; Saúde e bem-estar animal; Animal breeding; Animal health and welfare; Chicken
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/11/11139/tde-29112016-121348/

Chickens are ideal model organism to improve understanding of several research areas as phylogenetic, embryology, biomedicine, livestock, and have recently been suggested as a promising model for epigenetic studies. In the livestock area, chickens are source of protein to humans and had been selected to achieve a high production standards based on genetic breeding by the traditional selection. We are now in the genomics and epigenomics era and it is time be concern about the use of new tools to improve selection not only thinking about production, but also in the health and welfare of animals. The use of molecular approaches, have been a fundamental tool to understand biological models and improve selection strategies based on genomic information in breeding programs. Molecular approaches have also contributed to understanding of the evolutionary history of these models and the genetics and epigenetics mechanisms involved in evolution process and genetic diversification of chickens. In this context, many technologies have emerged to produce high-throughput data using Next-generation sequencing (NGS) approaches. NGS provided a large amount of information for diverse purposes such as to detect single nucleotide polymorphisms (SNPs), and methylated DNA profiles in chickens. In addition, NGS has allowed the development of pre-designed SNP arrays for genome-wide association studies (GWAS) with specific phenotypes of interest. Moreover, although NGS has enough power to detect informative polymorphisms, its high cost makes it impractical to be used in GWAS and Methylated DNA immunoprecipitation sequencing (MeDIPseq) studies. The demand for an economical, efficient, simple-step and reliable genome-wide method of SNPs discovery, validation and characterization, was the reason for the development of this study. We applied reduced representation sequence by restriction enzyme (RE) cleavage of target chicken genome to be applied in GWAS. Thereafter, to combine the reduced representation of the genome with MeDIPseq method, we developed a novel approach to perform differential methylation studies using reduced libraries. These works allowed us to identify SNPs associated with performance traits and differential methylation windows related to different stress conditions in chickens. === A galinha é um organismo modelo ideal para melhorar o entendimento de diversas áreas da pesquisa como: filogenética, embriologia, biomedicina, pecuária, e tem sido recentemente sugerida como um modelo promissor para estudos em epigenética. Na pecuária, as galinhas são fonte de proteína para os seres humanos e tem sido alvo de seleção para alcançar um alto padrão de produção com base no melhoramento genético tradicional. Mas agora, estamos na era genômica e epigenômica e as atenções devem ser voltadas para o uso de novas ferramentas para melhorar a seleção não só pensando em produção, mas também na saúde e bem-estar dos animais. O uso de abordagens moleculares, tem sido uma ferramenta fundamental para compreender modelos biológicos e melhorar as estratégias de seleção baseadas na informação genômica em programas de melhoramento. Abordagens moleculares, também tem contribuído para a compreensão da história evolutiva desses modelos e os mecanismos genéticos e epigenéticos envolvidos no processo de evolução e diversificação genética das galinhas. Neste contexto, tecnologias evoluíram para produção de dados de sequenciamento de alto rendimento por sequenciamento de próxima geração (NGS). NGS forneceu uma grande quantidade de informação a ser utilizado para diversos fins, como para detectar polimorfismos de nucleotídeo único (SNPs) e perfis de metilação diferencial do DNA em galinhas. NGS tem permitido também o desenvolvimento de painéis de SNP para testes de associações genômica ampla (GWAS) com fenótipos específicos de interesse. Embora NGS tem poder suficiente para detectar polimorfismos informativos, o seu elevado custo o torna impraticável para ser utilizado em GWAS ou estudos de metilação diferencial por sequenciamento de DNA metilado por imunoprecipitação (MeDIPseq). A procura de um método de genotipagem eficiente, simples, econômico e confiável para descoberta, caracterização e validação de SNPs, foi a razão para o desenvolvimento deste estudo. Utilizamos sequenciamento do genoma reduzido por enzima de restrição (RE) que cliva o genoma alvo para identificação de SNPs nestas bibliotecas reduzidas e aplicação deste método em GWAS. Em seguida, para combinar a representação reduzida do genoma com o método MeDIPS, desenvolvemos uma nova abordagem para a realização de estudos de metilação diferencial utilizando as bibliotecas reduzidas. Estes trabalhos permitiram a identificação de SNPs associados com características de desempenho e janelas de metilação diferencial relacionados a diferentes condições de manejo em galinhas.