UTILIZACIÓN DE MARCADORES MOLECULARES PARA LA …

Fac. Cs. Agropecuarias UNCIngeniería Zootecnista

Mejoramiento Animal II

UTILIZACIÓN DE MARCADORES MOLECULARES PARA LA SELECCIÓN DE

ANIMALES Y SU USO EN LOS PROGRAMAS DE MEJORA GENÉTICA

MODELO ANIMALF = (AaBbCc) + Ambiente

El Mejoramiento Animal

F = G + E

Cambio genético = (intensidad x herencia)

I GObjetivo: Obtener un animal con características deseables para

mejorar la media poblacional

Población

Observaciones del carácter

mediciones

SelecciónMerito Genético

Apareamientodiferencial

Progenie

Control de rendimientos

F = (AaBbCc) + Ambiente• El valor genético verdadero de los animales es

siempre desconocido.

Lo estimamos o predecimos.

• Polimorfismo (poly=muchas, morphos=forma) viene del griego y significa aproximadamente “muchas formas”.

• En biología, una especie polimórfica es aquélla

que se caracteriza por

la presencia de diferentes

formas o tipos de caracteres

en organismos individuales

o entre organismos

b

Continuamente descifra la identidad y la tasa deensamble proteico

Transmite la información genética durantela reproducción

Recordando el ADN

CARACTER

Genoma• El genoma es el conjunto de genes contenidos en los cromosomas, lo que puede

interpretarse como la totalidad del material genético que posee un organismo o una especie en particular.

• El genoma de los mamíferos (incluyendo humanos y especies ganaderas) consta de alrededor de 3 mil millones de bases nucleotídicas y entre 20 a 25 mil genes

Mapear y secuenciar el genomaA- Construcción de mapa físico y genéticoB- Determinar la secuencia de todos los caracteres con un 99% de fiabilidadC- Determinar y localizar variaciones del DNA (polimorfismos)D- Localizar todos los genesE- Establecer las funciones de los genes y otras partes del genoma

Mapa GenómicoEs la representación lineal de los sitios genómicos importantes (genes y marcadores)

APLICACIONES

ATTGCGAAGCTTATCCGGAGACCATAGACCCAGGTAAACGATACCATCTGGCTATACATTACGCCGAGGAGCAATGACCATGACAGGATAACGGATATACCCAGTGCCTAGCCATATACTCCAGTTAACGTACCATGGACAGATACCGTTAACTGAACCAGCACCAGTTACCGGACTAAACTTAGCCATTAGGACTAAGCCAGTATAGGACATGGAACCTTACATGGACGATAGGACCTCCGGCGCTACAGGCTTCGACCGTTAGAGCCAGTACAGATAGGACATGGACATCCAGATCCAGATACCATTGGGCGCTTGCCAGTTCGACCTACGGGATCCATGACAGCACCACAGTACCAGATACCGATACCAGTTTACGACATAGGACCCAGATAGATTTCACAGATACCAGATCCAGATACCAGGGATTACATACAGATGATAGACAGATTGCCAGACAGACTGCGACATGCAGATTACGCTCCAGGAGGAGAGAGGCCATTACTATTACCATAGATAGATCCAGAGCGAGAGTCAGATCGAGGATTGGACCAGTTTTTATGCGCGCTGTCGATGATTCGATACGGATACCATT

PANELES MOLECULARES

Usos de la información genómica

Selección Genómica• La selección genómica consiste en estimar la relación que existe entre un

determinado carácter de interés y las distintas regiones del genoma

GENEALOGIA

DATOS

PROPIOS

PROGENIE

UNA DEPs CONDENSA EN UN

UNICO VALOR LA

INFORMACION DE TRES

FUENTES

Aporte fundamental de la selección genómica.

1- La selección genómica aumenta la precisión de

las evaluaciones genéticas de animales jóvenes.

2- Los modelos genómicos tienen un ajuste un

20% (de media) mejor que los tradicionales.

Importantes implicaciones.

Progreso genético en Kg de proteína Progreso genético índice de longevidad

2012 2014 2016 2018 2020año

2012 2014 2016 2018 2020año

TradicionalSelección Genómica

Kg

PROTEINA

20

15

10

5

TradicionalSelección Genómica

115

110

105

100

90

Longevidad: escala 100/10

PROGRESO GENETICO TEORICO AL AUMENTAR LA FIABILIDAD CON LA SELECCON GENOMICA

O. González-RecioDpto. Mejora Genética Animal, INIA

• CAPACIDAD DE INDIVIDUALIZAR

DNI TRAZABILIDAD

• DETERMINA PARENTESCO

• ORIGEN DE LAS ESPECIES

• ORIGEN RACIAL

BRANGUS

• SAM

TERNEZA

CONDICIONES GENETICAS INDIVIDUOS PORTADORES

• SELECCIÓN GENOMICA (enriquecen las selección genética tradicional)

ATTGCGAAGCTTATCCGGAGACCATAGACCCAGGTAAACGATACCATCTGGCTATACATTACGCCGAGGAGCAATGACCATGACAGGATAACGGATATACCCAGTGCCTAGCCATATACTCCAGTTAACGTACCATGGACAGATACCGTTAACTGAACCAGCACCAGTTACCGGACTAAACTTAGCCATTAGGACTAAGCCAGTATAGGACATGGAACCTTACATGGACGATAGGACCTCCGGCGCTACAGGCTTCGACCGTTAGAGCCAGTACAGATAGGACATGGACATCCAGATCCAGATACCATTGGGCGCTTGCCAGTTCGACCTACGGGATCCATGACAGCACCACAGTACCAGATACCGATACCAGTTTACGACATAGGACCCAGATAGATTTCACAGATACCAGATCCAGATACCAGGGATTACATACAGATGATAGACAGATTGCCAGACAGACTGCGACATGCAGATTACGCTCCAGGAGGAGAGAGGCCATTACTATTACCATAGATAGATCCAGAGCGAGAGTCAGATCGAGGATTGGACCAGTTTTTATGCGCGCTGTCGATGATTCGATACGGATACCATT

Objetivos para el uso de los Marcadores Moleculares

Los marcadores moleculares y los marcadores genéticos

• marcadores moleculares funcionan como señaladores dediferentes regiones del genoma

• Los marcadores se usan para el mapeo genético, como elprimer paso para encontrar la posición e identidad de ungen

• Los marcadores moleculares permiten evidenciarvariaciones (polimorfismos) en la secuencia del ADN entredos individuos, modifiquen estas o no su fenotipo

• “señalan” tanto regiones codificantes como no-codificantes del genoma

Los marcadores de ADN pueden ser

clasificados en dos grandes categorías

• ligados

• directos

Tipos de marcadores genéticos

• 1. Marcadores morfológicos(forma, color, tamaño o altura)

• 2. Isoenzimas o marcadores de proteínas

• 3. Proteínas de reserva (prolaminas globulinas)

• 4. ADN y marcadores moleculares (grupos sanguíneos)

Marcadores moleculares

• Marcadores del tipo ISon directos, corresponden a genes que codifican a proteínas y asociados con rasgos productivos que causen variación fenotípica.

• Marcadores del tipo II Llamados microsatélites, se utiliza para el estudio de poblaciones.

• Marcadores del tipo IIISon los llamados SNP, utilizados para diagnostico de rasgos a nivel productivos y de enfermedades genéticas.

Marcadores Moleculares

Basados en laHibridación del ADN

Basados en laAmplificación del ADN

Marcadores Mixtos

RFLP – Polimorfismo en laLongitud de fragmentos derestricciónVNTR - Microsatélites

RAPDs – Fragmentospolimorficos de ADNSSR - microsatélitesVNTR - minisatélitesCAPs – digestión de Secuencias polimorficas

AFLP – polimorfismo en laLongitud de fragmentosamplificados de ADN

MARCADORES MOLECULARES COMO HERRAMIENTA DE SELECCIÓN EN EL MEJORAMIENTO ANIMAL

SAM – Selección asistida por Marcadores

(caracteres influenciados por varios genes)

SAG – Selección asistida por genes

(caracteres influenciados por un solo gen)

QTL (locus para características productivas)

SNP (Polimorfismo de nucleótido único)

OBJETIVOS

• Tiene como objeto utilizar las pruebas de ADN comoayuda complementaria en el mejoramiento genético

• La tipificación genética de un animal permite detectar demanera precisa las variaciones específicas de ADN queestán asociadas a los efectos mensurables de las variableseconómicas de interés

MICROSATELITES

• Los microsatélites (SSR o STR por sus acrónimos en inglés para simplesequence repeat y short tandem repeat) son secuencias de ADN en las queun fragmento (cuyo tamaño va desde dos hasta seis pares de bases) se repitede manera consecutiva.

La variación en el número de repeticiones, y no la secuencia repetida, creadiferentes alelos.

• Generalmente se encuentran en zonas no codificantes del ADN. Son neutros,co-dominantes y poseen una alta tasa de mutación, lo que los hace muypolimórficos.

• Son utilizados como marcadores moleculares en una gran variedad deaplicaciones en el campo de la genética, como pueden ser parentescos yestudios de poblaciones. Esto se debe a su capacidad para generar unahuella genética personal o perfil genético.

QTLEl QTL es una región cromosómica que ha sido vinculada por métodos estadísticos con la segregación de un fenotipo cuantitativo. Esta región puede contener uno o varios genes de relevancia y puede corresponder a polimorfismo en los exones de un gen pero también a secuencias reguladoras. Gen y QTL son conceptos diferentes

Los resultados de experimentos de búsqueda de QTL deben ser cautos, Debido a limitaciones delos diseños experimentales existe un sesgo en el número y magnitud de los efectos de los QTLreportados. Con la metodología actual solo los QTL de mayor efecto pueden ser detectados,sesgo que es inversamente proporcional al rigor para fijar niveles de significancia y es mayorpara los efectos de dominancia que para los efectos aditivos. Por eso no deben extraerseconclusiones definitivas sobre el número de loci que afectan a una variable

SNPSUn SNP (polimorfismo de un solo nucleótido) es unavariación en la secuencia de ADN que afecta a unasola base

Se les denomina “snps” y son el tipo de variación más frecuente en el ADN, constituyen hasta el 90% de todas las variaciones genómicas

SNP = SINGLE NUCLEOTIDE POLYMORPHISM

(POLIMOSFISMO DE UN ÚNICO NUCLEÓTIDO)

DETECCIÓN

PCR-RFLP

SECUENCIACIÓN DE ADN

Evaluaciones genómicasLas evaluaciones genómicas consisten en establecer unas “fórmulas” o “ecuaciones de

predicción” mediante las que, a partir de la información que tiene un animal

determinado en cada uno de los miles de SNP considerados, se predice su mérito

genético en cada uno de los caracteres. Las pruebas así obtenidas se denominan valor

genómico “directo”, porque no se basan nada más que en los genotipos de los toros.

Estos valores genómicos directos se incorporan posteriormente en las evaluaciones

genéticas tradicionales aumentando su fiabilidad

Ventajas de la selección genómica

1- La selección genómica implica el uso de un gran numero de marcadores situados alo largo del genoma2- Los SNPs nos van a proporcionar señales de las regiones genómicas asociadas acaracteres de interés

Usos. Especies de alto valor económico. Poca información genealógica o difícil de conseguir. Caracteres ligados al sexo. Caracteres de baja heredabilidad. Caracteres con elevado Intervalo Generacional

Uso de la genómica en los programas de mejora

• Control de rendimientos

• Genotipado de animales seleccionados

• Selección de SNPs

• Valoración genómica

-Genoma Completo

-Selección de SNPs

• Difusión de la mejora

Selección Genómica

Control de rendimientos-Poblaciones con control productivo

Mejora la calidad y el flujo recogido de informaciónIncorporación de nuevos caracteres

-Poblaciones sin control productivo1. Organizar un programa de obtención de

información2. Mayor esfuerzo económico en fenotipar que en

genotipar3. Determinar la importancia relativa del carácter y

empezar por caracteres mas importantes

Genotipado de animales seleccionados• El genotipado de toda la población es caro

(150 – 300 Euros /por individuo)

• Actualmente hay mayor genotipado de machos

• En hembras solo individuos usados en la producción (Leche)

• Es necesario establecer estrategias de genotipado que maximicen el beneficio

GenotipadoGenotipado selectivo de INDIVIDUOS

Solo machos Mejores hembras

Hembras seleccionadas al azar Selección divergente de hembras

GenotipadoGenotipado selectivo de SNPs

• SELECCIÓN DE SNPs informativos

- 3000 SNP informativos = fiabilidad Chip Completo

• SELECCIÓN DE SNPs equidistante por imputación

ATCTCTGAAACTGTCGTACGAATCAGCTACGATACCACTT

ATCTCTGTAACTGTCGTACGAATCAGCTACGATACCACAT

Consiste en genotipar un numero reducido de SNP (20 %)

Valoración Genética• No hay consenso sobre el mejor método

• Aun hay mucho por investigar en este campo

• Preferible

alta capacidad predictiva en la progenie

tener en cuenta efectos aditivos y no

aditivos

sea flexible y de fácil implementación

Con previa selección de SNPs.Con el genoma completo.Diferentes metodologías.Regresiones bayesianas sobre SNP (Meuwissen et al., 2001). G-BLUP (Van Raden et al., 2008; Legarra et al., 2009).Métodos no-paramétricos (Gianola et al., 2006; Gonzalez-Recio et al., 2008).

La doble-musculatura o hipertrofia muscular está controlada enlos bovinos por un gen mayor GDF8. El locus que codifica paraeste carácter ha sido denominado con el símbolo mh. Laconstrucción de mapas físicos como de ligamiento han puestode manifiesto que el gen de la miostatina se encuentra en lamisma región del locus mh en el cromosoma 2 bovino

Mutaciones identificadas en la secuencia del gen de miostatina de bovinos.

A) Auto radiografía que señala las mutaciones en la secuencia del gen de miostatina, muestra los patrones electroforéticos del control sin mutaciones en la raza Holstein y del gen mutado en las razas Belgian Blue y Piedmontese.

B) Localización de la mutación de miostatina debida a una eliminación de 11 bases en la raza Belgian Blue, que presenta un fenotipo de doble musculatura; mientras que un cambio de G por A en la raza Piedmontese, le confiere también un fenotipo de doble músculo.

C) Ejemplar de las tres razas. La raza Holstein cuyo gen de miostatina no contiene mutaciones, presenta un fenótipo de musculatura normal (Tomado de McPheron y Se Jin-Lee, 1997).

PERFILES PARA CARNE

La terneza de la carne se debe al proceso de maduración

post-mortem realizado, de manera coordinada, por dos

enzimas presentes en los músculos:

La calpaína y la calpastatina.

• La calpaína es una enzima natural calcio-dependiente que fragmenta las fibras musculares durante la maduración post-mortem. Es la enzima principal de los procesos de maduración, y las variantes más activas confieren mayor terneza.

• La calpastatina, por su parte, es también una enzima natural que inhibe la tiernización una vez alcanzado un determinado proceso, provocando un efecto antagónico al de la calpaína.

Carácter Terneza en Angus: Calpastatina-Calpaina

Potencial productivo

PERFILES PARA LECHE

• La aplicación y uso de la selección genómica dependerá de la especie, la raza y su programa de mejora o conservación.

Diseño especifico y meditado

• Importante tener un buen control de rendimientos.

• Estudio y diseño del plan de genotipado de la población.

• Valoraciones genómicas: técnicas, fiables y que aprovechen al máximo la información de los SNPs.

Para llevar a casa

Muchas gracias

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