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IMPORTANCIA DEL
MEJORAMIENTO GENÉTICO
EN GANADO BOVINO
Vicente E. Vega Murillo
XXXI Reunión Científica Tecnológica Tabasco 2019
Noviembre 8 de 2019
•Introducción
•Caracterización
•Evaluaciones genéticas
•Genómica
•Oportunidades
•Conclusiones
INTRODUCCIÓN
3
4
5
• v
6
En 50 años la población
del mundo requerirá
100% más comida1, y 70% de este alimento debe
provenir de tecnología que mejore la eficiencia
1Food Economics and Consumer Choice (Jeff Simmons, 2008)
Mejoramiento Genético
Se basa en el uso de técnicas y herramientas de seleccióny cruzamientos, dirigidas a encontrar estrategias óptimaspara aprovechar al máximo la variación genética con elobjetivo de mejorar la producción y rentabilidad de lasempresas ganaderas.
CARACTERIZACIÓN
8
•No existe una raza o cruza que seasuperior para todas lascaracterísticas en todas y cada unade las diferentes condiciones deproducción
•Es necesario combinar lacomposición genética de losanimales con los recursosnutricionales disponibles, paralograr la mayor eficiencia posible enla producción
Caracterización
Caracterización
•Las razas de bovinos provienen de muchos lugares yvarían en tamaño, forma y producción de leche o carne.
•La caracterización de las diferencias entre razas esimportante para decidir que razas a utilizar en unprograma de cruzamientos
11
Breed of Founder Broad Breed Categories
British Beef British Dairy Continental
Beef
Continental
Dairy
Zebu
Angus - (AN)
Devon - (DE)Galloway - (GA)
Hereford - (HH)Longhorn - (TL)P. Hereford - (HP)Senepol - (SE)Belted Galloway - (BG)Scotch Highland - (SH)
Murray Grey - (MG)Red Angus - (AR)Shorthorn Polled - (SP)Shorthorn (Beef-Scotch) -(SS)Texas Longhorn - (TL)Dexter - (DR)
Sussex - (SX)Ranger - (RA)Amerifax - (AM)Barzona - (BA)Beefalo - (BE)Luing - (LU)
Lincoln Red - (LR)Kobe (WAGYU) - (KB)Mexican Corriente - (MC)Romosinuano - (RS)Lowline - (LO)Hybrid (Alberta) - (HY)Cumberland (CU)
Tasmanian Grey (TG)
Aryshire - (AY)
Guernsey - (GU)Jersey - (JE)
Milking Shorthorn -(MS)Red Poll - (RP)South Devon - (DS)Welsh Black - (WB)White Park - (WP)
British White - (BW)Canadienne - (CN)Shorthorn (Illwara) -(IS)West Flemish Red -(WF)Danish Jersey (DJ)
Galloway (Dairy) (GD)Kerry (KY)
Belgian Blue - (BB)
Blonde d’Aquitaine -(BD)
Charolais - (CH)Chianina - (CA)Limousin - (LM)Piedmontese - (PI)Marchigiana - (MR)Romagnola - (RN)
Mandalong Special -(ML)Parthenaise - (PA)Maremmana - (ME)Grauvieh - (GI)Aubrac (AU)Yak (YA)
Brown Swiss - (BS)
Gelbvieh - (GV)Holstein - (HO)
Maine-Anjou - (MA)Pinzgauer - (PZ)Salers - (SA)Simmental - (SM)Tarentaise - (TA)Braunvieh - (BU)
Hays Converter - (HC)Norwegian Red - (NR)Normande - (NM)Beef Friesian - (BF)Beef Brown Swiss - (SB)Danish Red & White -(RW)
Dutch Belted - (DL)Gronninger - (GR)Red & White Holstein -
(WW)Red Dane - (RD)Eringer - (ER)Meuse-Rhine-Issel -
(MI)Buelingo - (BQ)Flamand - (FA)Fribourge - FR)Rotbunte - (RO)American Lineback -
(LD)Abondance (AB)Alpine (AL)Campine Red Pied (CP)Danish Black & White(DB)Friesian (Dutch) (DF)
Rouge du Nord (DN)Friesian (Belgium) (FB)Fleckvieh (FL)Rouge Flamand (FM)East Flemish Red Pied(FP)
Canadian Lineback (LK)Montebeliard (MO)Pie Rouge de l’Est (PR)Semepol (SL)Shaver Beef Blend (SV)
Brahman - (BR)
Africander - (AF)Tuli - (TI)
Indu Brazil - (IB)Gyr - (GY)Guzerat - (GZ)Ankole-Watusi - (AW)American Breed - (AE)Bonsmara - (NS)
Nellore - (NE)Red Brahman - (RR)Sahiwal - (SW)Taurindicus - (TN)Murrah - (MU)Tabapua - (TB)
Razas de Bovinos
!!!! Más de 800 razas estánreconocidas a nivel mundial ¡¡¡¡
Raza
Crecimiento y
talla madura
Proporción
musculo – grasa
Edad a la
Pubertad
Producción
de leche
Charolais XXXXX XXXXX XXXX X
Chianina XXXXX XXXXX XXXX X
Limousin XXX XXXXX XXXX X
Simmental XXXXX XXXX XXX XXXX
Hereford XX XX XXX XX
Holstein XXXX XXX XX XXXXX
Suizo Pardo XXXX XXXX XX XXXX
Jersey X X X XXXXX
Brahman XXX XXX XXXXX XX
Brangus XXX XX XXXX XX
Sahiwal XX XXX XXXXX XXX
St Gertrudis XX XXX XXXXX XXX
Adaptado de Cundiff et. al (1996)
RAZAS AGRUPADAS EN TIPOS BIOLÓGICOS CON BASE EN 4 CRITERIOS
PRODUCCION ANUAL DE KILOS DE BECERRO DESTETADO POR EL USO DE VACAS CRUZADAS
0
20
40
60
80
100
120
CEBU PROMEDIO CRUZAS Angus x Cebú Charolais x Cebú Hereford x Cebú Suizo Pardo x Cebú
Incremento potencial de 52% en la producción de carne
SOBREVIVENCIA DE VACAS BRAHMAN Y CRUZAS F1Bos taurus X Bos indicus
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Sob
reviv
enci
a
Años
Bhm Ang Hfd Ch SP
0
2
4
6
8
10
12
14
16
. BHM . ANG . HFD . CH . SP
%
Fertilidad Mortalidad Habilidad Materna Otras
CAUSAS DE DESECHO DE VACAS BRAHMAN Y
CRUZAS F1 Bos taurus x Bos indicus
NUMERO DE BECERROS ACUMULADOS AL DESTETE DE 3 A 11 AÑOS DE VACAS BRAHMAN Y CRUZAS F1 Bos taurus X Bos indicus
0
1
2
3
4
5
6
7
3 4 5 6 7 8 9 10 11
# B
ecer
ros
Años
Bhm AngxC HfdxC ChxC SPxC
PESO AL DESTETE ACUMULADO DE 3 A 11 AÑOS DE VACAS BRAHMAN Y CRUZAS F1 Bos taurus X Bos indicus
0
200
400
600
800
1000
1200
3 4 5 6 7 8 9 10 11
Kg
Años
Bhm AngxC HfdxC ChxC SPxC
PRODUCCIÓN DE CARNE POR VIDA PRODUCTIVA POR EL USO DE VACAS CRUZADAS
CEBU PROMEDIO CRUZAS Angus x Cebú Charolais x Cebú Hereford x Cebú Suizo Pardo x Cebú
Las vacas cruzadas son más productivas
que las Cebú: (68.21%)
Heterosis
19
20
Estimadores de heterosis, efectos maternos y directos para producción total de lechepor lactancia (PTL, kg), duración de la lactancia (DL, d), producción de leche por día(PLD, kg/d), producción de leche por día interparto (PLI, kg/d) y peso de la vaca alparto (PP; kg).
ContrasteLineal
PTL DL PLD PLI PP
Heterosis 422.92 ± 179.04a -0.67 ± 12.36 1.38 ± 0.33a 1.48 ± 0.32a 2.19 ± 6.73
Maternos 794.44 ± 482.18 80.75 ± 34.105a -0.2 ± 0.89 1.11 ± 0.88 6.94 ± 18.78
Directos 3686.91 ± 2052.12 342.90 ± 152.07a -1.3 ± 3.73 2.67 ± 4.21 79.35 ± 83.14
Heterosis para parámetros de la curva de lactación
21
150
200
250
300
350
400
450
30 60 90 120 150 180 210 240 270 300
Ho x SP Holstein SP x Ho Suizo Pardo
Parámetros
a= Producción inicial
b= Pendiente al pico
c= Pendiente al final
El cruzamiento mejora las características de baja heredabilidad
• La heredabilidad describe la proporción de las diferencias observadas en unacaracterística que son debidas a efectos aditivos de los genes
• Características de baja heredabilidad como la reproductivas o la longevidadresultan en una mayor heterosis.
Característica Heredabilidad Heterosis
Reproductivas Baja Alta
Crecimiento Media Media
De la Canal Alta Baja
EVALUACIONES GENÉTICAS
23
MODELO GENETICO
F = G + E
F = A + D + I + E
F = A + D + I + Ep + Et
Modelo Animal:
y= Xb + Za + e
ESTIMACIÓN TRADICIONAL DE VALORES
GENÉTICOS
l=se2/sa
2
Mejoramiento Genético
La selección genética basada en el uso de los registros deproducción y procedimientos estadísticos, permite identificara los individuos con mayor mérito genético para producciónde leche y carne o ambos lo que permite aumentar larespuesta a la selección o la mejora de la producción.
La primera evaluación genética en ganado de carne en Méxicose realizo en 2001 para la raza Simmental
28
AsociaciónPeso
NacimientoPeso
DestetePeso Año Talla
Circunferencia Escrotal
Permanencia Productiva
Fertilidad Vaquillas
Leche
Simmental-Simbrah X X X X X X XCharolais-Charbray X X X X X X XBrangus Rojo X X X X X XSanta Gertrudis X X XTaurindicus XHolando Cebú X X X X
29
0
1
2
3
4
5
6
-50
-45
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5 10 20 50 100 200 500 1000
Kg.D
ías
Número de progenie
Respuesta directa (RDS) esperada a la selección
RDS EPP RDS IEP RDS PA2P
EPP = Edad al primer parto, IEP = Intervalo entre partos y PA2P = Peso al destete acumulado al segundo parto.
-3.5
-3
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
5 10 20 50 100 200 500 1000
Kg.
Día
s
Número de progenie
Respuesta correlacionada (RCS) esperada a la selección
RCS IEP RCS PA2P
EPP = Edad al primer parto, IEP = Intervalo entre partos y PA2P = Peso al destete acumulado al segundo parto.
GENÓMICA
32
• El genoma es la totalidad de lainformación genética que poseeun organismo o una especie enparticular.
• Comprende en ADN contenidoen el núcleo, organizado encromosomas y el genomamitocondrial.
• El termino fue acuñado porHans Winkler en 1920, como unacrónimo de la palabra gene ycromosoma.
29 autosomas y un cromosoma sexual
14,000 genes en común con todos los mamíferos 80 % de los genes compartidos con humanos
Un SNP (polimorfismo de un solo nucleótido) es una variación en la secuencia de ADNque afecta a una sola base.
Son el tipo de variación más frecuente en el ADN, constituyen hasta el 90% de todaslas variaciones genómicas.
Cualquier base del ADN podría ser sustituida por cualquier otra, pero, en la práctica,la mayoría de los SNP sólo tienen dos variantes o alelos.
36
Los SNP no tienen porqué formar parte de los genes; pero, si están biendistribuidos a lo largo del genoma, muchos de ellos estarán próximos azonas del ADN responsables de caracteres de interés (estarán asociados agenes).
El objetivo será identificar estas asociaciones entre los SNP y las distintascaracterísticas que interesa estudiar en los individuos; por eso se diceque los SNP son “marcadores genéticos”.
¿Porque son importante los SNP´s?
37
Podemos considerar que el “efecto” de este SNP es debido a que se transmiteconjuntamente con un determinado gen que afecta la producción del peso alnacimiento.
Ejemplo del efecto de un SNP en el mérito genético de una característica.
• Simplificación de la purificación y replicación del ADN
• Desarrollo de tecnologías rápidas y baratas de secuenciación
1: Conocimiento de la estructura genética decaracterísticas
2: Mejoramiento de la predicción de la evaluacióngenética y Predicción de valores genómicos directos.
Usos potenciales de la Genómica
1: Conocimiento de la estructura genética decaracterísticas
40
GWAS Ganado De Doble Propósito
Grafica tipo Manhattan de los efectos estimados para los marcadores usando el genoma completo de las características: a) DBW, b) DWWD, c) DWWM y d) DYW en ganado Simmental.
44
En los GWAS, se
encontraron 22, 25, 28 y
42 SNP asociados a las
características DBW,
DWWD, DWWM y DYW,respectivamente
INTRAMUSCULAR FATMARBLING SCORE
SHEAR FORCE
COLD TOLERANCEFEED EFFICIENCY
AVERAGE DAILY GAINCALVING EASE (MATERNAL)
MILK DECENOIC ACID CONTENTSHEAR FORCE
BODY WEIGHT (WEANING)UDDER SWELLING SCORE
CALVING EASE
BODY WEIGHT (WEANING)TICK RESISTANCE
MILK CAPRYLIC ACID CONTENTMILK CAPROIC ACID CONTENT
MILK PALMITOLEIC ACID CONTENTMILK MYRISTOLEIC ACID CONTENT
MILK CAPRIC ACID CONTENTMILK CAPRYLIC ACID CONTENTMILK CAPROIC ACID CONTENTMILK CAPRIC ACID CONTENT
SUBCUTANEOUS FATRESIDUAL FEED INTAKE
SCROTAL CIRCUMFERENCE
MILK MYRISTOLEIC ACID CONTENTMILK PALMITOLEIC ACID CONTENT
CAPRIC ACID CONTENTPELVIC AREA
MILK PALMITOLEIC ACID CONTENTOMEGA-3 UNSATURATED FATTY ACID CONTENT
MILK PALMITOLEIC ACID CONTENTMILK MYRISTOLEIC ACID CONTENT
CALVING EASE SHEAR FORCELONGISSIMUS MUSCLE AREA
SHEAR FORCE
SHEAR FORCEMARGARIC ACID CONTENT
MILK BETA-CASEIN PERCENTAGE
QTL
Grafica de Manhattan del análisis de asociación de haplotipos identificados en un estudio de casos y control de Cooperia punctata.
Los resultados sugieren la existencia de SNP´s asociados con la
resistencia al nematodo, principalmente en el cromosoma 23.
García-Ruíz et al., 2019
Análisis de la expresión del gen HSP60 en bovinos de laraza Simmental expuestos a estrés calórico paraidentificar individuos resilientes a altas temperaturas.
Guzmán Rodríguez et al., 2019
2: Mejoramiento de la predicción de laevaluación genética y Predicción de valoresgenómicos directos.
49
Matriz de Relaciones Genómicas
• La matriz numérica de relaciones (A) esta basada en el pedigrí: es un promedio derelaciones asumiendo el modelo infinitesimal.
• “Las relaciones reales” difieren debido al tamaño finito del genoma
(Hill and Weir, 2010).
• La matriz A es la esperanza de la realización de la matriz
• SNP son mas informativos que A
•Dos medios hermanos podrían tener una correlación entre 0.20 a 0.30
• Se requiere muchos marcadores para obtener esta relación mas precisa
Realizado vs esperado
•Con G, nosotros estimamos la matriz de relaciones REALIZADA
•A es una matriz de relaciones ESPERADAS
E(G)=A
Mejoramiento de la predicción de la evaluación genética.
52
• Tradicional
Genómico
• Se reemplaza la Matriz de relaciones aditivas (A)
(tradicionalmente construida con información de Pedigrí)
por la Matriz de relación genómica (G).
Mejoramiento de la predicción de la evaluación genética.
54
• Tradicional
Genómico
Densidad de marcadores
777,962 ~150,000 ~27,000
Ensayo InfiniumHD InfiniumHD InfiniumHD
Guía de uso Infinium Super Infinium Ultra Infinium
Tiempo de escaneo por muestra
iScan+: ~7minHiScanSQ: ~7min
BAR: ~7miniScan: ~1min
HiScanSQ: ~1min
BAR: ~7miniScan: ~1min
HiScanSQ: ~1min sec
BovineHD GGP - HD GGP - LD
Paneles disponibles para bovinos
56
Análisis automatizado de SNP
AAAB
BB
Determinación del Genotipo
Población de referencia
“Ecuaciones de predicción”
Muestra biológica (sangre)
Predicción de valores genómicos directos
Laboratorio Genotipado
Análisis Estadístico
58
• Identificación de animales con mayor contribución genética marginal ycon Diferencias Esperadas en la Progenie (DEPs) para todas lascaracterísticas incluidas en las evaluaciones genéticas que se realizancon ganado Simmental-Simbrah, para integrar la población dereferencia.
• Esta población se caracterizó genéticamente con un panel de altadensidad.
59
• Utilizando las DEPs y los genotipos de los animales en la población dereferencia, se desarrollaron los procedimientos para predecir valoresgenómicos directos para animales jóvenes a partir de su caracterizacióngenética.
• La aplicación de esta tecnología permitirá identificar, a edades tempranas ycon mayor certidumbre, animales genéticamente superiores paracaracterísticas de importancia económica y acelerar el mejoramientogenético en la población Simmental-Simbrah.
La primera evaluacióngenómica en México serealizo en 2018 paraSimmental – Simbrah.
Evaluaciones Genómicas
OPORTUNIDADES
61
•Desarrollo de índices de selección para crecimiento yreproducción en diversas razas.
•Creación de poblaciones de referencias en diversas razas
•Desarrollo de fenotipos y genotipado de animales de diversasrazas para características de la canal, eficiencia alimenticia ytolerancia al estrés calórico.
62
CONCLUSIONES
63
• El mejoramiento genético de los hatos en el trópico no constituye un evento aislado conrespecto a otros factores como la sanidad, alimentación, manejo del rebaño, entre otros.
• Cualquier programa de mejoramiento genético debe ir acompañado de mejorasambientales que permitan a los animales expresar su potencial genético.
• La caracterización de razas, las evaluaciones genéticas y genómicas son herramientasútiles para el mejoramiento genético animal.
• El fenotipo es y seguirá siendo la pieza de información mas importante.
64
GRACIAS
Vicente E. Vega Murillo
XXXI Reunión Científica Tecnológica Tabasco 2019
Noviembre 8 de 2019
IMPORTANCIA DEL
MEJORAMIENTO GENÉTICO
EN GANADO BOVINO
Vicente E. Vega Murillo
XXXI Reunión Científica Tecnológica Tabasco 2019
Noviembre 8 de 2019