Navajas elly genetica molecular

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Navajas elly genetica molecular

  1. 1. Algunas experiencias del uso de biología molecular y perspectivas de futuro Elly Navajas Sustainable Livestock Systems Research Group Scottish Agricultural College Dorian Garrick Department of Animal Sciences Iowa State University III Seminario sobre Mejoramiento Genético en Ovinos Termas del Arapey, Uruguay - Junio 2008
  2. 2. En esta charla .. • Recapitulando • gen, marcadores y QTL • Marcadores genéticos disponibles • y su utilización actual • Selección genómica • el nuevo desafío • Resumen y comentarios finales
  3. 3. Algunos conceptos • Marcador Molecular • región del ADN que por su proximidad física con los genes aporta información sobre la expresión de la característica • Gen • región del ADN que determina y transmite la característica hereditaria de padres a hijos • QTL (locus de carácter cuantitativo) • región del ADN que afecta una característica cuantitativa
  4. 4. Clasificando MAS • Tipo de marcador • Relación entre la característica y el objetivo de selección
  5. 5. Tipo de marcador • El marcador es el gen – Selección asistida por el gen (GAS) • El marcador está próximo (ligado) al gen o al QTL – Selección asistida por el marcador (MAS)
  6. 6. Objetivos de selección • Un programa de mejora incluye – Meta – Objetivo de selección • Lista de las características que definen la meta de la mejora genética • Énfasis (económico) relativo de las características en la lista – Criterio de selección • Información que permiten la estimación de las DEPs para las características en el objetivo
  7. 7. Objetivos de selección • Un objetivo de selección ideal que incluye todos los caracteres que influyen la meta • Un objetivo de selección “de trabajo” ignora los caracteres para los cuales no contamos DEPs • Para aquellos caracteres para los cuales existen DEPs – Algunos son precisos (ej medidos directamente) – Otros son menos confiables (ej. baja heredabilidad, limitados a un solo sexo, de medición tardía)
  8. 8. QTL y Objetivos de selección • Es útil distinguir si el QTL influye una característica que – no está típicamente en el objetivo de trabajo – con DEPs precisas – con DEPs disponibles pero con menor precisión • O el QTL influye un carácter cualitativo
  9. 9. Resumen de ejemplos de MAS Objetivo de selección Gen/QTL No Cualitativo Gen N Scrapie No Sin DEP Pietín (MAS) Sí DEPs confiables Sí DEPs Booroola con menor Inverdale precisión Myostatin (MAS) Carwell (MAS) TMQTL (MAS) Eczema facial (MAS) Parásitos gastrointestinales (MAS?) Aquellos no indicados como MAS son ahora GAS
  10. 10. • Característica cualitativas que no están en el objetivo de selección
  11. 11. Gen N • Encontrado en Romney, ahora llamado HH1 • Drysdales tienen fibra medulada • Fibra ideal para la fabricación de alfombras • Los media sangre Drysdale presentan un manto al nacer diferente lo cual facilitó selección (GAS) Drysdale NN Romney nn
  12. 12. Scrapie • En NZ: – Una barrera no arancelaria a las exportaciones al Reino Unido y otros países de la UE – Determinación de las frecuencias de los genes en cabañas de algunas razas • Alta frecuencia del gen ARR en NZ Coopworth, Romney y Corriedale • RU y otros países de la UE: – Planes de erradicación a través de la selección en contra de los genes desfavorables
  13. 13. Scrapie: Encefalopatía Espongiforme Transmisible (EET) que afecta a ovejas y cabras Resistencia/Susceptibilidad asociada con el gen de la proteína prión (PrP) Polimorfismos en codones 136, 154, 171 haplotipos ARR ARQ ARH AHQ VRQ resistencia susceptibilidad PLANES NACIONALES DE ERRADICACIÓN Selección basada en genotipos PrP frecuencia del VRQ frecuencia del ARR
  14. 14. Planes para erradicar scrapie • Preocupación en la ovinocultura • Asociaciones desfavorables del gen PrP con otros caracteres importantes (producción, fitness) • Aumentos de niveles de consanguinidad • Que sucedería si surgen otros tipos de scrapies • Medida de precaución • Bancos de semen
  15. 15. ‘Estrategias óptimas para erradicar el scrapie’ • Defra, 10 instituciones, £ 2 millones • Asociaciones del genotipo PrP con otros caracteres – Majadas experimentales: 4 razas – Majadas comerciales: 10 razas • Solo asociaciones de menor importancia en características de la oveja • Conclusión: Impacto mínimo de la selección contra de VRQ o a favor de ARR (B. Villanueva, SAC)
  16. 16. Estrategias óptimas para crear bancos de semen Métodos desarrollados para determinar • Número de pajuelas requerido para restaurar en el futuro un haplotipo determinado en un tiempo dado • Contribuciones óptimas por carnero para mantener variabilidad genética en otros loci
  17. 17. Pietín • Producido por infección bacteriana – Daño de las pesuñas puede ser categorizado (usando escalas) lo que permite una selección fenotípica – La mayoría de los cabañeros evitan la enfermedad • uso de vacunas • Resistencia genética asociada con DQA2 (MHC) • Test comercial disponible (MAS) • Difícil que el efecto sea cuantificado por cabañeros • En validación en Uruguay y RU
  18. 18. Proyecto sobre Pietín en el Reino Unido • Objetivos – Validar el conocimiento existente (DQA2) sobre resistencia genética – Expandir la búsqueda a otros marcadores – Estimar los parámetros genéticos entre pietín y otros caracteres de importancia económica – Predecir los beneficios económicos de aumentar la resistencia al pietín a través de la mejora genética • En colaboración con otros institutos en RU, NZ y Aus (J. Conington, SAC)
  19. 19. Pietín: validación en el RU • Aprox 14000 animales medidos: • Majadas experimentales: Blackface y Mules • Majadas comerciales: Blackface y Texel • Hasta ahora, sólo algunos resultados son públicos • resistencia al pietín es heredable en ovejas pero no en corderos • baja repetibilidad (+ de una medida mejora la eficiencia de la selección) • Efecto de la forma de análisis : – Enfermo vs. sano: heredabilidad baja – Usando escala: heredabilidad alta
  20. 20. • Características en el objetivo para las cuales se suele contar con DEPs que son más precisos
  21. 21. • Características en el objetivo para las cuales se cuenta con DEPs de menor precisión – Baja heredabilidad • Fertilidad, prolificidad – Caracteres difíciles de medir • se expresan en un solo sexo • de expresión tardía en la vida del animal • requieren mediciones post faena
  22. 22. Inverdale • Una copia del gen se asocia con un óvulo extra o 0.6 corderos más • Dos copias del gen produce ovarios subdesarrolados e infertilidad • El gen (BMP15) está localizado en el cromosoma X
  23. 23. Uso del Inverdale • En uso en NZ – 1000 carneros con test fueron usados a nivel de producción en 2005 (Dodds et al., 2007) • ≈ 200.000 to 300.000 ovejas • Programas de introgresión a partir de Romney en Australia y Escocia – Inverdale está siendo estudiado en SAC – Interacción con nutrientes en Gales
  24. 24. Eczema facial • Ingestión de una micotoxina que produce daño al hígado – Exposición a la enfermedad es problemática • Investigaciónes han identificado QTLs • Test comercial está siendo prometido en NZ “en dos años”
  25. 25. Características de carcasa • 4 genes que afectan la calidad de la carcasa han sido identificados – Callipyge – Carwell – TM QTL – Miostatina
  26. 26. Callipyge • Primer gen relacionado con carcasa en ovinos • GTL2, ubicado en el cromosoma 18 • Produce hipertrofia muscular: • aumenta peso de músculo en el cuarto trasero • reducción del contenido de grasa • Forma de herencia: sobredominancia polar • se manifiesta solo si el gen es heredado por vía paterna • Efecto muy negativo en la terneza de la carne
  27. 27. Carwell • Identificado originalmente en Poll Dorset • Aumenta: – área del ojo del músculo en 10% – peso del longissimus en 8% • En el cromosoma 18, próximo al callipyge • Landcorp (NZ): – uso MAS (marcadores flanqueando al gen) para crear una línea de (terminal ?) Carwells + selección por crecimiento y composición de carcasa medida por CT • Comercializado como LoinMax®
  28. 28. QTL en Texel • En Texel (NZ): QTL significativo en cromosoma 2 – posición: próximo al gen Miostatina (GDP8) – ↑ peso de la pierna: 3.3% – ↑ muscularidad: 2.2% – ↓ peso de la grasa en la pierna: 10% – sin efecto en las medidas por ultrasonido • Comercializado como MyoMAX® • Texel en Bélgica: – QTL similar – determinaron que Miostatina es el gen causante
  29. 29. TM-QTL • QTL en Texel para musculosidad identificado en la población comercial del Reino Unido • Localizado en el cromosoma 18 – ↑ profundidad del longissimus (ultrasonido) en 4- 8% – ↑ área del ojo del músculo en 8-14% (Walling et al., 2004) (efecto similar al Carwell) • Validation in progress in UK – “El efecto de TM-QTL y otros QTLs en el rendimiento carnicero y calidad de carne en ovinos, y su evaluación usando análisis por video imagen (VIA)” (L.Bünger, SAC)
  30. 30. OBJECTIVOS (1) • Evaluación de efectos directos e indirectos • de TM-QTL, LoinMA® y MyoMAX ® • en Texel, y • corderos cruza (Mules xTexel,y Welsh Mountain x Texel) • Introgresión • TM-QTL y MyoMax® en raza pura Inverdale-Texel y • TM-QTL en otras razas puras (ej. Suffolk y Charollais)
  31. 31. Efectos directos e indirectos • Efectos directos: características de carcasa – Rendimiento carnicero, muscularidad, contenido graso – Evaluadas a través de conformación y engrasamiento, VIA, disección, Tomografía • Efectos indirectos: – Calidad de carne: terneza, grasa intramuscular, panel sensorial – Salud y comportamiento animal • Maternal: comportamiento parto y post parto, distocia • Corderos (nacimiento a la faena) : vitalidad y sobrevivencia
  32. 32. Algunos resultados del TM-QTL • ↑ Profundidad del longissimus (6.7%), ancho (3.0%), area (5.1%) • Confirma efecto original identificaco en Texel puro • ↑ Rendimiento músculo (5.8%) y carne vendible (1.8%) • Sin efecto en el cuarto trasero • ↑ Rendimiento carnicero de la carcasa (9%) • TM-QTL podría resultar en beneficios a la ovinocultura, siempre y cuando no existan efectos adversos en calidad de carne y/o bienestar animal • Superioridad de la calidad de la carcasa, detectada por la clasificación de carcasa? (Macfarlane et al., 2008)
  33. 33. En víspera de una Revolución • Selección genómica • Ahora fortalecida a través de dos herramientas a nivel molecular • Secuenciamiento del genoma que ha permitido la identificación de SNP (marcador molecular) • Tecnologías que permiten la caracterización confiable y simultánea de MILES de SNP – ej bovinos: $191 por 54k SNP chip • Para ovinos 60k SNP chip disponible en breve (SNP = polimorfismo de un solo nucleótido = variación que afecta a un solo nucleótido (A,T, C, G))
  34. 34. Selección genómica • MAS/GAS están basadas en DEPs calculados en usando la información fenotípica y de pedigre, más el efecto de los QTLs que hayan sido descubiertos para la característica • Selección genómica está basada en DEPs para fragmentos del cromosoma que se identifican usando un número muy grandes (decenas de miles) de SNPs – DEP de un animal se calcula sumando los valores de cada fragmento identificado – Incluye QTLs con efectos grandes y chicos
  35. 35. Predicción del mérito genético Mérito Genético = Σ estimaciones de los efectos 60.000 SNPs Genotipo para 60,000 SNPs en todo el genoma SNPs QTL Par de cromosomas Meuwissen et al. 2001
  36. 36. Predicción genómica • Un proceso en dos etapas – Estimación del efecto de los SNPs usando una base de datos de referencia que comprende unos mil animales genotipados con un chip denso en SNP – Estimación del mérito de un nuevo animal basado en el conocimiento de su genotipo, multiplicado por los efectos estimados para cada uno de los alelos en cada SNP
  37. 37. Progreso Genético con Selección Genómica • Progreso genético: – precisión de los DEPs: similares o mayores que en la selección tradicional – intervalo generacional más corto • Estudios por simulación, pocos con datos experimentales • Resultados son promisorios ...
  38. 38. Comentarios finales • Existen análisis de marcadores, disponibles comercialmente, que están relacionados con caracteres económicamente importantes – son pocos – en muchos casos de efecto pequeño • La genética molecular en ovinos ha progresado más lentamente que en otras especies
  39. 39. Comentarios finales • Generalmente, los “usuarios” quieren poner mucho énfasis en los QTLs en seguida que éstos están disponibles en el mercado • Algunas consideraciones • Solo válidos para la población (y ambiente) donde se identificaron los QTLS o genes • La magnitud de los efectos de los QTLs depende del background genético y puede variar entre razas (a veces sobre-estimados) • Pueden haber efectos indirectos en otras características • Un QTL explica solo una fracción de la varianza genética (máx? 10%?) → efectivo desde el punto de vista económico?
  40. 40. Comentarios finales • Validación de los marcadores – Cómo y quién evaluará si un marcador es útil? • validación de la magnitud del efecto del QTL • en todas las razas? • quién financia? – No existe un mecanismo formal del validación en el RU • validaciones actuales realizadas por los institutos de investigación son apoyo financiero de agencias de gobierno, industria y empresas comerciales, en colaboración entre varias universidades/investigadores – USA: en bovinos, poblaciones experimentales, empresa financia el genotipado – NZ: realizado por AgResearch
  41. 41. Comentarios finales • Muchos más QTL son conocidos pero no son publicados • Patentes • Aún en no está resuelto como manejar en una evaluación genética un portafolio grande de QTLs • Muchos más QTLs existen pero no son encontrados con las estrategias utilizadas hasta ahora – SNPs y la selección genómica – Resultados alentadores – Investigación alrededor del mundo en marcha – Nuevos “juegadores”
  42. 42. Comentarios finales • Marcadores moleculares pueden proveer información útil tanto al cabañero como a productores • aumento de la tasa genética en las cabañas • reducir la diferencia genética • Registros productivos y pedigre siguen siendo importantes • DEPs siguen siendo la mejor herramienta de selección • Estudios de detección y validación están basados en el uso combinado de información fenotípica y molecular • Referencia constante: objetivos de selección
  43. 43. 43 Agradecimientos • SUL and INIA • Dorian Garrick • Colegas del SAC: Beatriz Villanueva, Rami Sawalha, Lutz Bünger, Jenny Macfarlane, Eli Rius y Jo Conington MUCHAS GRACIAS

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