DEDICATORIA

Con cariño:

El presente está dedicado a nuestros docentes que dio a día nos imparten

conocimientos, para ser buenos profesionales y aportar en el desarrollo de nuestro

país.

AGRADECIMIENTO:

A la Universidad Pública de el Alto que nos abre sus puertas permitiéndonos lograr

nuestros sueños.

También a nuestros padres que nos brindan su apoyo incondicional.

UNIVERSIDAD PÚBLICA DE EL ALTO

CARRERA DE INGENIERÍA AGRONÓMICA

TITULO

QTLs EN MEJORAMIENTO ANIMAL (MAS)

UNIVERSITARIOS

IRENE MERCEDES GUTIERREZ LIMACHI

SUSSI MAGALI CANOA

ANA MARIA ALANOCA TARQUINO

MARY JHOANA BELTRAN APAZA

DOCENTE:

Ing. MSc. PhD. Felix Marza Mamani

FECHA

EL ALTO - BOLIVIA

3-Junio-2011

JUSTIFICACION

El conocimiento que se tiene sobre los QTLs en mejoramiento animal es muy

reducido por tal razón la falta de aplicación tae como consecuencias que en

nuestro país no existen razas mejoradas.

Motivo por el cual es necesario profundizar los conocimientos del uso y aplicación

de los QTLs en el mejoramiento animal.

SUMARIO

QTLs en mejoramiento animal

Resumen

Antecedentes

Marcadores moleculares

Clases de marcadores

o RFLPs

o RAPDs

o AFLPs

o Microsatélites

o SNPs

Selección asistida por marcadores

Introducción

Objetivos

o Objetivo general

o Objetivo especifico

Definición

Loci de características cuantitativas – QTLs

Loci de rasgos cuantitativos y marcadores genéticos

Genes candidatos

[

Identificación de QTLs, ETLs

Diseños experimentales utilizados en el mapeo de QTLs

Diseño de Medias Hermanas Paternas (Dauther Designs, Paternal half sibs)

Diseños experimentales para detectar QTL en ganado lechero

Mapeo de QTLs en Cruzamientos de Poblaciones Segregantes.

QTLs en el ganado lechero

métodos para detectar QTL en ganado lechero

QTLs EN MEJORAMIENTO ANIMAL (MAS)

RESUMEN

La genómica es la subdisciplina de la genética que tiene por objeto la

caracterización molecular de genomas completos; así, desde hace algunos años se

han llevado a cabo múltiples trabajos en casi todas las especies de animales

domésticos con el fin de localizar regiones cromosómicas que pueden afectar los

caracteres de mayor interés económico en la producción animal. En el presente

artículo se revisan estrategias de genómica que, en combinación con las

metodologías de genética cuantitativa, se están aplicando en programas de

mejoramiento animal. Una de dichas estrategias es la detección de QTL

(Quantitative Trait Loci) o ETL (Economic Trait Loci), términos que se refieren a

regiones de ADN que ejercen un efecto significativo sobre una o varias

características fenotípicas. Además, se muestra que la incorporación de la

información que proporcionan los avances en genómica en los programas de

mejoramiento tradicionales comienza a ser una realidad que se lleva a cabo

mediante herramientas de genética cuantitativa, lo que se denomina de una forma

genérica “selección asistida por marcadores” (MAS, Marker Assisted Selection). Por

último, se hace un análisis sobre el considerable incremento de la información

molecular que puede ser utilizada en programas de mejoramiento de animales

domésticos, y cómo los agentes tradicionalmente implicados en procesos

de selección, como las asociaciones de criadores y los centros nacionales o

regionales de evaluación genética, pueden tener acceso, total o restringido, a los

resultados de los estudios de genética molecular.

ANTECEDENTES

Desde el experimento de Sax en 1923, hasta la actualidad, es mucho lo que se ha

avanzado en el mapeo de los genomas de especies domésticas. A partir de los

primeros trabajos realizados en bovinos durante la década del sesenta, en los

cuales se analizaban unos pocos marcadores genéticos (grupos sanguíneos y

polimorfismos bioquímicos) para el mapeo de caracteres cuantitativos, se ha

llegado en la actualidad, a contar con un mapa genético cuya distancia promedio

entre marcadores es de 2,5 cM. Esto ha sido posible gracias al desarrollo de la

tecnología del ADN.

La densidad actual de marcadores representa una considerable mejora en el poder

de resolución del mapa, aumentando de esta manera la probabilidad de detectar

QTLs y su subsecuente aplicación en programas de MAS.

Caracterizar la variabilidad presente en las poblaciones de ganado lechero e

identificar los QTLs para dichos caracteres, permitirá utilizar los marcadores

genéticos como complemento de los métodos tradicionales de mejoramiento. La

selección asistida por marcadores genéticos podría ser aplicada tanto en

poblaciones exocriadas, como para realizar la introgresión asistida de genes de

interés poblaciones comerciales de élite.

La MAS ofrece una serie de ventajas, entre las que pueden mencionarse la

determinación del genotipo directamente sobre el ADN, sin que dicha información

se vea afectada por la influencia del ambiente, esto permite mejorar la exactitud

de la evaluación genética.

Por otra parte, muchos fenotipos se expresan sólo en un sexo y en un momento

determinado del desarrollo. La diagnosis basada en el DNA puede realizarse

independientemente del sexo y del estadio del desarrollo. Esta característica

permite obtener la información antes que se exprese el fenotipo, o que los

reproductores tengan descendencia. Dado que no es necesario esperar los datos

de comportamiento para la elección de los reproductores, esta metodología

permite disminuir el intervalo generacional y reducir el costo de cría., haciendo

mejor uso de la variación genética no aditiva. Finalmente, cabe mencionar que los

marcadores genéticos son de gran utilidad para el estudio y selección de

caracteres no convencionales como resistencia/susceptibilidad a enfermedades.

Por las características mencionadas anteriormente, la implementación de la MAS

redundará en un aumento de la respuesta a la selección, y de esta manera

incrementará la intensidad de la misma.

A pesar de los grandes avances obtenidos hasta el momento, aún restan solucionar

una serie de inconvenientes para implementar, en forma extensiva, la MAS en el

mejoramiento animal. La mayoría de los trabajos realizados hasta el momento, se

basan en el mapeo de los QTLs a través del análisis del ligamiento entre éstos y los

marcadores, y no sobre el gen cuantitativo en sí mismo. Por lo tanto, los resultados

obtenidos se ven afectados por el efecto de la recombinación, disminuyendo de

esta manera la efectividad de la predicción.

MARCADORES MOLECULARES

Es de conocimiento común que todos los organismos vivos están constituidos de

células que son programadas por el material genético llamado DNA. Esta molécula

se compone de una cadena de bases nitrogenadas, grupo fosfórico, y azúcar. Una

pequeña fracción de DNA típicamente constituye genes, que codifican para

proteínas, mientras que el DNA restante representa secuencias que no codifican, y

cuyo rol es aun poco conocido. El material genético está organizado en juegos de

cromosomas, y el juego entero de cromosomas es conocido como el genoma.

Los marcadores moleculares no tienen ningún efecto biológico, en cambio ellos si

pueden ser considerados como marcas constantes en el genoma. Los marcadores

son secuencias identificables de DNA, que se encuentran en puntos específicos del

genoma, y transmitidos por leyes estándar de herencia de una generación a otra.

Los marcadores se basan en ensayos de DNA, en contraste a marcadores

morfológicos, que se basan en características observables.

CLASES DE MARCADORES

Existen diferentes clases de marcadores moleculares, tales como RFLPs, RAPDs,

AFLPs, micro satélites y SNPs. Estos se diferencian por sus requerimientos

técnicos, (por ejemplo, algunos pueden ser automatizados otros pueden requerir el

uso de radiactividad); la cantidad de tiempo, recursos económicos, trabajo

necesario; el número de marcadores genéticos que se pueden detectar a través del

genoma; y la proporción de variación genética encontrada en cada marcador en

una población dada.

a) RFLPs

Son Fragmentos Polimórficos de longitud restringida (RFLPs). Estos marcadores son

detectados al someter el DNA a la reacción con enzimas de restricción. Por

ejemplo, la enzima de restricción EcoR1 corta el DNA cuando la secuencia de bases

GAATTC es encontrada. Diferencias en longitud de fragmentos de DNA son luego

observados si, el DNA de un individuo contiene la secuencia en una parte

específica del genoma, mientras que otro individuo tiene la secuencia GAATTT y

que no es cortada por EcoR1.

Los RFLPs fueron los primeros marcadores moleculares en ser ampliamente

usados. Su uso consume mucho tiempo y es costoso, hoy en día, sistemas de

marcadores más simples vienen a constituirse en alternativas más atractivas.

b) RAPDs

Marcador de DNA polimórfico amplificado al azar, fue desarrollado en 1990. Estos

fueron detectados usando la reacción de la cadena polimeraza (PCR), un

procedimiento de biología molecular bastante extendido que permite la producción

de múltiples copias de una secuencia específica de DNA. El análisis de marcadores

RAPD es rápido y simple, aunque los resultados son sensibles a las condiciones del

laboratorio, afectando su repetibilidad.

c) AFLPs

A mediados de 1990, otro método de generación de marcadores moleculares

basado en PCR fue descrito, dando lugar a fragmentos polimórficos de longitud

amplificada (AFLP). Con ésta técnica, el DNA es sometido a la acción de enzimas

de restricción y luego amplificado con PCR. Esto permite una amplificación

selectiva de fragmentos dando lugar a una gran cantidad de marcadores útiles,

que pueden ser localizados en el genoma rápidamente y con alto nivel de

confiabilidad.

d) Micro satélites

Éstas son secuencias simples de DNA (por ejemplo GAC), generalmente 2 o 3

bases, repetidas en un número variable de veces en serie. Estos son fáciles de

detectar y están basados en PCR, un marcador de micro satélite típico tiene más

variantes que aquellos marcadores de otros sistemas. La identificación inicial de

micro satélites es tediosa en función de tiempo.

e) SNPs

En años recientes, polimorfismo a nivel de nucleótidos simples (SNPs) fue descrito,

estos consisten en cambios de una base simple en la secuencia del DNA, y se ha

estado convirtiendo en una clase de marcador molecular cada vez más importante.

El número potencial de m arcadores SNP es muy alto, lo que significa que es

posible encontrarlo en todas partes del genoma, y el procedimiento desarrollado

para automatizar la cuantificación de cientos de locus de SNPs a un bajo costo es el

micro-array.

SELECCIÓN ASISTIDA POR MARCADORES

El sistema de marcadores moleculares descrito, permite generar mapas de

marcadores de DNA de alta densidad para un rango amplio de especies agrícolas

de importancia económica, proporcionando de ésta manera el marco necesario

para una aplicación eventual de selección asistida por marcadores (MAS).

El éxito de un programa de mejoramiento en base a marcadores depende de tres

factores principales: 1) Un mapa genético con un número adecuado de marcadores

polimórficos uniforme-espaciados para localizar exactamente los QTLs deseados o

los genes mayores; 2) Un ligamiento estrecho entre el QTL o gen mayor de interés

y el marcador adyacente; 3) Recombinación adecuada entre los marcadores y el

resto del genoma; y 4) capacidad de analizar un número grande de plantas de

manera eficaz en función de tiempo y costo. La relación entre los marcadores y los

genes de interés es una condición básica para una aplicación efectiva de MAS. En

la selección convencional, en base a observaciones fenotípicas, no es posible

utilizar ésta clase de información.

Con el uso del mapa de marcadores, genes que supuestamente afectan

características de interés pueden ser detectados probando asociaciones

estadísticas entre las variantes de los marcadores y cualquier característica de

interés. Estos rasgos pueden ser genéticamente simples, por ejemplo, muchas

características para resistencia a enfermedades en plantas son controladas por uno

o pocos genes. Alternativamente, estos podrían constituir características

cuantitativas genéticamente complejas, implicando muchos genes conocidos como

locus de características cuantitativas, QTLs y efectos ambientales.

La identificación de marcadores físicamente localizados a lado de genes de interés

ahora es posible. Esto facilita llevar a cabo MAS, para seleccionar variantes

identificables de marcadores con el propósito de seleccionar variantes no-

identificables de genes de interés.

Debido a la naturaleza universal del DNA, marcadores moleculares y genes, MAS

puede en teoría, ser aplicado a cualquier especie de importancia agrícola.

Programas de investigación han estado dedicando su atención a la construcción de

mapa de marcadores moleculares y a detectar QTLs para su uso potencial en

programas de MAS y un amplio rango de cultivos. Además, MAS puede apoyar

programas de mejoramiento convencional existentes.

Las expectativas sobre MAS han sido acogidas con entusiasmo en el mundo

académico, estimulando enormes inversiones en el desarrollo de mapas de

marcadores moleculares y de la investigación de la relación entre fenotipos y los

marcadores. Los mapas de marcadores moleculares han sido construidos para una

amplia gama de especies. En función a los resultados teóricos y experimentales

acumulados en la detección de QTLs, el análisis de expertos, indica que el

entusiasmo inicial de generar ganancias potenciales con MAS se ve aun limitado

por imprecisión en la estimación de efectos de QTLs.

INTRODUCCIÓN

Casi desde el nacimiento de la genética como ciencia, a principios del siglo XX, se

constituyeron dos tendencias que se diferenciaban, tanto en el tipo de caracteres

de que se ocupaban, como en el nivel en el que planteaban el estudio de los

genes; así mismo, como suele ocurrir con frecuencia mantuvieron agrios

enfrentamientos. Estas dos tendencias fueron, en primer lugar, la escuela

estadística o biométrica liderada por Galton y sus seguidores, entre ellos Weldon,

quien llegó a dudar de la universalidad de las hipótesis de Mendel, y Pearson, cuyo

objetivo eran los caracteres de distribución continua como el peso o la estatura, los

cuales son de herencia compleja. Por su parte, la escuela experimental o

mendeliana liderada por Bateson y sus seguidores se ocupaba de los caracteres de

herencia simple o, como los llamaba Pearson, de herencia exclusiva. El trabajo

desarrollado durante el primer tercio del siglo XX por Fisher, Haldane y Wright

logró la coalescencia de ambas escuelas, al menos desde una perspectiva formal; a

partir de ello surgieron la genética cuantitativa y la genética de poblaciones, que

se ocuparon de la herencia de los caracteres complejos y de la composición

genética de las poblaciones, respectivamente.

 

La mayoría de los caracteres de interés en animales domésticos son variables

cuantitativas, es decir, son el resultado de la interacción entre factores

ambientales y un elevado número de genes, de tal manera que su distribución

estadística es una variable continua. Este es el caso de caracteres como el

rendimiento lechero, la velocidad del crecimiento, el peso a una edad determinada

o el rendimiento de la canal. Existen también caracteres de interés que, pese a

manifestarse como una variable estadística discreta, se consideran cuantitativos

porque siguen un modelo de herencia compleja, con múltiples genes que actúan

simultáneamente modulados por factores ambientales; este es el caso de muchas

de las enfermedades que afectan a los animales domésticos, del tamaño de

camada, la agresividad o la mortalidad. La mayoría de estos caracteres

manifiestan un nivel de heredabilidad suficiente como para poder ser modificados

mediante herramientas clásicas de selección genética en el contexto de programas

de mejoramiento. 

Dos son los elementos fundamentales que condicionan las posibilidades de

progreso genético en un esquema de mejora animal: la eficiencia y magnitud del

acopio de datos fenotípicos (a millones de vacas se les registra mensualmente su

producción lechera) y el registro genealógico, que permite establecer la conexión

genética de toda la información fenotípica recogida en el esquema de mejora.

 

Los métodos de genética cuantitativa han permitido lograr espectaculares

incrementos de productividad en todas las especies en las que se han aplicado

durante los últimos 40 años. Así, por ejemplo, se ha duplicado la cantidad de leche

que produce una vaca, una cerda produce un 50% más de lechones y éstos comen

un 30% menos para producir un 30% más de carne magra, mientras que un pollo

ha multiplicado por tres su peso a la misma edad. Estos éxitos, logrados con la casi

exclusiva aplicación de genética cuantitativa, es una de las causas que han

contribuido a descuidar –a diferencia de lo que ocurrió con la genética vegetal o

con la genética humana-, la inversión y el desarrollo de otras áreas de la genética;

así, hasta años muy recientes prevalecía una posición escéptica sobre la eficiencia

de la biotecnología en la producción ganadera.

 

Sin embargo, las iniciativas llevadas a cabo a propósito de los proyectos para

secuenciar el genoma humano actuaron como catalizador para concitar el interés

de los genéticos hacia la genómica animal en los últimos 15 años. La genómica es

una su disciplina de la genética que tiene por objeto la caracterización molecular

de genomas completos; surgió de la integración de las cinco áreas tradicionales de

genética: la genética mendeliana, la citogenética, la genética molecular, la

genética de poblaciones y la genética cuantitativa, además de un uso intensivo de

nuevas tecnologías de informática y robótica.

OBJETIVOS:

OBJETIVO GENERAL:

Conocer la localización de los QTLs (locus de un carácter cuantitativo) que pueden

afectar los caracteres de mayor interés económico en el mejoramiento de

producción animal.

OBJETIVO ESPECIFICO:

Conocer la detección de los QTLs y su subsecuente aplicación en programas de

MAS.

Saber la importancia de los QTLs para su aplicación mejoramiento animal.

Ver la detección de QTL para rasgos productivos y resistencia a mastitis en ganado

lechero.

DEFINICION

En Genética, un QTL (acrónimo del inglés quantitative trait locus, «locus de un

carácter cuantitativo») es un locus cuya variación alélica está asociada con la

variación de un carácter cuantitativo, es decir, con aquellos caracteres

cuantificables que varían de forma continua. La presencia de un QTL se deduce por

cartografía genética, donde la variación total para un determinado carácter se

divide en componentes asociados a una o varios regiones cromosómicas discretas.[]

Los QTL son, a priori, difíciles de identificar debido a la ausencia de una

segregación fenotípica discreta observable y, además, a que los efectos fenotípicos

de cada gen asociado con un carácter cuantitativo complejo son relativamente

pequeños. El análisis de los QTL para un carácter involucra en primer lugar escoger

y cruzar dos líneas parentales que difieran en uno o más caracteres cuantitativos

y, posteriormente, analizar la segregación de la descendencia para relacionar cada

QTL con un marcador genético conocido, o un intervalo de marcadores.[]

LOCI DE CARACTERÍSTICAS CUANTITATIVAS - QTL

El objetivo de descubrir el relacionamiento complejo entre variabilidad genómica y

diversidad fenotípica, para definir la función genética, se ha basado en dos

metodologías: la genética reversa es decir, partiendo de la secuencia del gen en

dirección al fenotipo; y la genética directa, partiendo del fenotipo en dirección al

gen. Esta última, busca identificar el gen o genes y los polimorfismos de secuencia

que están detrás de determinado fenotipo. Con recientes avances en tecnologías

genómicas han posibilitado la clonación de QTL, o sea, la identificación de las

secuencias de ADN codificante o secuencias regulatorias (no-codificante)

responsables por los QTL. La identificación del gen o de los genes involucrados en

la definición del fenotipo observado requiere un abordaje de clonación posicional,

llamado también clonación basada en mapeamiento. Este abordaje experimental

está basado en la identificación de marcadores moleculares genéticamente unidos

y próximos a la característica de interés, seguido de un procedimiento de paseo

cromosómico para identificar, aislar y caracterizar el gen o los genes responsables

por la característica.

El principio básico para la identificación de QTL es que los marcadores moleculares

se encuentren unidos a los loci que controlan las características de interés. Para

identificar QTL por ligamiento, se evalúan los individuos por su genotipo para el

marcador y por su fenotipo para la característica cuantitativa. En el caso que

existan diferencias entre los promedios fenotípicos de las clases genotípicas

establecidas para el marcador, puede inferirse la presencia de un QTL unido a este

último. Para el análisis de QTL puede ser aplicado un test-t de diferencias entre

promedios. Alternativamente, se puede emplear regresiones lineales para cada

marcador en relación a la(s) característica(s) cuantitativa(s), y el grado de

significancia estadística obtenido es indicativo de ligamiento genético (Grattapaglia

& Ferreira, 1998). El principal objetivo del mapeamiento de QTL es caracterizar los

genes afectando las características e identificar las mutaciones básicas de la

variancia genética, produciendo una importante comprensión dentro de la

estructura y función del genoma, siendo un complemento importante en el

mejoramiento animal tradicional (Olsen et ál., 2005).

La identificación de los QTLs que afectan un determinado carácter cuantitativo en

un organismo se basa en la teoría de ligamiento y recombinación desarrollada en

el primer tercio del siglo XX. La disponibilidad de mapas genómicos densos de

plantas y de animales ha hecho resurgir el interés por esta teoría desde la última

década del mismo siglo.[] Las poblaciones más aptas para mapear QTLs son las

derivadas del cruce de dos líneas puras. En los últimos años se han desarrollado

métodos estadísticos y biométricos para analizar la presencia y efectos de los

QTLs.

LOCI DE RASGOS CUANTITATIVOS Y MARCADORES GENÉTICOS

Se considera que las características cuantitativas más importantes en producción

animal están bajo control de varios loci , que en consecuencia hansido

denominados loci de rasgos cuantitativos (QTL, por sus siglas en inglés). Rara vez

la sola detección de QTL constituye evidencia suficiente para explicar la base

genética de rasgos cuantitativos; para lograr la disección genética completa de un

fenotipo se requiere conocer las identidades y número de todos los genes que lo

definen, las tasas de mutación de esos loci, el número e identidades de los genes

que afectan el fenotipo dentro y entre poblaciones, y dentro de especies, así como

los mecanismos de acción de los genes Adicionalmente, se necesita conocer el

papel de las marcas o impresiones genómicas (genomic imprinting) que en forma

de metilaciones de bases (principalmente citosinas) afectan la expresión génica;

las metilaciones pueden heredarse, y tienen gran relevancia en el destino de los

transgenes . Otro factor involucrado es la existencia de acido ribonucleico intrónico

que puede afectar la expresión génica, y aunque falta ser probado, alterar el

fenotipo resultante debido a interacciones con QTL. Hasta ahora, ninguna

característica ha sido analizada al nivel de resolución descrito anteriormente; sin

embargo, existen formas de analizar parcialmente los factores genéticos .

GENES CANDIDATOS

Otro procedimiento para detectar asociación entre marcadores y QTL, es a través

de genes candidatos, basado en el estudio de la variación fenotípica para una

característica, con relación al nivel de polimorfismo del ADN, en la secuencia de

genes previamente conocidos por estar involucrados en la fisiología y desarrollo de

la característica. Cuando se encuentra una asociación, la selección para la

variación de la secuencia del gen va a tener indirectamente un efecto en la

característica.

Los genomas humano y del ratón, son útiles en la selección de genes candidatos,

mediante mapeo comparativo, ya que estos dos genomas son los más estudiados

dentro de los mamíferos. Una ventaja de esta metodología, con relación a

marcadores anónimos es que, una vez detectado un QTL, no es necesario realizar

un mapeamiento posicional, que es un procedimiento complejo y demorado.

QTL PARA CARACTERÍSTICAS PRODUCTIVAS

Loci de rasgos cuantitativos para producción de leche fueron identificados por

primera vez genotipificar 159 marcadores genéticos en toros Holstein de Estados

Unidos (padres de más de 150, 000 hijas); los autores detectaron QTL con efecto

sobre producción de leche en cinco cromosomas (1, 6, 9, 10, y 20). La evidencia

obtenida sugirió que los QTL se encontraban en asociación con la característica en

algunas familias.

En otro estudio, 13 familias de ganado noruego fueron usadas para analizar

asociaciones entre rasgos de producción de leche y haplotipos de caseína.

Los análisis incluyeron el efecto del abuelo, el haplotipo anidado dentro del abuelo,

y el efecto aleatorio del toro anidado dentro de haplotipo. Se encontró efecto

significativo de un haplotipo en cinco familias de sementales; no se encontraron

asociaciones cuando los análisis consideraron a todas las familias de sementales a

la vez. Los autores sugirieron que al menos en algunas familias un haplotipo en

particular estaba asociado con un alelo del QTL favorable para la producción de

proteína. El modelo utilizado en ese estudio incluyó el efecto fijo del genotipo de

los toros y el efecto aleatorio residual; no se encontraron efectos significativos de

ninguno de los genotipos. Debido a la pequeña muestra utilizada y los valores

extremos de frecuencias fenotípicas los autores sugirieron más estudios para

discernir las relaciones entre hormona de crecimiento y producción de leche.

Las relaciones de parentesco entre los sementales fueron incluidas en los análisis

poblacionales. Aunque los resultados sugieren que un alelo de Pit-1 está asociado

con altas producciones de leche y proteína, y con mejor conformación (cuerpo

angular y profundo, patas traseras rectas) estos resultados no son concluyentes

dada la pequeña muestra de toros.

En Alemania, se estudiaron asociaciones entre 20 marcadores genéticos y valores

genéticos predichos (VGP) para rasgos productivos en cinco familias de sementales

Holstein. Los autores encontraron resultados significativos en el caso de

producción de proteína en una de las familias; en particular, sugirieron que un QTL

está localizado entre dos polimorfismos dentro de un intervalo de 3cM en la parte

media del cromosoma. Sin embargo, los resultados se deben considerar

conservadoramente dado que no se mencionó ajuste del umbral de verosimilitud

del LOD score; la no independencia entre los marcadores empleados es un factor

que debe considerarse para reducir la posibilidad de falsos positivos. [][]IDENTIFICACIÓN DE QTLS, ETLS

Los acrónimos QTLs, se refieren a ciertas regiones del ADN que ejercen un efecto

significativo sobre uno o varios fenotipos. Durante los años 90 se llevaron a cabo

en casi todas las especies de animales domésticos multitud de trabajos con el fin

de localizar regiones cromosómicas que pudieran afectar a los caracteres de

interés económico en producción animal. Las estrategias para detectar los QTLs

son numerosas y podrían clasificarse de muchas formas. Se revisarán brevemente

algunas de estas estrategias, ordenadas en función del tipo de población que se

utiliza y de los marcadores que se analicen simultáneamente.

En bovinos hay muchos ejemplos de utilización de este diseño, sobre todo para

detectar QTLs relacionados con caracteres de producción de carne. No debemos

olvidar que los QTLs detectados mediante los diseños que se reflejaron las

diferencias entre las razas o líneas implicadas en los análisis, por lo que la

utilización de este tipo de diseño para localizar QTLs tiene el inconveniente que la

información obtenida no es directamente aplicable a ninguna población de raza

pura, siendo necesarios trabajos previos de validación del comportamiento de los

QTLs detectados en las poblaciones en las que se pretenden aplicar.

DISEÑOS EXPERIMENTALES UTILIZADOS EN EL MAPEO DE QTLs

Diseño de Medias Hermanas Paternas

Esta metodología se basa en el estudio de la descendencia de machos

heterocigotos para un locus determinado. Teniendo en cuenta el alelo que reciben

del padre, las hijas pueden ser clasificadas en dos grupos de medias hermanas

paternas. Debido a que los alelos correspondientes a un locus marcan las regiones

cromosómicas homologas a las que se encuentran ligados, pueden ser usados en

este sentido como marcadores genéticos. Si el marcador se encuentra

estrechamente ligado a un QTL, las crías al recibir un alelo determinado del padre

heredan simultáneamente una de las dos posibles regiones cromosómicas

homologas que incluyen el QTL. De esta manera, los dos grupos de medias

hermanas paternas deberían diferenciarse para el carácter cuantitativo. Por lo

dicho anteriormente, sólo serán informativos aquellos machos que sean

heterocigotos para ambos loci.

Si el ligamiento entre el marcador y el QTL no es completo, los dos grupos de

medias hermanas no serán homogéneos para el QTL, debido a que por efecto de la

recombinación un porcentaje de las hijas recibirán la región cromosómica

recombinada. Este efecto reduce la diferencia entre ambos grupos para el carácter

estudiado.

Para contrarrestar la influencia de la recombinación, propuso la utilización

simultánea de dos marcadores genéticos para determinar la localización del QTL.

La ventaja de este método se señalo por, quienes sostuvieron que a través de esta

metodología los tipos recombinantes pueden ser identificados y eliminados del

análisis. De esta manera, la diferencia observada entre los dos grupos se debe

únicamente al efecto de los tipos parentales, brindando así una estimación del

efecto principal del QTL independiente de la recombinación.

Diseños experimentales para detectar QTL en ganado lechero

El uso de marcadores genéticos en análisis de asociación para identificar QTL se

basa en el tipo de asociación que exista entre un marcador genético y un QTL. Un

marcador genético puede: 1) afectar directamente la característica, es decir, el

marcador es el QTL, o 2) estar en DL con el QTL que afecta la característica, lo que

implica, aunque no necesariamente, que el marcador está físicamente ligado al

QTL. En estudios de asociación es difícil establecer si el marcador está

estrechamente ligado a un QTL (o a un grupo de QTL) o si el marcador es de hecho

el gen que afecta la característica. Cuando no existe recombinación entre el

marcador y el QTL no hay manera, en estudios de asociación, de diferenciar al

marcador del QTL, y en ese caso para usos prácticos el marcador es el QTL. Si dos

genes segregan juntos (esto es, los dos genes tienen una asociación no aleatoria)

se dice que están en DL. Ligamiento físico puede producir DL, pero incluso dos

alelos en diferentes cromosomas (esto es, no ligados físicamente) pueden estar en

DL .Así, se debe enfatizar que DL no requiere necesariamente de ligamiento físico.

No todos los genes segregando juntos están físicamente ligados, y el DL entre

alelos no ligados físicamente tiene una duración más corta que el DL entre alelos

ligados físicamente. La duración del DL de genes ligados físicamente depende de la

tasa de recombinación entre ellos; mientras más separados estén dos genes uno

del otro sobre el mismo cromosoma, la tasa de recombinación será mayor. La

creación y mantenimiento de DL entre genes que no están ligados físicamente

depende de la presencia de selección, migración, mutación y deriva genética en la

población.

Existen dos diseños experimentales que facilitan la detección de QTL en ganado

lechero: el diseño hija (DH) y el diseño nieta (DN). El DH consiste en el uso de la

información fenotípica de progenie homocigota (para alelos alternos) de

sementales heterocigotos (para los marcadores de interés) para probar la hipótesis

de asociación entre los marcadores y el rasgo cuantitativo. El otro diseño, el DN,

consiste en genotipificar hijos de sementales heterocigotos (para los marcadores

de interés), y recolectar medidas fenotípicas (como valores genéticos, desviaciones

de producción de las hijas, y habilidades de transmisión predichas) a partir de la

progenie (esto es, vacas en control de producción, nietas de los sementales).

General- mente, el DN es preferido sobre el DH debido al bajo costo de

genotipificado. En el DH un posible modelo estadístico podría incluir los efectos de

marcador genético, semental, y otros efectos ambientales. Un efecto significativo

del marcador indica que existe un QTL segregando (en LD con el marcador en la

población bajo estudio).

En el DN un posible modelo estadístico para mapear QTL a nivel poblacional podría

incluir el efecto del marcador y el efecto de los toros (esto es, hijos y sementales).

El análisis intrafamiliar (bajo el DN) puede incluir efectos del abuelo paterno,

marcador (heredado por los toros) anidado dentro del abuelo paterno, y toro (hijos

de los abuelos paternos) anidado dentro del marcador y abuelo paterno. Un efecto

significativo del marcador indica que el marcador está ligado dentro de familias a

un QTL afectando la característica (esto es, DL siempre existirá dentro de familias

si hay ligamiento físico entre el QTL y el marcador).

El análisis intrafamiliar puede ser realizado considerando todas las familias de

abuelos al mismo tiempo, o dentro de cada familia. Se puede apreciar que el DN no

es requerimiento para realizar análisis poblacionales, sin embargo, una vez que la

información se ha colectado con un DN teniendo como propósito la realización de

análisis intrafamiliares, es factible realizar análisis poblacionales como los

realizados con DH. De esa manera la hipótesis de asociación entre el marcador(es)

y la(s) característica(s) cuantitativa(s) puede(n) probarse a nivel de la población y

a nivel familiar. Resumiendo, los DH y DN permitirán la detección de QTL a nivel

poblacional (lo que implica que existe DL entre el marcador y el QTL, incluso entre

genes que no están ligado físicamente) o a nivel familiar (donde el DL se debe a

ligamiento físico del marcador y el QTL).

MAPEO DE QTLS EN CRUZAMIENTOS DE POBLACIONES SEGRE GANTES.

La gran mayoría de los trabajos realizados para mapear marcadores-QTL en

bovinos, así como en otras especies domésticas, han sido realizados dentro de

poblaciones de una misma raza. Sin embargo, cuando poblaciones pertenecientes

a diferentes razas difieren radicalmente para cierto carácter, y por lo tanto para los

QTLs que lo afectan, la cruza entre ambos grupos puede resultar de gran utilidad

en el mapeo de dichos QTLs. Beckmann y Soller (1988) demostraron que es posible

estudiar el ligamiento marcador-QTL siguiendo la cosegregación del marcador y del

carácter dentro de cada familia. Para marcadores multialélicos, esta clase de

análisis tiene el mismo poder de resolución que la cruza entre líneas puras,

mientras que para loci bialélicos es de aproximadamente un cuarto. A modo de

ejemplo pueden citarse el cruzamiento de N´Dama y Zebu para mapear QTLs

asociados con resistencia/susceptibilidad a la tripanosomiasis, y la cruza de cerdo

salvaje (Susscrofa scrofa) con cerdo doméstico europeo (Susscrofa domesticus)

para mapear QTLs asociados a crecimiento y producción de grasa.

QTLs EN EL GANADO LECHERO

La mayoría de los caracteres de interés económico en el ganado lechero son

cuantitativos. Es decir que el fenotipo observado es el resultado de la interacción

entre numerosos loci, que pueden ser denominados QTLs, y la alta influencia de los

factores ambientales. En consecuencia, cada uno de estos QTLs sólo puede

explicar una pequeña fracción de la varianza total.

Estas características dificultan la identificación de los animales genéticamente

superiores para la producción. Es por esta razón que el análisis de los loci de

caracteres cuantitativos puede mejorar la precisión, y por lo tanto la intensidad de

la selección.

Los primeros procesos de selección ejercidos por el hombre durante el siglo XIX se

realizaron en base a apreciaciones empíricas. Posteriormente, en el siglo XX,

comenzó a desarrollarse la genética cuantitativa con una sólida base matemática y

estadística. El período biométrico de la genética animal ha permitido aumentos

espectaculares en la productividad de las principales especies domésticas durante

la segunda mitad del siglo XX

Actualmente, el desarrollo de los marcadores moleculares está permitiendo la

identificación de los primeros QTLs. Esto sólo sería el comienzo de una larga lista

de QTLs para producción de leche y carne, caracteres reproductivos y de

resistencia a enfermedades, con la que seguramente se contará en los próximos

años.

Los QTLs que codifican para un carácter pueden ser localizados mediante la

utilización de marcadores genéticos. El mapeo de los QTLs mediante marcadores

genéticos, se basa en el análisis del ligamiento existente entre ambos. Este es el

primer paso necesario para la selección asistida por marcadores. "si ciertos

factores de tamaño pueden encontrarse ligados con factores de caracteres

cualitativos, esto posibilitaría estudiar independientemente a los factores de

tamaño dentro de cada grupo de ligamiento".

El concepto de Sax se vio limitado debido a que en ese entonces sólo se contaba

con unos pocos marcadores, principalmente caracteres cualitativos moforlógicos.

En poblaciones de animales domésticos han sido pocas las asociaciones halladas

entre caracteres cualitativos y cuantitativos que han podido ser explotadas para la

selección de estos últimos. Un ejemplo es la asociación entre la enfermedad

weaver y la producción lechera en el ganado Pardo Suizo.

Sólo varias décadas después, de iniciados los primeros estudios, el desarrollo de

los polimorfismos bioquímicos, serológicos y moleculares está posibilitando el

mapeo de QTEs en los cromosomas.

Cabe destacar, que los métodos estadísticos utilizados tuvieron gran influencia

sobre los resultados obtenidos. Es por esta razón que fue necesario desarrollar

simultáneamente la metodología estadística y la tecnología de tipificación

(Falconer, 1981; McLaren et al. 1990).

El objetivo del presente trabajo es realizar una revisión acerca de los resultados

obtenidos en el mapeo de QTLs, como así también sobre los diseños

experimentales más comúnmente utilizados en la búsqueda de QTLs.

Numerosos estudios realizados durante las últimas cuatro décadas han puesto de

manifiesto correlaciones estadísticamente significativas entre marcadores

genéticos y caracteres de producción lechera.

Los primeros estudios sobre marcadores moleculares en animales domésticos

fueron enfocados principalmente hacia el análisis de los grupos sanguíneos y

polimorfismos bioquímicos. A pesar del esfuerzo realizado, los estudios de

correlación entre los grupos sanguíneos y los polimorfismos bioquímicos con los

caracteres de producción lechera no lograron grandes avances, más allá de los

resultados mencionados anteriormente. Por otra parte, diferentes autores llegaron

a resultados contradictorios. Mientras que algunos reportaban una alta asociación

para un locus determinado, otros grupos no hallaban asociación alguna. Estas

contradicciones podrían haber sido consecuencia de los diferentes métodos

estadísticos y diseños experimentales utilizados en cada caso.

Para minimizar el efecto de la recombinación sería necesario incrementar la

densidad de marcadores en las regiones específicas del genoma donde ya han sido

localizados QTLs, fundamentalmente en aquellas zonas que flanquean al gen

cuantitativo.

En bovinos, los mapas actuales, están basados fundamentalmente en STR, siendo

reducido el número de genes estructurales mapeados hasta el momento. Sería

necesario obtener un mapa genético basado en este tipo de genes. Hoy en día, se

dispone de un gran número de estrategias que están permitiendo la localización de

los genes estructurales. Tanto los estudios sobre la expresión de los genes que

participan en los caracteres de producción lechera, así como su clonado y

secuenciación, permitirán comprender el efecto de las diferentes mutaciones sobre

los caracteres cuantitativos, y de esta manera desarrollar marcadores basados en

dicha variabilidad. De esta manera, la identificación y mapeo de los genes que

afectan a los caracteres de importancia económica transformaría, en un futuro

cercano, la cría y mejoramiento de bovinos lecheros.

MÉTODOS PARA DETECTAR QTL EN GANADO LECHERO

Existen varios métodos para detectar genes mayores y QTL. Mientras algunos

métodos no hacen uso de marcadores genéticos, otros dependen grandemente de

ellos. Decidir el uso o no de marcadores genéticos es el paso inicial en la disección

genética de características cuantitativas

Algunas estrategias que no usan marcadores genéticos están basadas en análisis

de distribución multimodal, desvío de la distribución normal, heterogeneidad de

varianzas, o parecido cría progenitor otro método es el análisis de segregación, el

más poderoso para detectar genes mayores sin información de marcadores, que

está basado en la comparación de las verosimilitudes obtenidas a partir de dos

modelos; un modelo incluye probabilidades de transmisión que pueden obtenerse

a partir de pedigríes, y el otro modelo se define con probabilidades de transmisión

iguales

Un incremento significativo en la verosimilitud sugiere la existencia de un gen

mayor segregando en la población. Algunas modificaciones propuestas consisten

en establecer un modelo con efectos fijos no genéticos y un modelo con un locus

con efecto mayor. La ventaja del análisis de segregación es que las observaciones

fenotípicas pueden usarse para detectar genes mayores cuando no existen

marcadores genéticos disponibles; asimismo, su principal limitación es que no

proporciona ninguna información sobre la posición del gene responsable de la

variación del rasgo cuantitativo

Métodos como el de mapeo por intervalos compuestos, mapeo a intervalos

utilizando regresión, y modelos lineales utilizando análisis de varianza hacen uso

de marcadores genéticos para probar asociaciones entre estos y rasgos

cuantitativos. Estos métodos pueden detectar segmentos de cromosomas que

alojan QTL. Si LD está presente entre un marcador genético y un QTL, marcadores

con efecto significativo pueden encontrarse por análisis estadísticos. Respecto a

los marcadores genéticos, los análisis pueden realizarse utilizando marcadores

anónimos o utilizando marcadores de genes con función fisiológica conocida.

Con respecto a la metodología estadística utilizada para estimar efectos de QTL,

hay dos métodos principales: modelos lineales utilizando análisis de varianza y

métodos de máxima verosimilitud. La aplicación de análisis de varianza para

detectar asociaciones entre marcadores genéticos y rasgos fenotípicos (lo cual

sugiere la presencia de un QTL ligado al marcador genético con efecto sobre el

rasgo ha sido ampliamente difundida, debido principalmente a la relativa facilidad

con la que se pueden realizar con programas estadísticos estándar.

Algunos estudios han usado la metodología de máxima verosimilitud, en la cual la

verosimilitud del modelo considerando los fenotipos y los genotipos dados por los

marcadores es comparado con la verosimilitud de modelos alternos que suponen

diferentes posiciones del QTL (es decir, suponen diferentes tasas de recombinación

entre el(los) marcador(es) y el QTL).

Los métodos que usan máxima verosimilitud son considerados más poderosos que

los métodos que usan análisis de varianza, sin embargo, la construcción de

funciones de verosimilitud es compleja debido al gran número de posibles

genotipos requerido

QTL PARA RESISTENCIA A MASTITIS

Pocos estudios se han llevado a cabo para detectar QTL y genes mayores con

efecto sobre la resistencia a mastitis. Los principales estudios realizados han

investigado el rol de genes del Complejo Mayor de Histo compatibilidad (MHC, por

sus siglas en inglés). Se han analizado las asociaciones entre haplotipos clase I del

MHC y mastitis subclínica con 657 vacas de varias razas que fueron usadas para

determinar sus CCS y estado bacteriológico.

El modelo incluyó efectos fijos de hato, lactación, raza, y haplotipo. Dos alelos

fueron asociados a una disminución de CCS, y otros dos alelos se encontraron

asociados a un incremento de CCS

Se realizaron comparaciones de animales con elevado CCS y animales control.

Vacas con elevado CCS se clasificaron ya sea como de incremento agudo de CCS

(una muestra con más 500,000 células) o elevación crónica de CCS (tres muestras

consecutivas con más de 500,000 células). Vacas no integradas a ninguno de los

grupos mencionados se consideraron como grupo control.

Estos estudios no tomaron en cuenta factores como la estructura de la población,

desequilibrio de ligamiento o relaciones de parentesco entre animales. No

considerar las relaciones de parentesco ha sido considerada como posible causa de

falsos positivos en estudios de asociación.

Algunas enfermedades pueden explicarse por la acción de genes del MHC, pero no

necesariamente es el caso de algunas enfermedades complejas.

Estas últimas podrían explicarse por la acción complementaria de otros genes con

efecto sobre la respuesta inmune. Mastitis sería un ejemplo de este tipo de

enfermedades complejas y existe evidencia que apoya esta hipótesis. Varios QTL

con efecto sobre MC, CLCS, y conformación de ubre que han sido reportados

principalmente con el uso de marcadores anónimos.

CONCLUSIONES

Según la información adquirida acerca de los QTLs (locus de un carácter

cuantitativo), su aplicación es muy importante para el mejoramiento animal de las

diferentes especies.

La MAS ofrece una serie de ventajas, entre las que pueden mencionarse la

determinación del genotipo directamente sobre el ADN, sin que dicha información

se vea afectada por la influencia del ambiente, esto permite mejorar la exactitud

de la evaluación genética.

La densidad actual de marcadores representa una considerable mejora en el

poder de resolución del mapa, aumentando de esta manera la probabilidad de

detectar QTLs y su subsecuente aplicación en programas de MAS.

También se puede decir que fue mayor impacto sobre la eficiencia de la selección

animal que el mejoramiento genético ha producido en muchos años,

particularmente para el bovino de leche. Esto se debió a la disminución en el costo

de evaluación de genotipos SNPs en alta densidad