Genómica y su.....

Genómica y su
contribución a la
producción ovina
Poli, M. A.
Instituto de Genética “Ewald Favret”, CICVyA, INTA.
CC 25 , B1712WAA- Castelar, Argentina.
mail: [email protected];
Taddeo, H.R.
Estación Experimental Agropecuaria Bariloche, INTA
8400 - S.C. de Bariloche, Río Negro, Argentina
mail: [email protected]
A.- Introducción
cualquiera (glóbulos blancos de la sangre,
La Genómica puede definirse como “la
bulbos de folículos pilosos, etc.) mediante
ciencia que estudia la estructura, función e
la reacción en cadena de la polimerasa, se
interrelaciones entre genes individuales y el
obtienen millones de copias de un fragmengenoma en su totalidad”, instalándose en la
to específico del ADN del animal que se
sociedad como la ciencia del siglo XXI.
desea estudiar y luego de éste ADN dupliEl genoma es la ¨unidad biológica primaria¨
cado y por medio de un secuenciador aucon capacidad de crear y mantener a los
tomático se puede obtener su composición
organismos vivos. La información conteniy ordenamiento de las bases químicas que
da en el genoma esta codificada en el ácilo constituyen (Adenina, Timina, Citosina y
do desoxirribonucleico (ADN) y dividido en
Guanina).
discretas unidades llamadas genes.
Desde medidos de los años 80 e impulsaFigura 1. Esquema de la reacción en cadena de la polido por el proyecto del genoma humano, se
merasa (PCR) y secuenciado de un fragmento de ADN.
desarrollaron una serie de tecnologías que
permitieron llegar a determinar
PCR (Reacción en Cadena de la Polimerasa)
la secuencia completa del geMetodología
que aumenta millones de veces un fragmento de ADN
noma humano en el año 2003.
Posteriormente se comenzó a
extender a otras especies, por
ejemplo la secuencia el del genoma bovino fue publicado en
el año 2005. Para poder arribar
a este conocimiento se desaReactivo
rrollaron diferentes técnicas a
nivel del ADN, entre otras, la
Ciclador Térmico
reacción en cadena de la polimerasa (PCR) y la fabricación
ADN
95 C
de los primeros secuenciadores
30
55 C
cycles
automáticos, que permitieron la
72 C
automatización/robotización del
genotipado y secuenciación de
Copias de ADN
genomas grandes, posibilitando
de esta manera que en la actualidad existan mapas genéticos
Secuenciador
en la mayoría de las especies
Automatico
animales.
En la figura 1, se muestra un esquema básico de cómo se reaSecuencia de ADN
lizan estos estudios. Partiendo
del ADN obtenido de una célula
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B.- Marcadores Moleculares
Los marcadores moleculares son pequeños
fragmentos del ADN que presentan diferencias entre individuos, y estas diferencias a
nivel del ADN también pueden estar asociadas o ser responsables directamente de
las diferencias que observamos entre individuos (diferencias fenotípicas). Como su
nombre lo indica, un marcador molecular
sirve para marcar un fragmento de ADN, es
decir, indicar un punto de referencia en el
genoma que se hereda y puede ser seguido
en las descendencias o generaciones de los
animales. La identificación y ubicación en el
genoma de estos marcadores, ha permitido la elaboración de mapas genéticos en la
mayoría de las especies de animales.
En la actualidad los marcadores a nivel del
ADN más difundidos son los Microsatélites
(secuencias cortas entre 2 y 6 pares de base
repetidas en tándem) y los SNP (Single Nucleotide Polymorphisms). Estos marcadores han sido y son la base de los principales
estudios que tienen directa aplicación en el
campo de la producción agropecuaria.
C .- Principales áreas de
utilización de los marcadores
moleculares en animales.
1. Identificación individual-pruebas de paternidad
Si bien la identificación de animales por medio de métodos de laboratorio, comienza en
la década de 1930 con la utilización de los
grupos sanguíneos en bovinos, actualmente se utilizan marcadores moleculares para
la determinación de la filiación. Esta es una
necesidad que se instala a partir del uso
masivo de la inseminación artificial y cuando las pruebas de progenie comenzaron a
expandirse, primero en bovinos lecheros y
luego en bovinos de carne, ovinos y caprinos. Actualmente, la International Society
for Animal Genetics (ISAG – www.isag.org.
uk), lleva a cabo cada dos años, pruebas
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comparativas entre los laboratorios que realizan identificación en animales, entre ellos
ovinos, con el objeto de estandarizar los
protocolos, nomenclatura y procedimientos
de genotipado para que los resultados de
los diferentes laboratorios puedan ser comparables. Esto significa que, por ejemplo, si
un carnero fue analizado para determinar su
patrón de ADN en un país y su semen es
vendido a otro país, las crías deben poseer
un patrón de ADN que sea compatible con
ese padre. El comité de ovinos de la ISAG en
la actualidad esta liderado por Jill Maddox
(Universidad de Melbourne - Australia) y fue
quien estuvo a cargo de la última Prueba
Comparativa que se llevó a cabo en marzo
del 2008. Durante la XXXI Conference of
the International Society for Animal Genetics
(julio de 2008) se presentaron y discutieron
los resultados y de la misma participaron
24 laboratorios de todo el mundo, entre los
cuales estuvo el Laboratorio del Instituto de
Genética del INTA Castelar.
2. Detección de rasgos y defectos hereditarios.
Los defectos hereditarios que afectan en
general a los animales son relativamente
comunes y pueden ser económicamente
importantes tanto a nivel de rodeos y/o majadas en particular, a nivel de país o bien
a nivel mundial. La OMIA-Online Mendelian
Inheritance in Animals (http://omia.angis.org.
au) es una base de datos donde se recopila información sobre defectos hereditarios y
rasgos en mas de 135 especies animales,
cuyo responsable es el Profesor F. Nicholas
de la Universidad de Sydney, Australia. La
base de datos actualmente (octubre 2008)
contiene información y referencias textuales
de las características hereditarios y accesos
a sitios y registros relevantes como el Pub
Med y Gene del NCBI (National Center for
Biotechnology Information).
En ovinos están descriptas 186 características hereditarios, de las cuales 68 son atribuidas a genes simples, 17 están caracterizados a nivel molecular y muchas de ellas
son consideradas como potenciales modelos para el estudio de enfermedades en humanos. Entre las características hereditarias
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a nivel del ADN se encuentran algunas relacionadas a aspectos productivos (gen Booroola, Irvendale, hipertrofia muscular en la
raza Texel, etc.) y otros defectos hereditarios
(hipotricosis, condrodisplasia, etc.).
El rápido avance de los conocimientos a nivel genómico ha permitido no solo aumentar
la precisión en el diagnóstico para alguno
de ellos (i.e. la deficiencia en la enzima alfa
glucosidasa en bovinos, que hasta pocos
años se diagnosticaba solamente por los
niveles enzimáticos) sino que ha permitido
el hallazgo de sus mutaciones causales, y
establecer por lo tanto estrategias para su
erradicación.
El screening o monitoreo genético con el objeto de controlar y evitar la difusión masiva
de un defecto hereditario tiene un amplio potencial de uso en el campo de la producción
animal. Esto es debido a que la reproducción
animal es controlada, los intervalos generacionales son relativamente cortos y que el
conjunto de una raza puede ser grandemente influenciada por la naturaleza jerárquica
de la cría animal donde unos pocos machos
son usados masivamente vía inseminación
artificial. Por lo tanto, la contribución de herramientas moleculares que permitan detectar precozmente defectos hereditarios en
reproductores es importante.
3. Loci de rasgos cuantitativos-QTL. Utilización
en programas de mejoramiento.
La mayoría de los esquemas de selección se
basan en la teoría de la genética cuantitativa. Esta teoría asume que la mayoría de los
caracteres de importancia económica están
determinados por infinitos genes, cada uno
de ellos teniendo un pequeño efecto sobre
el carácter. Bajo este modelo la selección
es un tipo de proceso donde los genotipos
son progresivamente modificados pero sin
un conocimiento real del número de genes,
localización, efectos y frecuencias de los
alelos favorables.
El desarrollo de técnicas a nivel molecular
como las ya descriptas anteriormente, junto
con otras tecnologías, ha permitido detectar
con diferente nivel de resolución la posición
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y el efecto sobre los fenotipos de estas “regiones” o genes. A estas “regiones”, cuyas
variantes alélicas tienen efecto aditivo sobre
un fenotipo, se los denomina loci de caracteres cuantitativos (Quantitative Trait LociQTL). Existen varias metodologías y pasos
lógicos para la detección de QTL y la mayoría están basadas en el concepto de “desequilibrio de ligamiento” (DL). En otros términos, si un alelo de un marcador molecular
está ligado a un alelo del QTL, bastará con
detectar la presencia del alelo del marcador
para localizar al QTL.
En la figura 2, se esquematizan las etapas
para la detección de un QTL y el nivel de
resolución al cual se puede llegar, esto es,
desde la identificación de marcadores ligados al QTL, (región cromosómica amplia),
mapeo fino (región cromosómica acotada) y
mutación responsable del rasgo fenotípico
de interés.
Figura 2. Etapas de la detección de QTL: desde un segmento cromosómico a la mutación causal.
Adaptado de Gautier col. (2006) 8th WCGALP Brazil (21-573-814).
Desde comienzo del año 2008 se ha incorporado a una base de datos de QTL en animales, una sección donde se recopilaron todos los datos sobre QTL publicados en los
últimos 10 años en ovinos (SheepQTLdb).
Este conjunto de datos y sus herramientas
periféricas hacen posible comparar, confirmar y localizar sobre los cromosomas ovinos la localización mas factible de genes
responsables de rasgos cuantitativos de
importancia económica para la producción
ovina. Actualmente (octubre 2008), la base
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de datos cuenta con 53 QTL en ovinos descriptos en 14 publicaciones que involucran
a 28 rasgos o características fenotípicas.
La incorporación de la información molecular en los actuales esquemas de selección
presenta varias alternativas, desde una
selección asistida por marcadores (Marker
Assisted Selection-MAS), o el uso de la mutación causal, es decir la selección asistida
por genes (Gene Assisted Selection-GAS).
Una última alternativa, propuesta desde
hace ya algunos años, es la selección genó-
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mica (Genomics Selection-GS), que considera simultáneamente múltiples loci detectados en mapas muy densos a lo largo de
todo el genoma.
Si bien existen múltiples avances realizados
en animales experimentales sobre la búsqueda y confirmación de QTL en ovinos,
aún la implementación de las estrategias
de selección asistidas mencionadas, es incipiente. Sin embargo, en bovinos lecheros
ya han comenzado esquemas de selección
incorporando información a nivel molecular
con resultados muy promisorios a nivel público y privado.
En el país, se han comenzado a realizar trabajos tendientes a la detección de QTL asociados a características de la lana, carne y
resistencia a enfermedades, especialmente relacionados a parásitos internos. Estos
trabajos se desarrollan en el INTA, tomando
parte las EEA Bariloche, Anguil, Concepción del Uruguay, Mercedes y el Instituto de
Genética.
En un primer trabajo, en el cual se analizaron regiones de cuatro cromosomas, se
detectaron QTL que afectan el diámetro de
fibra, rinde al lavado, resistencia a la tracción, largo de mecha, peso de vellón (sucio
y limpio) y la relación diámetro/largo de mecha entre otros. También otros posibles QTL
fueron detectados asociados a la velocidad
de crecimiento.
Es de esperar que la combinación de la genética cuantitativa y la molecular, en conjunto con otras disciplinas como la estadística y
la bioinformática, permita un rápido avance
en esta tarea de asociar fenotipos con variaciones a nivel molecular y de este modo
determinar la “arquitectura” o determinismo
genético de los principales caracteres de
interés productivo. Esta información puede
realizar una importante contribución a la optimización de las evaluaciones genéticas y a
las estrategias de selección debido a que se
podría incrementar la precisión en la selección, aumentar el beneficio en la selección
de caracteres de baja heredabilidad, limitados a un sexo y/o de aquellos de expresión
tardía (ej: longevidad), permitiendo acortar
los intervalos generacionales y aumentar la
ganancia genética.
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