La Selección

Genómica en

Bovinos

Simposio de Genética en Bovinos Carne

Tecomán, Colima. 1 de Octubre de 2013

Dr. Vicente E. Vega Murillo

Dr. Sergio Ivan Roman Ponce

Instituto Nacional de Investigaciones Forestales Agrícolas y

Pecuarias

TEMARIO

• Conceptos generales

• Mejoramiento y evaluaciones genéticas

• La Selección genómica

• Oportunidades en la industria de la carne

• Conclusiones

CONCEPTOS GENERALES

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Que es un Genoma?

• El genoma es la totalidad de la información genética que posee un organismo o una especie en particular.

• Comprende en ADN contenido en el núcleo, organizado en cromosomas y el genoma mitocondrial.

• El termino fue acuñado por Hans Winkler en 1920, como un acrónimo de la palabra gene y cromosoma.

GENOMA BOVINO (3 Gb)

29 autosomas y un cromosoma sexual

14,000 genes en común con todos los mamíferos 80 % de los genes compartidos con humanos

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El genoma bovino acoge a mas de 22,000 genes, cuya identidad por lo general se desconoce.

El ADN que conforma el genoma bovino mide 3,000 centi-morgan, cada centi-morgan corresponde a un millón de nucleótidos que continen toda la información necesaria para constuir y mantener la vida desde una única célula.

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El ADN está compuesto por dos cadenas paralelas de bases químicas, llamadas nucleótidos. Estas pueden ser de cuatro tipos: adenina (A), guanina (G), citosina (C) y timina (T).

Cuando en el año 2000 se

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La transcendencia de haber secuenciado el genoma de varios individuos es debida a que la mayor parte del genoma es igual en todas las personas.

Las variaciones son debidas a los cambios que se han ido dando en el ADN a lo largo del tiempo, pero representan una pequeña parte del total de bases del genoma.

S N P (“snips”)

Un SNP (polimorfismo de un solo nucleótido) es una variación en la secuencia de ADN que afecta a una sola base.

Son el tipo de variación más frecuente en el ADN, constituyen hasta el 90% de todas las 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.

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Los SNP no tienen porqué formar parte de los genes; pero, si están bien distribuidos a lo largo del genoma, muchos de ellos estarán próximos a zonas del ADN responsables de caracteres de interés (estarán asociados a genes).

El objetivo será identificar estas asociaciones entre los SNP y las distintas características que interesa estudiar en los individuos; por eso se dice que los SNP son “marcadores genéticos”.

¿Porque son importante los SNP´s?

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Podemos considerar que el “efecto” de este SNP es debido a que se transmite conjuntamente con un determinado gen que afecta la producción del peso al nacimiento.

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

Genómica

Chips disponibles para bovinos

Densidad de marcadores

777,962 54,609 6,909

Ensayo InfiniumHD InfiniumHD InfiniumHD

Guía de uso Infinium Super Infinium Ultra Infinium

Tiempo de escaneo por muestra

iScan+: ~7min HiScanSQ: ~7min

BAR: ~7min iScan: ~1min

HiScanSQ: ~1min

BAR: ~7min iScan: ~1min

HiScanSQ: ~1min sec

BovineHD BovineSNP50v2 BovineLD

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Análisis automatizado de SNP

AA AB

BB

Determinación del Genotipo

MEJORAMIENTO Y EVALUACIONES GENÉTICAS

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Utilizamos procesos matemáticos para predecir el valor genético de un animal en función de sus registros productivos y los de sus parientes

Mejora Genética Convencional

Valores Fenotípicos Pedigrí

SELECCIÓN a traves de DEP´s

Las DEP son predicciones

Es decir, NO conocemos el mérito REAL del animal

Confiabilidad Parámetro que nos dice que tan cerca puede

estar el valor estimado del valor real

Edad Información disponible Confiabilidad de la Evaluación

Becerro Padres y otros parientes Baja

Toro joven Becerro + Información propia (algunos casos)

Media

Toro Probado Toro joven + Información de progenie

Alta

La confiabilidad depende de la cantidad y calidad de la información disponible……..

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Es necesario conocer las relaciones de parentesco entre los animales de la población a seleccionar

A mayor proporción de genes comunes, mas útil es la información fenotípica de ese pariente, por lo que los parentescos lejanos no son muy informativos.

Solo se puede estimar parte de los efectos de los genes (la parte aditiva)

No es fácil de aplicar caracteres difíciles de medir (permanencia productiva, resistencia a enfermedades).

Limitaciones

SELECCIÓN GENÓMICA

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Selección Genómica

La selección genómica fue descrita por primera vez por Meuwissen et al (2001), y esta basada en el principio fundamental que la información de un gran numero de marcadores puede utilizarse para estimar valores genéticos sin tener un conocimiento preciso de donde están localizados los genes en el genoma.

Con una gran cantidad de SNP´s bien seleccionados como representativos de todo el genoma, se espera que siempre haya un SNP en cercanía a un gen en particular o un fragmento de ADN de interés.

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Evaluación Genómica

1. Estimar los efectos de los marcadores en una población de referencia utilizando los valores de los caracteres (Fenotipos) y los valores de los marcadores (genotipos)

2. La información resultante sirve como referencia para desarrollar un modelo estadístico que estima el efecto de cada SNP con la característica(s) de interés.

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Evaluación Genómica

3. El resultado es una ecuación de predicción para calcular el valor genómico estimado.

4. Después de una validación el valor genómico de nuevos animales puede ser calculado utilizando las ecuaciones de predicción, basándose en los genotipos y en ausencia de fenotipos para estos animales.

• La confiablidad de estos valores genómicos dependerá del tamaño de la población y de la heredabilidad de la característica a ser considerada.

Procedimiento

Entrenamiento

geno

tipo

s

“Ecuaciones de predicción”

Corr(VGD,GDEP) VGD

GDEP

Validación

“valor genómico directo”

• Para que esta estrategia funcione, es necesario mucho desequilibrio de ligamiento entre los marcadores y los genes causales responsables de los caracteres (deben heredarse conjuntamente).

• Para asegurar este desequilibrio de ligamiento entre los genes causales y los marcadores se debe aumentar el numero de marcadores.

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Ventajas de la Información Genómica

1: Mejoramiento de la predicción de la evaluación genética.

2: Predicción de valores genómicos directos.

3: Incremento de la confiabilidad de los valores genómicos

4: Disminución del intervalo de generación.

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Mejoramiento de la predicción de la evaluación genética

• Tradicional

Genómico

COMPOSICIÓN RACIAL OBTENIDA USANDO LA GENEALOGÍA (A) Y LA

INFORMACIÓN GENÓMICA (B) UTILIZANDO 40,492 SNP

Frkonja et al., 2012

Estimación de la composición Racial

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Estimación de relaciones entre animales

• Se reemplaza la Matriz de relaciones aditivas

(tradicionalmente construida con información

de Pedigrí) por la Matriz de relación genómica.

APLICACIONES EN LA INDUSTRIA DE LA CARNE

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• Estimar las ecuaciones de predicción = Pequeño numero de animales

• Predecir los valores genómicos en la toda la población = precisiones altas

– Eficiencia alimenticia (residual)

– Permanencia Productiva

– Características y calidad de la canal

– Emisión individual de gases de efecto invernadero.

Oportunidades en la Industria de la Carne

Consumo de Alimento Residual (CAR)

• Medida de elección en la evaluación de la eficacia de la alimentación en el ganado bovino.

• Independiente del crecimiento y peso vivo.

• Elevada dificultad y su alto costo de medición.

• Resultados de GWAS => existen entre 67 y 96 SNP muy asociados con CAR.

• En los cromosomas 3, 5, 7 y 8 los de mayor efecto.

• Del 58 al 71% de los marcadores fue identificado para consumo de materia seca, ganancia diaria de peso y peso metabólico.

• Relaciones genéticas

• Predicciones del merito genético para este grupo de características con un numero no mayor de 100 SNP (Bolormaa et al 2011; Snelling et al., 2012).

Características y calidad de la canal

• En México: no incluidas en los programas de mejoramiento genético.

• En 18 cromosomas de la Raza Brangus (Peters et al., 2012):

• 140 SNP => el área del musculo del lomo

• 121 SNP => porcentaje de grasa intramuscular

• 109 SNP => deposición de grasa en las costillas

Reducción del impacto ambiental

• Bovinos principales productores de metano entre las especies rumiantes domesticas.

• 80% metano es producido principalmente durante la digestión por medio de la fermentación ruminal

• Perdida energética para el animal

• El resto proviene de la descomposición de la materia fecal

• La producción de metano varia entre 60-80% dependiendo de la calidad y tipo de dieta, nivel de consumo, temperatura e incluso el tipo de instalaciones

• La producción de metano en ganado bovino entre 280 a 450 g/día con variaciones durante el día

• La producción individual “estable” y repetitiva en cada animal, pero altamente variable entre animales

• Selección de animales que producen menos metano bajo similares condiciones de manejo (SG)

Implicaciones

• La selección genómica es la herramienta de mayor impacto sobre la eficiencia de la selecciòn animal que el mejoramiento genético ha producido en años.

• Esto principalmentee a la reducción del costo de evaluación de los SNP´s en alta densidad.

• La ganancia en la respuesta a la selección se debe a:

1. La mayor precisión de la evaluación a edad temprana, y

2. Al menor intervalo de generación, al poder seleccionar toros previamente a la prueba de progenie

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Implicaciones

G R A C I A S

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Dr. Vicente E. Vega Murillo

Instituto Nacional de Investigaciones Forestales Agrícolas y

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La Selección

Genómica en

Bovinos

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Tecomán, Colima. 1 de Octubre de 2013

Dr. Vicente E. Vega Murillo

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Pecuarias