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

UNIVE
QTLs EN MEJORAMIENTO ANIMAL (MAS)

RSITARIOS

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

○ RFLPs

○ RAPDs

○ AFLPs

○ Microsatélites

○ SNPs

• Selección asistida por marcadores

• Introducción

• Objetivos

○ Objetivo general

○ 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