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Genetica Cuantitativa y Mejoramiento

Dr. Cristian Araneda T.craraned@uchile.cl

RASGO CUANTITATIVO (Descripción General)

1. Los individuos son caracterizadospor una medición cuantitativa paraun carácter dado

2. Los valores individuales asignadosconforman una serie contínua.

3. La expresión del rasgo medido está influenciado por muchosloci, cada uno se comporta en forma mendeliana, con unpequeño efecto en el fenotipo (fisher, 1918).

4. La expresión de cada alelo está influenciada por el ambiente,afectando el valor fenotípico en mayor o menor grado.

5. El estudio de la herencia cuentitativa requiere decomparaciones entre grupos de individuos. Un cruzamiento enparticular no proporciona información útil

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B1

B5

Modelo Genético Infinitesimal para Caracteres Cuantitativos

Fisher (1918).

B8

B11

B12

B14

B16B6

B17

B18

b2

b3

b4

b7

b9

b10

b13

b15b19

b20

a a x A A aa bb x AA BB aa bb cc x AABBCC aa. . . . ff x AA. . . . FF

1 Locus 2 Loci 3 Loci 6 Loci

P

Aa

F1

F2

Aa Bb Aa Bb Cc Aa. . . . .. .Ff

1/2

1/4 1/4

6/16

4/16 4/16

1/16 1/16

20 / 64

15/64 15/64

6/64 6/64

1/64 1/64

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Carácter No Heredable Carácter Heredable

• SON TODOS LOS ATRIBUTOS BIOLÓGICOS HEREDABLES ?

• ES EL CI UN ATRIBUTO HEREDABLE ?

GRUPOS CORRELACIÓN

Marido - Mujer 0,50Padre - Hijo 0,48Padre - Hijo adoptado 0,21Madre - Hijo adoptado 0,24Mellizos idénticos 0,89Mellizos idénticos (Criados aparte) 0,64Mellizos fraternos 0,64Hermanos 0,56No parientes adoptados juntos 0,32Hijo - Hijo adoptado 0,28

CI

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VALOR FENOTÍPICO (P)- Se refiere al fenotipo medido en un individuo en un momento

dado.

- Los valores fenotípicos en general se distribuyen n ormalmente, con parámetros poblacionales estimables:

Σ ( xi – x )2

n - 1S2 =

Σxin

x =

x

promedio

VARIANZA FENOTÍPICA

El valor fenotípico de un individuo (xi) queda mejor descrito como desvío del promedio de la población:

( xi x )

xi

MEDIDAS DEL VALOR DE UN INDIVIDUO

1. VALOR FENOTÍPICO (P) VP

- Se refiere al fenotipo medido en un individuo en un momento dado.

P = G + E

2. VALOR GENOTÍPICO (G) VG

- Se refiere a la habilidad genética total de un individuo en relación a su población.

G = A + D + I

P = A + D + I + E

G depende de los efectos aditivos de los genes (A), de los efectos dedominancia (D) y de las interacciones entre los loci (I).

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A1

B1

A2

B2

C1 C2

Contribuye a A (valor de cría)

Contribuye a D (desvío de dominancia)

Contribuye a I (desvío de interacción)

D1 D3

G = A + D + I

Desvíos de Dominancia (D) corresponde a la interacción entre los alelos de un locus.

Desvíos de Interacción (I) es la interacción entre alelos de distintos loci.

Ambos efectos (D + I) NO son transmisibles a la descendencia, pero sereconstituyen en cada generación.

P = A + D + I + E

Valor de Cría

Desvío de dominancia

Desvío de interacción

Desvío Ambiental

Efectos aditivos

Efectos no aditivos

Valor Fenot.

• Los Efectos Aditivos (Valores de Cría) son importantes para laSelección.

• Los Efectos No Aditivos (Dominancia e Interacción) son importantes en los Cruzamientos (producción de heterosis).

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MEDIDAS DEL VALOR DE UN INDIVIDUO

3. VALOR DE CRÍA (Valor Genético Aditivo) (A) VA

- Se refiere al valor de un individuo como reproductor en relacióna su población.

• El valor de cría (A) es el ‘valor de un individuo, en unacaracterística dada, juzgado a través del comportamiento de sudescendencia’.

- Lo que un padre (o madre) transmite a sus descendiente son genes,no sus genotipos.

Si se dispone del fenotipo del individuo el valor de cría (breedingvalue) puede estimarse como:

A = 2 (µµµµprogenie - µµµµPoblación)

A = h2 (Pi – P..)

40,5 mg 93,7 mg

62,3 mg

67,0 mg

σ2F1 = 8,76

σ2F2 = 40,96

σ2F1 VE

σ2F2 VT = VG + VE

VG = 40,96 - 8,76 = 32,2

H2 = = 0,7932,2

40,96

HEREDABILIDADVG

VTH2 =

Experimento de W. Johanssen con semillas de porotos princesa (1909)

VG = VT - VE

VT = VG + VE

VG = Variación GenéticaVE = Variación Ambiental

PROPORCIÓN DE LA VARIACIÓN OBSERVABLE ATRIBUÍBLE A DIFERENCIAS GENÉTICAS

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Estudios en gemelos idénticos muestran que ciertas patologías como la Psoriasistienen un fuerte Componente Genético y muy poco Componente Ambiental (estilode vida). Otras patologías como la Esclerosis Múltiple tienen poca InfluenciaGenética y mucha Ambiental.

Componentes Genético y Ambiental de algunas Patologías Humanas

Sentido Amplio (H2):

• Con VP = VG + VE

Corresponde al porcentaje o proporción de la variación fenotípicade un rasgo que es producto de DIFERENCIAS GENÉTICASentre los progenitores (Varianza Genética).

H2 = VG / VP

Sentido Estricto (h2):

• Con VP = VA + VD + VI + VE

Corresponde al porcentaje o proporción de la variación fenotípicade un rasgo que es producto de DIFERENCIAS GENÉTICASADITIVAS entre los progenitores (Varianza Genética Aditiva).

h2 = VA / VP

HEREDABILIDAD

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HEREDABILIDAD (h2)Proporción o porcentaje de la VARIACION FENOTIPICA de unrasgo que es producto de DIFERENCIAS GENÉTICASTRANSMISIBLES.

h2 = Varianza Genética Aditiva / Varianza Fenotípica

Bovinos:Peso Corporal Adulto 0.40Producción de leche 0.30Fertilidad 0.05

Cerdos:Espesor grasa dorsal 0.70Ganancia de peso 0.40Tamaño de camada 0.05

VALORES PROMEDIOS DE HEREDABILIDADES

Gallinas:Peso de huevos 0.50Producción de huevos 0.10Sobrevida primera semana 0.01

Ovejas:Peso de vellón de lana 0.50Finura de la lana 0.55Tamaño de camada 0.15

ESTUDIOS EN GEMELOS (MONO Y DICIGOTICOS)

Vm = Varianza Monocigóticos = VE

Vf = Varianza Diocigóticos o Fraternos = ½ VG + VE

Vf – Vm = ½ VG ���� H2 = VG / (VG + VE)

ESTIMACION DE HEREDABILIDAD EN HUMANOS

HEREDABILIDAD PARA RASGOS DE COMPOSICION CORPORAL EN GEMELOS DANESES (International Jounal of Obesit y, 2004)

RASGOS HEREDABILIDAD

Indice Masa Corporal (Mujer) 0,58Indice Masa Corporal (Hombre) 0,63% Grasa (Mujer) 0,59% Grasa (Hombre) 0,63Pliegues Totales (Mujer) 0,61Pliegues Totales (Hombre) 0,65Circunferencia Cadera (Mujer) 0,48Circunferencia Cadera (Hombre) 0,61Altura (Mujer) 0,81Altura (Hombre) 0,69

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HEREDABILIDAD DE ALGUNAS PATOLOGÍAS EN EL HOMBRE

TIPO DE HERENCIA DE LAS PATOLOGÍAS EN EL HOMBRE

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a) Arcob) Presillac) Verticilo

trirradio trirradio

trirradio

DERMATOGLIFOS (RTC = Recuento Total de Crestas)

0,48 ≤≤≤≤ h2 ≤≤≤≤ 0,49

µµµµ♀ = 127µµµµ♂ = 144

Cuántos genes? Qué genes?

Ubicación de los genes?

Efecto de los genes?

¿ GENOTIPO ?

FENOTIPO DE LOS PADRES FENOTIPO DE

DESCENDIENTES

LA CAJA NEGRA

Fotos Fenotipos BlueBack, Programa Genético Trucha Arcoíris Piscícola Hulilco Ltda.

MEJORAMIENTO GENETICO CLASICO

FENOTIPO COMERCIAL

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RESPUESTA A LA SELECCIÓN A LARGO PLAZO

RESPUESTA A LA SELECCIÓN A LARGO PLAZO

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Carácter no Heredable Carácter Heredable

La diferencia exhibida por los padres No es transmitida a la descendenciaLa diferencia exhibida por los padres No es transmitida a la descendencia

Sólo una fracción de la diferenciafenotípica de un individuo es de origengenético transmisible

Sólo una fracción de la diferenciafenotípica de un individuo es de origengenético transmisible

Diferencial de Selección

DS = µ Sel. - µ Pob.

DS = i · σP

Diferencial de Selección

DS = µ Sel. - µ Pob.

DS = i · σP

Respuesta a la Selección

R = µ Pro. - µ Pob.

R = DS · h2

R = i · σP · h2

Respuesta a la Selección

R = µ Pro. - µ Pob.

R = DS · h2

R = i · σP · h2

Modificado de R. Neira / U. Chile

Diferencial de Selección:

DS = X selecionados - X poblaciónSuperioridad de los individuos seleccionados

R = DS x h2

RESPUESTA A LA SELECCIÓN (R)

Seleccionados como reproductores

Promedio Población

Progenie

R

DS

Ejemplo: Peso Corporal Adulto Bovinos

h2 = 0,40 Promedio Población = 500 KgPromedio Seleccionados = 550 Kg

R = (550-500) Kg x 0,40 = 20 Kg

Los hijos de estos seleccionados pesarán en promedio 520 Kg

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RESPUESTA (R) A LA SELECCIÓN POR GENERACIÓN

R = DS * h2

donde:DS = Diferencial de selecciónh2 = Heredabilidad o índice de herencia

D.S. es la superioridad de los individuos seleccionadosrespecto al promedio de la población para unacaracterística dada.

La intensidad de selección (i) es:

i = DS / σσσσp

INTENSIDAD DE SELECCIÓN

La intensidad de selección (i) expresa la superioridad delos individuos seleccionados respecto al promedio de lapoblación en unidades de desviaciones estándarfenotípicas.

La respuesta a la selección se expresa en este casocomo:

R = i * h2 * σσσσp

El D.S. se expresa en la unidad de medida en que elcarácter se cuantifica. La i, en cambio, por ser el D.S.estandarizado, siempre se cuantifica en desviacionesestándar.

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Valor de la intensidad de selección (i) según la producción de individuos seleccionados como reproductores asumiendo una distribución normal.

Proporción de animales

seleccionados

Intensidad de selección

i

Proporción de animales

seleccionados

Intensidad de selección

i

100 0

90 0,20 9 1,80

80 0,35 8 1,85

70 0,50 7 1,91

60 0,64 6 1,98

50 0,80 5 2,06

40 0,97 4 2,15

30 1,14 3 2,27

20 1,40 2 2,42

10 1,76 1 2,67

Estos valores permiten inferir el porcentaje de animales seleccionados. Una i de 2,0 significa que se está seleccionando el 6% de los mejores individuos, en cambio, una i de 1,0 es una selección baja, puesto que se estarían seleccionando como reproductores al 40% de la población, aproximadamente.

VENTAJA DE EXPRESAR LA SELECCIÓN EN TÉRMINOS DE i EN VEZ DE D.S.

1.- Comparar programas de selección de poblaciones con promedios deproducción muy diferentes.

2.- Sólo con su valor es posible conocer la magnitud de la selecciónpracticada.

3.- Permite comparar programas de selección en característicasdiferentes expresadas en unidades de medidas distintas.

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RESPUESTA A LA SELECCIÓN ANUAL

=L Intervalo entre generaciones, que es tiempo requerido para reemplazar una generación por otra, es decir es la edad promedio de los padres cuando nacen sus hijos que constituyen la próxima generación.

hDS 2∗=añoR/

Lhi Pσ*2∗=L

Los valores indicados en esta expresión, sólo son modificables a travésde decisiones de manejo la intensidad de selección (i) y el intervaloentre generaciones. En consecuencia la respuesta a la selección (R)será máxima cuando la relación i / L, adquiera el mayor valor.

Respuesta a la selección yheredabilidad realizada

=Rh 2 RDS

No se puede mostrar la imagen en este momento.No se puede mostrar la imagen en este momento.

DSR = h 2

0

5

10

15

20

25

30

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 750

5

10

15

20

25

30

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

S

C

R = S - C

)(DSARb=Rh 2

En un experimento de selección la heredabilidad realizada hR se puede calcular como la regresión de la respuesta sobre el diferencial de selección acumulado.

generación diferencial de selacción acumulado

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APRENDIZAJES DE EXPERIMENTOS DE SELECCIÓN DE LARGO PLAZO

Drosophila melanogaster ,

Longitud tórax

Ratones, peso a las 6 semanas

Efecto de la Selección Natural

¿Agotamiento de la Varianza Genética?

SELECCIÓN DIVERGENTE

Susceptibilidad a caries

dentales en ratas.

(Respuesta Asimetrica)

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P = A + D + I + E

Valor de Cría

Desvío de dominancia

Desvío de interacción

Desvío Ambiental

Efectos aditivos

Efectos no aditivos

Valor Fenot.

• Los efectos aditivos (Valores de Cría) son importantes para laSelección.

• Los efectos No Aditivos (Dominancia e Interacción) son importantes en los Cruzamientos (producción de heterosis).

UTILIZACIÓN DE CRUZAMIENTOS

Explotación de la heterosis:

La heterosis o vigor híbrido (H) se produce cuando al cruzardos líneas parentales distintas (líneas, razas, etc) la res puestaproductiva promedio obtenida en la descendencia es mayoral promedio de los padres:

Matemáticamente:

Donde:

µµµµ representa las medias fenotípicas de los padres (P 1 y P2) yF1 su descendencia.

%HF1 = µµµµF1 - ½ (µµµµP1 + µµµµP2 ) x 100

½ (µµµµP1 + µµµµP2 )

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H

Cruza F 1

P1

P2

P F1

F2 F3 F4 F5

VIGOR HÍBRIDO O HETEROSIS (H)

µP

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H

µP = ½ (µP1 + µP2)

( µµµµF1 – µµµµP ) x 100

µµµµP=H

OBJETIVO:

El objetivo del programa de mejoramiento genético es aumentar la eficiencia del sistema productivo en términos económicos, a través de una modificación continua de las características productivas de interés por procedimientos genéticos.

PROGRAMA DE MEJORAMIENTO GENÉTICO

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MEJORAMIENTO GENÉTICO• IDENTIFICACIÓN DE CARACTERES DE IMPORTANCIA

Propósitos de la empresaEvaluación económica

• HERENCIA DE CARACTERES IMPORTANTES

Estudio de la variaciónEstimación de parámetros genéticos

• MÉTODOS DE MEJORAMIENTO GENÉTICO

SelecciónCruzamientosMigraciónManipulaciones genéticas

• MODELOS DE ORGANIZACIÓN

EmpresaGrupos de empresasRegional

Atlantic salmon 10.6-14.2 % Gjerde et al., 1986rainbow trout 13.0% Gjerde et al., 1986channel catfish 12-20 % Dunham, 1987Coho salmon 10.1 % Hershberger et al., 1990Coho salmon 9,1% Neira et al., 2002Tilapias 17.0% Eknath, 1997 Marine Shrimp 4.4% Fjalestad et al., 1997

� La elevada variabilidad genética y la mayor fecundidad de las especies acuícolas, permite la aplicación de mayores intensidades de selección (Diferencial de Selección), lo que se ha traducido en Respuestas a la selección mucho mayores que en otras especies animales

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“Herramientas para el desarrollo de programas de mejoramiento genético en peces”

• CONSIDERACIONES SOBRE LA POBLACION BASE

• LOCALIZACIÓN Y MANEJO AMBIENTAL

• CONSIDERACIÓN DE INTERACCIÓN GENÉTICO-AMBIENTAL• SISTEMAS DE IDENTIFICACIÓN• NECESIDAD DE RÉPLICAS

• ESTACIONES MULTIPLICADORAS

• MÉTODO DE SELECCIÓN

• CONTROL DE LA CONSANGUINIDAD

• CONECTIVIDAD DE LA INFORMACIÓN

• CARACTERES DIFÍCILES DE MEDIR

• SELECCÓN ASISTIDA POR MARCADORES

CONSIDERACIONES SOBRE LA POBLACION BASE

• Debe poseer la más amplia variabilidad genética posible, ello debido a que la ganancia genética que se consigue a través de selección es directamente proporcional a ella.

• Asegurando cruzamiento inicial con todas las líneas (Tilapias en Filipinas)

• Sin restricción en contribución de líneas o razas (Salmones en Noruega)

• Utilización de líneas de comportamiento conocido (Salmón coho en Chile, Industria establecida)

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Asegurar que la población base contenga una amplia variabilidad genética

Se debe asegurar no comprometer la calidad inicial de la Pob Base

La magnitud de la respuesta a la selección es proporcional a la variación genética aditiva

Genetica Cuantitativa y Mejoramiento

Dr. Cristian Araneda T.craraned@uchile.cl

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Modelo de acción de efectos ambientales:

• El ambiente B es mejor que el ambiente A para ambos genotipos.

• El ambiente B produce el efecto de mejorar el valor de ambos genotipos y en magnitud similar

EFECTO AMBIENTAL

Ambiente A B

Modelo de acción de interacción genético-ambiental:

• El ambiente B es mejor para el genotipo 2, pero es peor para el genotipo 1.

• El ambiente B hace que la superioridad del genotipo 1 disminuya o desaparezca en relación al genotipo 2

INTERACCIÓN GENOT-AMBIENTE

AmbienteA B

Genot 2

Genot 1

Genot. 2

Genot. 1

Ausencia de interacción en peso destete en ovinos

extensivo intensivo

Merino Dhon

Merino Precoz

kg

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Charolais

Hereford

extensivo intensivo

Interacción genotipo-ambiente en peso a los 6 meses en bovinos de carne

kg

• Marcaje físico

• Criomarcas

• Marcas electrónicas

• Otras

• Marcadores moleculares

SISTEMAS DE IDENTIFICACIÓN

Floyd Tags

La evaluación genética se basa en la identificación individual de los peces

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MARCAJE ELECTRÓNICO CRIOMARCASMARCAJE FÍSICO

Pit-tag

Passive integrator transponder

MARCAJE ELACTRÓNICO PIT-TAGS TRUCHA ARCOIRIS

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• Segregación Mendeliana, marcadores multi-alélicos (Alta heterocigosidad).• Polimorfismo frecuente (alta tasa de mutación).• Presentes principalmente en regiones no codificantes.• Permite construcción de mapas genéticos.• Usados extensamente en localización de QTL en salmónidos.• Basados en PCR, es posible el multiplexado (hasta 12-plex).

• Segregación Mendeliana, marcadores multi-alélicos (Alta heterocigosidad).• Polimorfismo frecuente (alta tasa de mutación).• Presentes principalmente en regiones no codificantes.• Permite construcción de mapas genéticos.• Usados extensamente en localización de QTL en salmónidos.• Basados en PCR, es posible el multiplexado (hasta 12-plex).

López Dinamarca 2011

Araneda et al.2009

MARCADORES MICROSATELITESSTR “Short Tandem Repeats” o SSR “Single Sequence Repeats”

Esquema de la Amplificación de un Marcador (Locus) Microsatélite

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Incremento probabilidad de exclusión PE(1) al aumentar elnumero de SSR.PE(1),probabilidad de exclusión para un locus con información de laprogenie.

Incremento probabilidad de exclusión PE(1) al aumentar elnumero de SSR.PE(1),probabilidad de exclusión para un locus con información de laprogenie.

APLICACIONES – SISTEMAS DE IDENTIFICACION (SSR) APLICACIONES – SISTEMAS DE IDENTIFICACION (SSR)

• Exclusión de Paternidad o Maternidad.• Exclusión de Paternidad o Maternidad. • Estimación de Parentesco Genético.• Estimación de Parentesco Genético.

Lectura fragmentos de Padre Madre y ProgenieF1 para tres SSR en truchas de PiscícolaHuililco Ltda.

Lectura fragmentos de Padre Madre y ProgenieF1 para tres SSR en truchas de PiscícolaHuililco Ltda.

Castillo 2009

En Humanos se usa una PE combinada de 0,9999 o superior En Humanos se usa una PE combinada de 0,9999 o superior

• PE combinada (trucha arcoíris) = 0,9998• PE combinada (trucha arcoíris) = 0,9998 • PE combinada (salmón coho) = 0,9969• PE combinada (salmón coho) = 0,9969

• Evitar efectos de ambiente común.

• Número de individuos a genotipar para asegurar estructura balanceada.

• Necesidad de obtener registros mas de una vez da cada individuo.

• Permite aumentar el número de familias y de progenies con el consiguiente aumento de Intensidad de selección

• Uso de sistema combinado con marca física

MARCADORES MOLECULARES

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• Estaciones de prueba

• Importancia de Interacciones Genético-Ambientales

• Seguridad del programa

• Medición de características de calidad

• Pruebas de desafíos a enfermedades

• Conectividad

NECESIDAD DE RÉPLICAS

• Escalamiento del programa a nivel industrial

• Producción de ovas sin restricciones (F)

• Selección para suplir necesidades específicas

• Uso de líneas especializadas (hembras)

• Medición de características de calidad

• Pruebas de desafíos a enfermedades

• Conectividad

ESTACIONES MULTIPLICADORAS

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• Selección Masal•Limitaciones :

- Consanguinidad - Restringido mediciones en animal vivo- Solo para caracteres de alto h2

• Uso de información familiar

•Selección familiar (hermanos completos)

•Pruebas de progenie

•Uso de modelos animales

•Incorporación de información molecular

MÉTODO DE SELECCIÓN

MÉTODOS DE SELECCIÓN

Individual o Masal Familiar Intra Familiar Combinada Familiar-Intra Famil.

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)(Â 2 XXh −= αα )(5,0Â 2 XXh M −=α 2

2

25,0)1(1

)(25,0Â

hn

XXnh MH

−+−=α 2

2

25,0)1(1

)(5,0Â

hn

XXnh H

−+−=αY = Xb + Za + Zc c + eY = Xb + Za + Zc c + e

Modelo Animal

P = A + D + I + E

Valor Genético Aditivo

CANDIDATO

Padres

Abuelos

Tíos

HermanosPrimos

SobrinosHijos

Se utiliza la información del méritogenético de todos los parientes quese hayan registrado desde el iniciodel programa hasta la últimageneración.

Se utiliza la información del méritogenético de todos los parientes quese hayan registrado desde el iniciodel programa hasta la últimageneración.

ESTIMACION DEL VALOR GENETICO ADITIVO

ESTIMACION DEL VALOR GENETICO ADITIVO

Modificado de R. Neira / U. Chile

• Se produce por:

• Carencia de registros genealógicos

• Elevada intensidad de selección

• Elevada precisión de estimaciones de valores de cría

• Formas de evitar la consanguinidad

• Manipular los apareamientos para evitar cruza entre parientes

• Uso de estimadores BLUP con h2 sesgados ↑↑↑↑

• Utilización de sistema sub óptimo (menor poderación familiar)

• Cruzamientos compensatorios

• Cruzamientos que minimizan coascendencia.

CONSANGUINIDAD

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• Es el principal efecto de la endogamia o consanguinidad sobre las características productivas en una población.

• Corresponde a una baja en el valor promedio de laproducción, que presenta una población que posee un altoporcentaje de individuos endogámicos.

• Normalmente en los individuos se manifiesta como unabaja en la tasa de crecimiento, viabilidad o sobrevida,junto con un aumento de las anormalidades morfológicas.

• A mayor consanguinidad mayor es la depresión en laproducción.

DEPRESIÓN ENDOGÁMICA o CONSANGUINEA

Coeficientes de Consanguinidad de la Progenie de Cruzamientos entre varias clases de Parientes

CRUZAMIENTO F

Autofecundación 1/2Hermanos Completos 1/4Medios Hermanos 1/8 Tío(a) x Sobrino(a) 1/8Primos Hermanos Dobles 1/8Primos Hermanos 1/16Tío(a) x sobrino(a) /en segundo grado 1/32Primos segundos 1/64Tío(a) x Hijo(a) deprimo segundo 1/128Primos Terceros 1/256

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Depresión Endogámica (Consanguínea) en Maíz

Reducción de la producción (depresión endogámica) l ineal posiblemente debido a la acumulación de alelos recesivos detrime ntales ( Neal, 1935).

Coeficiente de Consanguinidad (F)

Producción media(bushels/acre)

DEPRESIÓN ENDOGÁMICA EN TRUCHA ARCOIRIS(% de Depresión, Kincaid 1976, 1983)

RASGO CONSANGUINIDAD (F)

0,25 0,375 0,5

Supervivencia Ovas 9,4 16,2 6,0Supervivencia Alevines 2,8 8,4 5,0Peso Alevines a los 160 días 9,8 22,5 - 4,0Peso Adultos (18 meses en mar) 13,0 19,9 30,0Peso de Machos a los 2 años 18,0 38,1Peso de Hembras a los 2 años 18,1 33,9

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• Problemas

• Eficiencia de conversión de alimentos

• Contenido de grasa

• Color de la carne

• Textura de la carne

• Resistencia genética a enfermedades

• Rendimiento de carcasa y filetes

CARACTERES DIFÍCILES DE MEDIR

GV

CARACTERES DIFÍCILES DE MEDIR

• Soluciones

• Selección indirecta

• Uso de mediciones invasivas

• Uso de mediciones no invasivas (ultrasonido, micro ondas, fotocolorímetros, tomografía computarizada, )

EGDAI

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DOMINANT SCAR MARKER (Oki206) ASSOCIATED WITH

FLESH COLOR

SCAR marker Oki206 (AY661427) between salmon with high and low PBV for flesh color

(χχχχ21gl = 21.208, P-value < 0.000007)

RAPD polymorphism detected with primer UBC-206 associated with high PBV for flesh color.

(χχχχ 21gl = 11.200, P-value < 0.0009).

Araneda et al. 2006. Aquaculture 247:67-73.

Validation in a genealogyzed commercial population evaluat ed for flesh color (n = 189) alsohas been significant ( χχχχ 2

1gl = 21,967 P-value < 0.000005).

Modelo Genético para Caracteres Cuantitativos con Genes de Efecto Mayor Y QTLs

QTL1

QTL2

B11 es Un Gen de Efecto Mayor

B11

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GENES DE EFECTO MAYOR:Tienen un fuerte efecto sobre la variabilidad fenotípica de un rasgo cuantitativo, los individuos que portan ALELOS DE EFECTO MAYOR muestran diferencias repecto al valor promedio de entre 2 a 3 σσσσ.

Estos genes en general se encuentran en baja frecuenciadebido a efectos pleiotrópicos adversos, menor viabilidad o fertilidad en homocigotos.

hg/hg

+/+

GENES DE EFECTO MAYOR:

Ratones Obese (Ob Leptina) High Growth (hg)

Obese codifica para una proteína (146 áá) secretada por los adipositosque controla la homeostasis del peso corporal, regula el apetito .

High Growth produce un 30-50% aumento en ganancia de peso en los homocigotos, sin producir obesidad. Aumenta la masa muscular por hiperplasia con hipertrofia moderada.

Obese

High Growth

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GENES DE EFECTO MAYOR:

Bovinos Hypertrophy muscular (mh) Myostatin Double muscle

Produce un aumento anormal del tejido muscular caus ado por el agrandamiento de las células (hipertrofia). En los bovinos aumenta la masa muscular en un 20% en corte s de mayor precio.

Belgian Blue Piedemontese nockout miostatina ratón

LOCUS GENÉTICO CUANTITATIVO (QTL):Son Regiones Cromosómicas, a veces muy amplias, donde hay loci que están afectando en mayor porcentaje un rasgo cuantitativo (10 a un 20%).

Normalmente no se conocen directamente los genes, sino que sólo la posición en los cromosomas de posibles loci.

La Identificación de QTLs requiere tener un Mapa Genético saturado con marcadores moleculares que permitan asociar el efecto del QTL con alelos en loci específicos.

Inicialmente se utilizaron marcadores RFLP, actualmente se usan Microsatélites y mas recientemente SNPs (Polimorfismos de Nucleótidos Simples).

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Efectos:

Genético Ambiente Fenotipo

+16 -10 +6

+5 +9 +14

-10 +20 +10

Efectos:

Genético Ambiente Fenotipo

+16 -10 +6

+5 +9 +14

-10 +20 +10

SITUACIÓN REAL:Genoma

B +2 0 -2 +1 +1 +3

A -2 +4 +2 +1 +1 +10

C -2 0 -2 -1 -1 -4

B +2 0 -2 +1 +1 +3

Poligenes QTL

Modificado de Brian Kinghorn, Julius van der Werf (2000)

A -2 +4 +2 +1 +1 +10

B +2 0 -2 +1 +1 +3

C -2 0 -2 -1 -1 -4

LO QUE OBSERVAMOS:Genoma

QTL Mapping Example

X

F1 F1X

M1

M2

M3

M4

M1

M2

M3

M4

10%Total fat

40%Total fat

25% 25%

22% 42% 9%

Mouse Chr. 9

m1

m2

m3

m4

m1

m2

m3

m4

Mouse Chr. 9

QTL M3M3m3m3m3M3 m3M3

28%

m4m4

Medrano y Rincón, 2005

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COBERTURA DEL GENOMADensidad en que los marcadores moleculares están distribuidos en un mapa genético de recombinación. Es decir, la distancia promedio en centi Morgan (cM) que separa dos marcadores.

ALOZIMAS RFLP Microsatelites SNP

400 Marcadores

10 cM

2000 Marcadores

0,5 cM

5000 Marcadores

0,2 cM

Saturación del mapa genético humano, Adaptado de S. Primrose & R. Twyman.2004. Genomics, Aplications in Human Biology.

Marker-Assisted Selection (MAS)Selección Asistida por Marcadores

Desarrollo de Marcadores Genéticos Moleculares

Marcadores SSR

QTL crecimiento

QTL tolerancia a T°

QTL para resistencia a enfermedades

Desarrollo de Mapas Genéticos

Incorporación de Marcadores (Genotipos Individuos)en los programas de mejoramiento Genético

Mapeo de QTLs por medio de Marcadores

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MARKER LOCI ASSOCIATE WITH SPAWNING TIME IN RAINBOW TROUT

Sakamoto et al. 1999. Aquaculture 173:33-43

Leder et al. 2006. Journal of Heredity 97:74-80

MARKER LOCI ASSOCIATE WITH SPAWNING TIME IN COHO SALMON

Association analysis between marker loci and

spawning date in coho salmon females selected

for Early and Late spawning time.

Marker LD P-value

SSR:

Omy FTG34TUF 16.807 0.000041

Oki 10 16.229 0.000056

One 19ASC 16.970 0.000038

One 2ASC 14.117 0.000170

Oki CAT229UCH 16.970 0.000038

SNP:

Clock1b 16.600 0.000046

SCAR:

Oki075 9.720 0.001823

Oki249 20.420 0.000006

Araneda et al. 2009. Aquaculture 296:21-26

Lam. 2009. PhD Thesis

Araneda et al. 2012. Genet. Mol. Biol., In press.

Part of rainbow trout synthetic map from Guyomard et al. (2012.

BMC Genetics 13:15) showing position of SSR loci linked with

SPT QTLs (in red) and also associated with SPT in coho salmon.

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Grupo Ligamiento I - Trucha arcoiris

Alelos de Omy 34 asociados a QTL para Fecha de Desove en salmón coho.

Alelos

Desove 139 143 185

Temprano 5% 2,5% 25%

Tardío 32,5% 40% 0%

Sakamoto et al. 1999. Aquaculture 173:33-43.

Fishback et al. 2000. J Fish Biol. 57:1367-1380

O’Malley et al. 2002. J of Heredity 273-284.

LD = 16,807, P = 0,000041

Grupo Ligamiento G - Trucha arco iris

One2 One19

Desove 214 242 222 236

Temprano 0% 5% 35% 10%

Tardío 30% 37,5% 0% 50%

Alelos de One 2 y One 19 asociados a QTL para Fecha de Desove en salmón coho.

Sakamoto et al. 1999. Aquaculture 173:33-43.

Fishback et al. 2000. J Fish Biol. 57:1367-1380

O’Malley et al. 2002. J of Heredity 273-284.

LD = 16,970

P = 0,000038

LD = 14,117

P = 0,000170

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40

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

Pro

porc

ión

del Q

TL

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Tamaño del QTL (desviaciones standard fenotípicas)

Unos pocos QTL pueden explicar la mayor parte de la variación

Los mapas deben ser capaces de detectar QTL de hasta 0,2 DS

Selección Asistida por Marcadores

La mayor parte de los poligenes con pequeño efecto

Pocos QTL de efecto mayor

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1.- Para aquéllas características de baja heredabilidad, donde es difícil separar los efectos del ambiente en la expresión fenotípica (prolificidad, fertilidad, viabilidad)

2.- Para aquéllas características que no se pueden medir en el mismo individuo, ya sea por: -- dimorfismo sexual, sexo limitados (fecha de desove) - por que se requiere su sacrificio (calidad de la carne)

3.- Porque son muy difíciles de medir o es muy costoso contar con registros adecuados o por que se expresan muy tarde en la vida. (eficiencia de conversión, resistencia a enfermedades)

Cuándo conviene utilizar MAS