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Instituto de investigaciones de la Amazonía PeruanaInstituto de Investigación para el DesarrolloLaboratorio de Biología y Genética molecular - LBGM
Genética molecular y su aplicación alestudio del paiche “Arapaima gigas” en la
Amazonía peruana
Dra. Carmen Rosa García DávilaJefe del LBGM
Agosto - 2009Pucallpa - Ucayali
No c
opia
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•Caracterización•Manejo sostenido
Pesqueria Piscicultura
CONSERVACION
•Poblaciones•Especies
•Medio ambiente
BiologiaGenética
•Manejo sostenidoNo c
opia
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Fenotipo y genotipo
Set decaracterísticas
físicas expresadaspor un organismo
Fenotipo
Genotipo AmbienteGenotipo
Set de genes presentesen un organismo
AmbienteNo c
opia
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Relacionamiento genotipico y fenotipico
Gran variación fenotipica = gran variabilidadgenética?
HeredabilidadHeredabilidad
Rango de heredabilidad:
0 = cuando toda variación escompletamente ambiental.
1 = cuando toda variación es debido
a diferencias genéticas.
No c
opia
r
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Genética
Reproductores
Heredabilidad=
Progenie
Fenotipo = Genotipo ?
No c
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Susceptibilidad al medio ambiente
• Altos niveles de variación fenotipica
• Baja heredabilidadGran susceptibilidad almedio ambiente
Crecimiento:
- Disponibilidadde comida
- asinamiento
Temperatura:
- Metabolismo
No c
opia
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La diversidad biológica a sido rápidamente destruida en nuestro planetadebido directa o indirectamente a las actividades humanas. A medidaque los tamaños de las poblaciones de animales y plantas son reducidos,la perdida de diversidad genética limita sus potencialidades de adaptarsea los cambios del ambiente. Además de eso la depresión porendocruzamiento se torna una consecuencia inevitable para muchasespecies.
No c
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Lenguaje de la vidaLenguaje de la vida
“lenguaje” en el que se especifican las instruccionespara la síntesis de proteínas.
Síntesis de proteínas
Traducción Expresión
Proteína caracter
Transcripción
RNAm Codons
Val ala leu
No c
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Evaluación de la variabilidadN
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Morfológica: Variabilidad en caracteres detectables
ejemplo: Pez disco
No c
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Citogenética: Estudio de la morfología del cromosoma
Tinción FishBandeamiento
Ventajas:
-Importante a falta de otras tecnicas
Desventajas:
-Tamaño y nº de cromosomas en peces
- Tiempo, dificultad y costo
Cariotipo
No c
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Interpretación de bandas:
Izoenzimas: múltiples formas moleculares de unamisma enzima
• Amplia información genética.
• Técnica relativamente barata yaccesible.
• Carácter codominante
Ventajas:
Enzimamonomérica
Enzimadimérica
Enzimatrimérica
Enzimatetramérica
Diferencias en la movilidad de laenzima representan diferencias en el
ADN
Limitaciones:• Número de loci limitado.
• Ausencia de polimorfismo genéticopara uno o varios loci.
• Baja resolución cuando comparadoa otras técnicas mas modernas.
No c
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Marcadores basados en el análisis directo del ADN
No c
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Pesado de muestra(100mg)
Digestión y maceración en buffer CTAB yproteinasa K
Separación del material genómico
Resuspensión del ADNAgua Milli-q
EXTRACCIÓN DE ADN Protocolo CTAB (Doyle & Doyle, 1987)
LavadoSecado y resuspensión del DNA
Precipitado
ADN
No c
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Polimorfismo a lo largo de fragmentos derestrinción - RFLP
• Carácter codominante• Mayor detección de
polimorfismo que lasisoenzimas
Ventajas:
isoenzimas
• Puede cubrir todo elgenoma
Limitaciones:Sondas
• Gran nº de pasos
• Elevado costo
No c
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Marcadores moleculares basados en PCR
No c
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Reacción en cadena de la polimerasa - PCR
Cebador o primer
PCR
Cebador o primerADN polimerasa
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COIa 5,-AGT-ATA-AGC-GTC-TGG-GTA-GTC-3
,
COIf 5,-CCT-GCA-GGA-GGA-GGA-GAY-CC- 3
,
Perfil de temperatura
PrimersPalumbi & Benzie (1991)
Reacción en cadena de la polimerasa (PCR)
92ºC
30 ciclosCondiciones de amplificación:MIX Para 30 l
72ºC
5’
72ºC
1’
1’
57ºC
92ºC
1’
15,15 lAgua miliQ
0,15 lTaq (5 unidades /l)
3,0 lCOIf(5 M)
3,0 lCOIa (5 M)
3,0 lMix DNTPs (1mM)
3,0 lTampón de PCR
2,7 lDNA molde (50ng/ l)
Gel de agarosa 1,0%(brometo de etídeo)
No c
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RAPD (polimorfismo de ADN amplificadoarbitrariamente)
• Simplicidad, rapidez y bajo costo.
• Detecta diferencias directamente en elgel.
• No requiere de biblioteca genomica.
Ventajas:
• Bajo contenido de información obtenida porloci. Apenas un alelo es detectado(segmento amplificado).
• Variaciones alelicas son clasificadasconjuntamente como un alelo nulo(dominancia de RAPD).
• No reproducible.
Limitaciones:
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EPIC (Exon Primer Intron Crossing)Gen
Exon Intron Exon
CTAGCAAATTCATTACA CTAGCAAGCATTGGCA TAGCAATCATTCA
Exon Intron Exon
IntronExon Exon
IntronExon Exon
• Utiliza primers que son diseñados en zonasconservadas de los exones.
• Es fácil de realizar.
• tiene un bajo costo con relación a otras técnicas.
Ventajas:
• Muchas veces sus padrones de bandas son de difícil interpretación.
Desventaja:
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Amplificación Directa de Polimorfismo de Longitud (DALP)
Limitaciones:• Disponibilidad de información (en términos de secuencias
nucleotidicas) a respecto de regiones que posean repeticionespara el organismo que se desea estudiar.
• Amplia información genética para estudios a nivelpoblacional.
Ventajas:
3’– ACTTTCACAGGAAACAGCTATGACTT – 5’
5’ – TGAAAGTGTCCTTTGTCGATACTGAA –3’
Primer reverso
Primer selectivoDirección de la amplificación
Dirección de la amplificación
Tununtunumba Shica Habana Cerro alto
Gel de agarosa 2%
Gel de poliacrilamida 6%
para el organismo que se desea estudiar.
• Altos costos economicos.
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SECUENCIAMIENTO NUCLEOTÍDICO
• Rapidez.
• Uno de los mas eficiente para estudiarla variabilidad.
• No requiere de biblioteca genomica.
Ventajas:
• Alto costo
• Requiere laboratorios altamenteimplementados y personal tecnicoespecializado.
Limitaciones:
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1 2 3 4 5 6
1 2 3 4
B
1 2 3 4
1 2 3 4
C
Microsatélites A
CTAGCAAATTCATTACA
1 2 3 4 5 6
1 2 3 4 5 6
Sitio derestricción
1 2 3 4
1 2
D
• Mayor contenido de información depolimorfismo para estudios a nivelpoblacional.
• Codominante y multialelico
Ventajas:
Limitaciones:• Gran trabajo previo para el desarrollo de los marcadores.
• Altos costos económicos.
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Arapaima gigas• Alcanza tallas de 3 metros y pesos de
mas de 200 Kg.
• Se encuentra bajo fuerte explotacióncomercial.
• Desde los años 70 Reducciónsignificativa de tamaño poblacional cercade grandes ciudades amazónicas.
• Actualmente las poblaciones naturalesestán protegidas (Listada como especie“con datos deficientes” por la CITESdesde 1975).
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Caracterización molecular del paiche en el lagoImiria
Estimar la variabilidad y
diversidad genética de la
población de paiche
Objetivo:
existente, para
compararla con la
variabilidad genética de
los paiches que serán
sembrados en la laguna.
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• Colecta de material biologico
(nativos y a sembrar).
• Extracción y cuantificación de
ADN.
Metodología de trabajo:
• Amplificacion y lectura de 14
locis microsatelites.
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• Monitorear la evolución de la variabilidad genética de la
población con el tiempo y determinar el grado de
adaptación de los paiches sembrados.
• Conocer la proporción de individuos sembrados que
participan efectivamente al aumento de la población (es
Utilidad de los resultados obtenidos:
participan efectivamente al aumento de la población (esdecir a la producción de las nuevas generaciones), y si
se están reproduciendo con los paiches nativos.
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Caracterizaciónmolecular del paiche en
el lago el Dorado - RNPS
Objetivo:
• Evaluar la variacióngenética en el lago eldorado entre diferentesanos.
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Estudios moleculares del paiche en la ReservaNacional Pacaya-Samiria
• Evaluar la distribución de lavariación genética dentro y entrelocalidades de muestreo.
• Estimar efectos de procesos• Estimar efectos de procesosdemográficos pasados sobre ladistribución de la diversidadgenética.
• Estimar flujo génico (Nm) ytamaños poblacionales efectivos(Ne).
• Identificar áreas prioritarias deconservación y manejo sostenido.
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• Colecta de material
biologico en cuatro
puntos de la RNPS.
Metodología de trabajo:
• Extracción y
cuantificación de ADN.
• Amplificación y lecturade 14 locis
microsatelites.
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Poblaciones con baja diversidad geneticason (en promedio) las mas divergentes
(por efecto de la deriva genetica)micSat
r=0.9348 F=34.6626 P=0.0020
0.30
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8
Fst
Alle
led
iver
sity
(FST = 0.1745, P < 0.001)(Bayesian exact test N.S.)
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Utilidad de los resultados
• Estructura genética en el paiche es también causada poracción antropogénica?
• Reducción de la variación genética esta asociada consobrepesca?
• Existe intercambio entre las poblaciones? (Flujo génico)• Existe intercambio entre las poblaciones? (Flujo génico)
• Valores de Ne (Que proporción de la población estacontribuyendo al mantenimiento de la variabilidad)
• La mayor fracción de variación genética se encuentralejos de grandes centros urbanos?.
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Autocorrelacion espacial• Estimar la distancia geográfica a la cual las poblaciones
se diferencian genéticamente• Aplicable a especies con distribución continua, o con
poblaciones discretas conectadas por flujo génico (existeaislamiento por distancia)
• Análisis basado en correlaciones entre una matriz de• Análisis basado en correlaciones entre una matriz dedistancias genéticas con una matrix binaria (0,1) dedistancias geográficas (0=mayor o 1=menor que un valorumbral)
Fst1,2 480 1Fst1,3 Fst2,3 1600 1120 0 1Fst1,4 Fst2,4 Fst3,4 2113 1633 513 0 0 1Fst1,5 Fst2,5 Fst3,5 Fst4,5 2770 2290 1170 657 0 0 1 1
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Gracias por su atenciónN
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