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Doctorado en Biotecnología I Semestre 2015

GENÉTICA Y BIOTECNOLOGÍA MARINA Profesores

Beatriz Camara (UTFSM) José Gallardo (PUCV)

Capítulo 1: Acuicultura. Este módulo tiene como propósito que los estudiantes conozcan las técnicas y herramientas de genética y biotecnología que se aplican en la acuicultura. Capítulo 2: Biodiversidad Marina. Esté módulo tiene como propósito que los estudiantes conozcan los ecosistemas marinos y como su complejidad genera una enorme biodiversidad genética susceptible de ser utilizada por los biotecnólogos. Capítulo 3: Microbiología Marina. Este módulo tiene como propósito que los estudiantes conozcan las técnicas moleculares y funcionales que se aplican en la biotecnología marina y que aborda el desarrollo de microorganismos marinos para la producción de compuestos bioactivos con usos en la industria farmacéutica, veterinaria, y biocontrol.

UNIDADES

METODOLOGIA Y EVALUACION

METODOLOGIA DE TRABAJO: Clases teóricas Tareas Seminarios Visita de expertos Visitas a empresas relacionadas con la biotecnológica marina. EVALUACION: El curso será evaluado a través de: 4 evaluaciones (25% c/u ).

MARZO Martes 17. Presentación del curso Clase 1. Mejora genética en acuicultura Martes 24 Clase 2. Resistencia genética a patógenos Martes 31 Clase 3. Visita empresas STGO. ABRIL Martes 7 Clase 4 EVALUACIÓN 1. PRESENTACION Y DEFENSA DE TAREA

ABRIL Martes 14 Clase 5. Genómica Clase José Gallardo. Martes 21 Clase 6 Marcadores genéticos Clase José Gallardo. Martes 28 Clase 7 PRESENTACION Y DEFENSA DE TAREA

PROGRAMACION MENSUAL

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Carácter biológico: Pigmentación de la piel.

Fenotipo:

Pigmentado v/s NO pigmentado

Expresa una cualidad. Controlados por pocos genes.

Sin influencia del ambiente sobre su expresión.

CARÁCTER BIOLOGICO CUALITATIVO

DOMINANCIA COMPLETA DEL GEN TYR

Homocigoto dominante T T

Heterocigoto T t

Homocigoto recesivo t t

Precursor de melanina Melanina

¿CUÁL ES MI GENOTIPO? = TT - Tt - tt

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Expresa una cantidad. Controlados por muchos genes.

Gran influencia del ambiente sobre su expresión.

Genotipo + Ambiente (manejo productivo) = Fenotipo

CARÁCTER BIOLOGICO CUANTITATIVO

Supuesto: Ambiente (E) = 0.

P = G

Genotipos Valor fenotipo EE 14 g Ee 12 g ee 6 g

Efecto aditivo del gen (a) a = + 4 g

Desvío de dominancia (d)

d = + 2 g

EFECTO DE UN GEN SOBRE UN RASGO CUANTITATIVO

Genotipos Valor fenotipo

EE 35 Ee 35 ee 15

Dominancia completa

Genotipos Valor fenotipo

EE 35 Ee 30 ee 15

Dominancia parcial

HERENCIA DE GENES CUANTITATIVOS

Efecto aditivo del gen (a) a = + 10 g

Desvío de dominancia (d)

d = + 5 g

Efecto aditivo del gen (a) a = + 10 g

Desvío de dominancia (d)

d = + 10 g

DETERMINE EL EFECTO ADITIVO (a) Y DE DOMINANCIA (d) DEL GEN E.

Genotipos Valor fenotipo

EE 35 Ee 25 ee 15

Acción aditiva Genotipos Valor

fenotipo EE 35 Ee 45 ee 15

Sobredominancia

a = ? d = ?

a = ? d = ?

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Pez Fam A Fam B Fam C Fam D 1 130 110 70 90 2 100 90 70 50 3 80 60 60 30 4 50 60 40 30

Promedio Fam 90 80 60 50 Promedio Total 70

Carácter cuantitativo: Peso (gramos).

SELECCIONE 4 PECES POR TAMAÑO

Son técnicas y procedimientos de genética que permiten modificar caracteres biológicos (cualitativos o cuantitativos), de importancia económica, para mejorar la eficiencia de los sistemas productivos en la empresa.

TECNICAS Y PROCEDIMIENTO DE GENETICA

¿QUÉ ES EL MEJORAMIENTO GENETICO?

MEJORA GENETICA POR SELECCIÓN ARTIFICIAL

R= h2 S IG

Hijos grupo seleccionado

Grupo seleccionado

h2 = heredabilidad. S = diferencial de selección. IG = Intervalo generacional. R = Respuesta a la selección en una generación

MEJORA GENETICA POR SELECCIÓN ARTIFICIAL

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HEREDABILIDAD

Es una medida de la variación genética aditiva de un rasgo cuantitativo h2 = 0 - 1 h2 = 0,4 h2 = 0,05

SELECCIÓN ARTIFICIAL Y HEREDABILIDAD

MEJORA GENETICA EN EL LARGO PLAZO CORRELACION GENETICA ENTRE RASGOS

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INTERACCION GENOTIPO - AMBIENTE

¿QUÉ INFORMACION NECESITO PARA SELECCIONAR AL MEJOR PEZ?

¿Donde  quiero  llegar?  Obje3vo  de  mejoramiento  (Necesidad)  

 ¿Cómo  alcanzo  ese  obje3vo?  Diseño  y  estructura  (Recursos)  

CLASIFICAR CARACTERES BIOLOGICOS

Cualitativo Cuantitativo

Sexo - Peso smolt - SGR - IGS - Peso WFE

Madurez - Gaping - Color filete - Rendimiento filete – Sobrevivencia

Resistencia a caligus - Resistencia a SRS.

ECONOMICAMENTE ¿CUÁL VALE MAS?

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H = v1 BV1 + v2 BV2 + v3 BV3 + vn BVn

BVi = Breeding value (Valor de genético aditivo para cada rasgo). V i = Ponderación económica.

Combinación de caracteres biológicos que desean ser mejorados por la influencia que tienen en el beneficio (rentabilidad) económico del productor (Ponzoni, 1992).

OBJETIVO  DE  MEJORAMIENTO   GANANCIA  GENÉTICA  ECONÓMICA  (ΔH)  

ΔH = vii

m∑ *ΔG

Ganancia genética económica 1 rasgo

Ganancia genética económica varios rasgos

ΔH = v1*ΔG

Criterio  de  selección    =  I  

I = b1 PBV1 + b2 PBV2 + b3 PBV3 + bi PBVi

BVi = Predicted Breeding value o valor mejorante para cada rasgo (BLUP). b i = Coeficiente que maximiza la respuesta económica en H.

Combinación de caracteres biológicos que se pueden medir de forma práctica y económica, que están correlacionadas con H y que por tanto se usan para la selección de reproductores.

ESTRUCTURA  PROGRAMAS  DE  MEJORA  GENETICA  EN  ACUICULTURA  

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1.- Establecer una población base con alta variabilidad genética. 2.-­‐  Establecer  un  8po  de  apareamiento  familiar  y  registro  de  datos  para  es8mar  parámetros  gené8cos.    3.-­‐  Establecer  una  metodología  de  selección  que  maximize  ΔG  y  minimize  ΔF.    4.-­‐  Establecer  un  sistema  o  estructura  que  permita  diseminar  el  progreso  gené8co  a  producción.  

DISEÑO  Y  ESTRUCTURA  

Full sib

Full sib

Full sib

Full sib

Full sib

Full sib

Full sib

Full sib

Full sib

Peces para selección

Peces para evaluación

Núcleo

Centros de prueba

2.-­‐  ESTABLECER  UN  TIPO  DE  APAREAMIENTO  FAMILIAR  Y  REGISTRO  DE  DATOS  PARA  ESTIMAR  PARÁMETROS  GENÉTICOS.  

Método BLUP requiere: 1.- Matriz de fenotipos (y). 2.- Matriz de parentesco (A): genealogía. 3.- Matrices de diseño (XZ): Piscicultura, Estanque, Fecha desove, etc. 4.- Parámetros genéticos y fenotípicos (λ): varianzas (h2), covarianzas (rg).

MODELO LINEAL MIXTO BLUP (Best Linear Unbiased prediction)

3.-­‐  ESTABLECER  UNA  METODOLOGÍA  DE  SELECCIÓN  QUE  MAXIMIZE  ΔG  Y  MINIMIZE  ΔF.  

BVi = Predicted Breeding value

Parentesco: Dos individuos son parientes si tienen ancestros en común o si uno es antecesor de otro.

Vías de conexión

A B

X Y Y X

B A

PARENTESCO

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1/2 1/2 1/2 1/2

X Y

1/2 1/2

X Y

Hermanos completos Medios hermanos (hermastros)

Rxy = Σ ( ½ ) n1 + n2

Rxy = ( ½ ) 2 = 1/4 Rxy = ( ½ ) 2 + ( ½ ) 2 = 1/2

A B A B C

Rxy: Proporción de genes que comparten dos individuos emparentados.

PARENTESCO

Para la siguiente genealogía calcule el coeficiente de parentesco entre los individuos: A) Individuo 2 – individuo 12 B) Individuo 12 – individuo 14.

PARENTESCO

Def.: Cruzamiento o reproducción entre individuos emparentados.

A y B son homocigotos recesivos, pero solo A es consanguíneo.

CONSANGUINIDAD

DEF. 1. Disminución del valor fenotípico promedio (rasgo cuantitativo) en una población (Lynch y Walsh, 1998). DEF. 2. Aumento de malformaciones en los animales o aumento de enfermedades de tipo hereditarias producto de la consanguinidad (Tave, 1996).

DEPRESION POR CONSANGUINIDAD

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El coeficiente de Consanguinidad (F ) de un individuo es la probabilidad de que dos alelos presentes en él sean idénticos por descendencia.

Abuelo

1/2

1/2 1/2

1/2

a1a2

_ _ _ _

_ _

Madre Padre

Nieto

COEFICIENTE DE CONSANGUINIDAD a)  Probabilidad de que el nieto tenga dos alelos A1:

a.  A través de la madre = ½ * ½ = ¼. b.  A través del padre = ½ * ½ = ¼ c.  Total = ¼ * ¼ = 1/16.

b) Probabilidad de que el nieto tenga dos alelos A2: a.  A través de la madre = ½ * ½ = ¼. b.  A través del padre = ½ * ½ = ¼ c.  Total = ¼ * ¼ = 1/16.

c) Probabilidad de que dos alelos en el nieto sean idénticos por descendencia F x = 1/16 + 1/16 = 1/8 = 0.125.

Abuelo

1/2

1/2 1/2

1/2

a1a2

_ _ _ _

_ _

Madre Padre

Nieto

COEFICIENTE DE CONSANGUINIDAD

Generalizando, el coeficiente de consanguinidad es

)(1 )2/1( A1n'n

x FF += ++∑n = número de generaciones entre el padre y el antecesor común. n’ = número de generaciones entre la madre y el antecesor común.

Fx = 0.125 (1 + FA)

Abuelo

1/2

1/2 1/2

1/2

a1a2

_ _ _ _

_ _

Madre Padre

Nieto

COEFICIENTE DE CONSANGUINIDAD A PARTIR DE LA SIGUIENTE GENEALOGÍA DETERMINE EL NIVEL

DE CONSANGUINIDAD DEL INDIVIDUO Z

X Y

A B

Z

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Machos Hembras Tamaño efectivo de la población

(Ne)

Tasa de consanguinidad

(%)

100 100 200 0,2

50 100 133 0,375

10 100 37 1,37

1 100 4 12,62

Ne = 4 * Nm * Nh Nm + Nh

Tasa de F = 1/(2Ne)

PROPORCION DE SEXOS Y CONSANGUINIDAD (F) 4.-­‐    SISTEMA  O  ESTRUCTURA  DISEMINACION  PMG  

G0 G1 G2 G3

BLUP BLUP BLUP BLUP

COS1 COS2 COS3

4.-­‐  SISTEMA  O  ESTRUCTURA  DISEMINACION  OTROS  PMG