Gen\u00e9tica Cuantitativa, Poligenes y QTLs
Dr. Cristian Araneda T.
[email protected]
Departamento de Producci\u00f3n Animal Facultad de Ciencias Agron\u00f3micas Universidad de Chile
CARACTER CUANTITATIVO (Descripci\u00f3n General
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CARACTER CUANTITATIVO (Descripci\u00f3n General 1. UN INDIVIDUO ES CARACTERIZADO POR UNA MEDICI\u00d3N CUANTITATIVA PARA UN CAR\u00c1CTER DADO 2. LOS VALORES INDIVIDUALES ASIGNADOS CONFORMAN UNA SERIE CONT\u00cdNUA (No hay clases fenot\u00edpicas) 3. LA EXPRESI\u00d3N DEL CAR\u00c1CTER MEDIDO EST\u00c1 INFLUENCIADO POR MUCHOS LOCI, CADA UNO SE COMPORTA EN FORMA MENDELIANA, CON UN PEQUE\u00d1O EFECTO EN EL FENOTIPO 4. LA EXPRESI\u00d3N DE CADA LOCI (Y GENOTIPO) EST\u00c1 INFLUENCIADO POR EL AMBIENTE, AFECTANDO EL VALOR FENOT\u00cdPICO EN MAYOR O MENOR GRADO 5. EL ESTUDIO DE LA HERENCIA CUENTITATIVA REQUIERE DE COMPARACIONES ENTRE GRUPOS DE INDIVIDUOS. UN CRUZAMIENTO EN PARTICULAR NO PROPORCIONA INFORMACI\u00d3N \u00daTIL
Modelo Gen\u00e9tico Infinitesimal para Caracteres Cuantitativos
b2 b3 b4 B5 B6
B1
b7 B8 b9
b10 B11 B12 b13
B17 B18 B14 b15 B16
b19 b20
2
1 Locus
aa
2 Loci
AA
aa bb
3 Loci
AA BB
aabbcc
6 Loci
AABBCC
aa. . . . ff
AA. . . . FF
P
Aa
Aa Bb
1/2
6/16
Aa Bb Cc
Aa. . . . .. .Ff
F1
F2
4/16 1/4
20 / 64
4/16
1/4 1/16
1/16
15/64 6/64 1/64
15/64 6/64 1/64
Car\u00e1cter No Heredable Car\u00e1cter Heredable
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Experimento de W. Johanssen con semillas de porotos princesa (1909) VT = VG
+ VE
VG = Variación Genética VE = Variación Ambiental
VG = V T - V E 40,5 mg
93,7 mg 2
σ
2
σ
F1
F1
= 8,76
VE
2
σ
2
F2
F2
= 40,96
VT = VG + VE 67,0 mg
H=
32,2 = 0,79 40,96
HEREDABILIDAD
62,3 mg
σ
VG = 40,96 - 8,76 = 32,2
VG H = VT
PROPORCIÓN DE LA VARIACIÓN OBSERVABLE ATRIBUÍBLE A DIFERENCIAS GENÉTICAS
• SON TODOS LOS ATRIBUTOS BIOLÓGICOS HEREDABLES ? • ES EL CI UN ATRIBUTO HEREDABLE ?
CI
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Componentes Genético y Ambiental de algunas Patologías Humanas
Estudios en gemelos idénticos muestran que ciertas patologías como la Psoriasis tienen un fuerte Componente Genético y muy poco Componente Ambiental (estilo de vida). Otras patologías como la Esclerosis Múltiple tienen poca Influencia Genética y mucha Ambiental.
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 P= A+D+I+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 3. VALOR DE CRÍA (Valor Genético Aditivo) VA (A) - Se refiere al valor de un individuo como reproductor en relación a su población Si se dispone del fenotipo del individuo:
A = 2 (µprogenie -
µPoblación
)
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HEREDABILIDAD Sentido Amplio (H): • Con VP = VG + VE Corresponde al porcentaje o proporción de la variación fenotípica de un rasgo que es producto de DIFERENCIAS GENÉTICAS entre los progenitores (Varianza Genética).
H = VG / VP
Sentido Estricto (h2): • Con VP = VA + VD + VI + VE Corresponde al porcentaje o proporción de la variación fenotípica de un rasgo que es producto de DIFERENCIAS GENÉTICAS ADITIVAS entre los progenitores (Varianza Genética Aditiva).
h2 = VA / VP
ESTIMACION DE HEREDABILIDAD EN HUMANOS ESTUDIOS GEMELOS (MONO Y DICIGOTICOS) Vm = Varianza Monocigóticos = VE Vf = Varianza Diocigóticos o Fraternos = ½ VG + VE
Vf – Vm =
½
VG H = VG / (VG + VE)
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HEREDABILIDAD (h2)
Proporción o porcentaje de la VARIACION FENOTIPICA de un rasgo que es producto de DIFERENCIAS GENÉTICAS TRANSMISIBLES.
h2 = Varianza Genética Aditiva / Varianza Fenotípica
VALORES PROMEDIOS DE HEREDABILIDADES
Bovinos:
Gallinas:
Cerdos:
Ovejas:
Peso Corporal Adulto 0.40 Peso de huevos 0.50 Producción de leche 0.30 Producción de huevos 0.10 0.05 Fertilidad Sobrevidaprimerasemana 0.01 Espesor grasa dorsal 0.70 Peso de vellón de lana Ganancia de peso 0.40 Finura de la lana Tamaño de camada 0.05 Tamaño de camada
0.50 0.55 0.15
HEREDABILIDAD DE ALGUNAS PATOLOGÍAS EN EL HOMBRE
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TIPO DE HERENCIA DE LAS PATOLOGÍAS EN EL HOMBRE
DERMATOGLIFOS (RTC = Recuento Total de Crestas) 0,48 h2 0,49 ≤
µ♀ µ♂
≤
= 127 = 144
a) Arco b) Presilla c) Verticilo trirradio
trirradio trirradio
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RESPUESTA A LA SELECCIÓN (R) Seleccionados como reproductores
Diferencial de Selección: DS = X selecionados - X población Superioridad de los individuos seleccionados R = DS x h2
DS
Promedio Población
h2 = R / DS
Ejemplo: Peso Corporal Adulto Bovinos h2 = 0,40 Promedio Población = 500 Kg Promedio Seleccionados = 550 Kg
R = (550-500) Kg x 0,40 = 20 Kg Progenie
R
Los hijos de estos seleccionados pesarán en promedio 520 Kg
APRENDIZAJES DE EXPERIMENTOS DE SELECCIÓN DE LARGO PLAZO Efecto de la Selección Natural ¿Agotamiento de la Varianza Genética?
Drosophila melanogaster,
Longitud tórax
Ratones, peso a las 6 semanas
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SELECCIÓN DIVERGENTE Susceptibilidad a caries dentales en ratas. (Respuesta Asimetrica)
RESPUESTA A LA SELECCIÓN A LARGO PLAZO Límite a la selección, leche
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RESPUESTA A LA SELECCIÓN A LARGO PLAZO Límite a la selección, maíz
Evolución de la Producción Mundial de Cereales
Aumento Estimado de la Población Mundial
La producción Global en el periodo 1950 - 1991 La producción Per Capita una disminución con muestra un incremento lineal con una pendiente una pendiente de - 1,4 % año-1 en el 1985-1991. -1 de +1,5% año .
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Modelo Genético para Caracteres Cuantitativos con Genes de Efecto Mayor Y QTLs
B11 es Un Gen de Efecto Mayor QTL1 B11 QTL2
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 respecto al valor promedio de entre 2 a 3 . σ
Estos genes en general se encuentran en baja frecuencia debido a efectos pleiotrópicos adversos, menor viabilidad o fertilidad en homocigotos.
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GENES DE EFECTO MAYOR: Ratones Obese (Ob Leptina) High Growth (hg)
Obese
Obese codifica para una proteína (146 áá) secretada por los adipositos que controla la homeostasis del peso corporal, regulaObese 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. High Growth
GENES DE EFECTO MAYOR: Bovinos Hypertrophy muscular (mh) Myostatin Double muscle Produce un aumento anormal del tejido muscular causado por el agrandamiento de las células (hipertrofia). En los bovinos aumenta la masa muscular en un 20% en cortes de mayor precio.
Belgian Blue
Piedemontesenockout miostatina ratón
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GENES DE EFECTO MAYOR: Ovinos
Fecundity gene (FecB), Ovejas Booroola Merino
Incrementa el tamaño de la camada en 3 o más crias. El efecto de esta mutación es aditiva para la tasa de ovulación (numero de ovocitos liberados en cada ciclo ovulatorio) y parcialmente dominante para el tamaño de la camada. En promedio, cada copia del gen mutante incrementa el tamaño de la camada en un cordero extra.
Booroola Merino
ASOCIACION DE MARCADORES Y RESISTANCIA: Enfermedad de Marek en Gallinas Neoplasia causada por la infección de un virus DNA, tipo herpes. La Resistencia/Susceptibilidad a Marek esta asociada con alelos específicos del grupo sanguíneo B.
Línea
Susceptibilidad
Alelo B21 Alelo B19
Resistente
7%
100%
Susceptible
94%
0%
0% 97%
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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).
COBERTURA DEL GENOMA Densidad 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.
400 Marcadores
10 cM ALOZIMAS
RFLP
2000 Marcadores
5000 Marcadores
0,5 cM
0,2 cM
Microsatelites
SNP
Saturación del mapa genético humano, Adaptado de S. Primrose & R. Twyman.2004. Genomics, Aplications in Human Biology.
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MARCADORES MICROSATÉLITES o SSR
• Son secuencias repetidas en támden en la que el motivo repetido fluctúa entre 1 y 4 nucleótidos. • Para el PCR se utilizan partidores específicos que son complementarios a las secuencias que flanquean el microsatélite, normalmente son especie específicos. • El polimorfismo detectado se debe a diferencias en el número de repeticiones. • Los marcadores son de tipo CODOMINANTE y la técnica es de LOCUS UNICO.
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Microsatélites (SSR o STR)
Métodos de Visualización de Microsatélites
Genotipos microsatélites obtenidos por medio de un Análisis de fragmentos en secuenciador automático Genotipos microsatélites visualizados en un gel de poliacrilamida y teñidos con plata
Genotipos microsatélites visualizados en un gel de agarosa y teñidos con Bromuro de Etidio.
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SNP = Polimorfísmos de Nucleótidos Únicos Los SNP corresponden a sitios en una secuencia de DNA en el cual existen dos bases nucleotídicas alternativas (alelos) en una frecuencia mayor al 1%. Individuo 1: ATGCCTCAGTCATGATAGGCC Individuo 2: ATGCCTCAGTCGTGATAGGCC Individuo 3: ATGCCTCAGTCGTGATAGGCC Individuo 4: ATGCCTCAGTCATGATAGGCC
El polimorfismo detectado se debe a la diferencia de sólo UNA base en una secuencia de ADN.
Mapeo de QTL’s X
F1
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Mapeo de QTL’s F1
X
F1
F2
Loci Microsatélites Asociados con Fecha Desove Sakamoto et al. 1999. Aquaculture 173:33-43
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Marker-Assisted Selection (MAS) Selección Asistida por Marcadores Marcadores
Desarrollo de Marcadores Genéticos Moleculares
QTL fecha de desove
Desarrollo de Mapas Genéticos QTL color músculo
Mapeo de QTLs por medio de Marcadores
QTL color piel
Incorporación de Marcadores (Genotipos Individuos) en los programas de mejoramiento Genético Adaptado de A. Norris, 2001.
Efecto de la Selección Asistida por Marcadores (un QTL) sobre la Respuesta a la Selección
5,5
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Efecto Combinado de la Selección Asistida por Marcadores Utilizando Varios QTLs sobre la Respuesta a la Selección
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