Cambio climático y la adaptación de los bovinos al trópico

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1 Cambio climático y la adaptación de los bovinos al trópico Antonio Hernández Beltrán, Patricia Cervantes, Belisario Domínguez Mancera, Acosta, Arely Olmos García y Amado M. Canales Vergara Laboratorio de Alteraciones Funcionales, Facultad de Medicina Veterinaria y Zootecnia, Universidad Veracruzana, Veracruz, México. anhernandez@uv.mx En las regiones tropicales de México, desde la época de la colonia, se ha desarrollado una ganadería con base en bovinos que han tenido que adaptarse a un entorno climático adverso a la especie. En este proceso han intervenido individuos de diversos grupos genéticos; desde las razas ibéricas (Bos Taurus), con las que los españoles dieron origen a esta actividad, hasta la participación de este mismo grupo genético en su forma de razas especializadas para la producción de carne y leche, generalmente también de origen europeo, siendo las razas Suiza y Holstein las más comunes. Durante el siglo pasado la intensa presencia en la región de diversas variedades del Cebú (Bos indicus) generaron novedosas expresiones de razas sintéticas que posibilitaron la actual existencia de bovinos con una vocación mas o menos definida hacia la producción de carne, leche y el esquema de producción más común en el trópico Latinoamericano, denominado doble propósito que produce terneros para el abasto y permite la comercialización de excedentes de leche. Por otro lado, debido a una cuidadosa labor de selección genética hecha a partir de razas Criollas con vocación lechera, es posible contar en México y Centroamérica con un reducido grupo de bovinos de la raza Criollo Lechero Tropical (CLT), que han mostrado una adaptación superior, cuando se atiende a su comportamiento; fisiológico reproductivo, resistencia a enfermedades y composición de la leche. Con todo este fondo genético los productores de las regiones cálidas de México deben de hacer frente a cambios del clima cuyas consecuencias negativas para la actividad ganadera, resultan en este momento inciertas. El presenta trabajo pretende comunicar un conjunto de experiencias adquiridas en nuestro laboratorio en torno a: 1). El cambio del clima en la región ganadera dentro área de influencia del puerto de Veracruz de 1917 al 2008, los escenarios

2 previstos por diversos modelos para los años 2020, 2050 y 2080 y su relación con el confort bovino, expresado por el indicador Índice de Temperatura y Humedad (ITH), para lo cual se consideró los valores expresados con las calificaciones numéricas: 74 (normal), (alerta), (peligroso) y 84 (emergencia),. 2). La respuesta fisiológica de los bovinos al calor elevado en la región, según la raza y su efecto sobre algunos indicadores productivos. 3). El empleo de marcadores bioquímicos y moleculares para reconocer la capacidad termotolerante en estas razas, con miras a futuras selecciones. 1). Con datos de las temperaturas ( C) y la humedad relativa (%) combinados para obtener el ITH, en diversos periodos climáticos ( , y ), obtenidos del Centro de Previsión del Golfo del Servicio Meteorológico Nacional (CPG- SMN), se pudo mostrar un cambio en el clima expresado como un aumento en el ITH, de 83, 85 y 86 (todos de no confort) respectivamente, para los periodos indicados, considerando las temperaturas máximas para el mes de mayo (figura 1) :00-08:00 13:00-15:00 17:00-19:00 Temperature-Humidity Index January February March April May June July August September Octuber November December January February March April May June July August September Octuber November December January February March April May June July August September Octuber November December Figura 1. Índice temperatura humedad en forma horaria. ITH es mostrado en una forma horaria a través del año de los periodos de estudio ( , , ) ( 06:00-08:00, 13:00-15:00 y 17:00-19:00). (Hernández et al., 2011)

3 En tanto que para los escenarios futuros del confort de la ganadería se tomaron en cuenta los escenarios de las emisiones A2 y B2 del IPCC (Panel Internacional sobre Cambio Climático), resultado un ITH para los modelos GFDL 2020 (80.87), 2050 (81.58), 2080 (82.82); ECHAM 2020 (81.27), 2050 (82.74), 2080 (83.95) PRACIS HADCM (81.24), 2050 (82.65), 2080 (83.95), que resultan todos en la categoría de peligrosos, figura 2. Temperature-Humidity Index GFDLR30 NORM 2050-A A2 ECHAM4 Temperature-Humidity Index Temperature-Humidity Index PRECIS-HADCM2 January February March April May June July August September Octuber November December Figura 2. Escenarios de índice de Temperatura y Humedad (ITH) en condiciones normales y de modelos GFDLR30, ECHAM4 y PRECIS- HADCM2. El comportamiento del ITH por cada mes del año se muestra para los diferentes modelos usados en los años 2050-A2 ( ), 2080-A2 ( ), en comparación con datos de ITH normales ( ). (Hernández et al., 2011)

4 2). La condición termotolerante de las razas bovinas de la región de Veracruz, se abordó con la idea de que la raza CLT por pertenecer al grupo genético con mayor tiempo de presencia en la región debería ser un grupo más adaptado, por lo que la primera pregunta a contestar fue si toda la población respondía de la misma manera al calor elevado; el análisis CLÚSTER de la capacidad de evaporación considerando, principalmente, la temperatura rectal (TR) frecuencia respiratoria por minuto (FR) en individuos expuestos a temperaturas elevadas durante el verano; La asociación de las variables de respuesta a temperatura y humedad altas, permitió definir que el comportamiento de las vacas CLT no es uniforme, al diferenciar tres grupos o subpoblaciones (Cuadro 1), que se consideraron; sin estrés, con estrés moderado y con estrés alto, que en lo sucesivo se denominarán Criollo Lechero Tropical 1 (CLT1), Criollo Lechero Tropical 2 (CLT2) y Criollo Lechero Tropical 3 (CLT3) respectivamente. Cuadro 1. Asociación de la respuesta al calor alto, variables fisiológicas de vacas CLT durante la época de temperaturas elevadas en Veracruz centro - costa. CLÚSTER para TR y FR ( x ± D.E.) Grupo n = 113 Temperatura rectal (º C) Frecuencia respiratoria (rpm) % de la población estudiada Matutino 7:00 9:00 Vespertino 17:00 19:00 Matutino 7:00 9:00 Vespertino 17:00 19:00 Sin estrés ± 0.81 a ±0.46ª 34.60±17.64 a 26.38±5.30ª Estrés ± 0.38 b 39.01±0.56 b 34.80±8.90 a 50.38±7.50 b moderado Estrés alto ± 0.39 b 39.80±0.61 b 39.04±8.70 a 82.00±12.09 c Letras desiguales en la misma columna, para cada factor, son diferentes (Tukey, α = 0.05). Una vez establecida una respuesta diferenciada al calor elevado, fue posible plantearse si aquellos animales termotolerantes (CLT1), eran además, los que expresaran un mejor comportamiento bioproductivo; para lo cual, entre otras variables, se seleccionaron índices reproductivos como el de los días abiertos (DA) y el del periodo interpartos; La figura 3, muestra que en efecto, las vacas del grupo CLT, ocupan un menor número de días en rehacer su vida reproductiva, situación que se asocia a sus reservas de energía, expresadas como condición corporal (CC) las cuales obtuvieron una mayor calificación, tal y como se observa en la figura 4. Estos resultados son alentadores, dado que no bastaría mostrar

5 termotolerancia, para ser individuos seleccionables, sino que además de adaptados al clima adverso, resulten productivos. Letras diferentes P< 0.1 Figura 3. DA y IPP en vacas CLT, de acuerdo a su tolerancia al calor en la región de Veracruz, México. CLT1 = 4; CLT2 = 3; CLT 3 = 3 (P<0.05) Escala: 1-9, según Plaizier et al., 2006) Figura 3. CC en vacas CLT, de acuerdo a su tolerancia al calor en la región de Veracruz, México.

6 3) Empleando las mismas pruebas de termotolerancia, se llevaron a cabo ensayos con marcadores bioquímicos De entre diversos compuestos bioquímicos seleccionados para este fin, la concentración sérica de los metabolitos asociados con los estatus energético-proteico: Urea (URE) (mg/l), D- β-hidroxibutirato (BHB) (mmol/l), Albúmina (ALB), globulinas (GLO) (mg/l) y mineral: fósforo (P) (mmol/l), compuestos que han demostrado su utilidad como indicadores de la respuesta corporal relacionada con la falta de confort térmico. Los resultados muestran que una calificación del ITH de 83 (peligroso), las vacas 5/8H x 3/8C, muestran valores más elevados (p< 0.05) para TR, que las vacas F1 ( = 0.42). Además, la enzima BHB, mostró concentraciones diferentes (p< 0.05) de acuerdo con el grupo genético; 5/8H x 3/8C vs. F1 (1.130 vs mmol/l) respectivamente (figura 4). Las concentraciones séricas de ALB y GLO aumentaron (p< 0.05) sus valores, con un ITH de 82 y 83 con respecto al de 81 (37.14 y vs g/l) para ALB y (46.66, y g/l) para GLO respectivamente, situación que también se observó para el P con valores de 1.51 (81), 1.77 (82) y 2.16 (83), resultando este último diferente (p< 0.05). Figura 4. Diferencias en la concentración sérica de D-Betahidroxibutirato (mmol/l) en vacas Europeo x Cebú con un ITH 83. Los resultados permiten inferir que en situaciones de riesgo (ITH 79), las vacas con un mayor porcentaje de genes europeos responden diferente a las vacas cruzadas con porcentaje genético mayor de Cebú.

7 Con relación al empleo de marcadores moleculares, se han utilizado loci que logran distinguir características productivas sobresalientes; para el caso del CLT, un loci reconocidos por asociarse a la producción, calidad y composición de la leche en vacas CLT; β Kappa- caseína (CSN3) y α lactoalbúmina (LAA), así como el gen de la hormona de crecimiento (bgh). Las variantes alélicas de acuerdo al tipo de respuesta al calor elevado se muestran en el cuadro 2. Cuadro 2. Frecuencias alélicas de κ-caseína, α-lactoalbúmina y hormona del crecimiento en vacas CLT de acuerdo al tipo de respuesta al calor elevado. Si bien los datos que se aportan sobre la estructura del ADN de las vacas CLT no nos remiten de manera directa a genes de respuesta al estrés por calor, si permiten indagar sobre la expresión de los 2 genes de las proteínas lácteas CSN3 y LAA, y el gen de bgh, que se reporta como asociado a mayor volumen de leche por su efecto sobre la multiplicación de las células epiteliales mamarias. El polimorfismo del loci, no se manifiesta de una forma típica, ya que mientras CSN3 BB, se expresó para un relativo mayor volumen de leche del promedio del rebaño, los alelos LAA AA y bgh VV no expresaron este esperado rasgo productivo. De manera paradójica, el alelo CSN3 AA, expresó una mejor concentración de caseína que CSN3 BB ; en el caso del alelo LAA AA, sin diferencia en la producción media de leche. Sin embargo, cuando observamos que LAA AA y LAA AB, poseen diferencias significativas en todas las variables analizadas (p<0,5), llama la atención que el menor volumen de leche se asocia en general, a una mayor concentración de los componentes mayores, esto puede deberse a una concentración de los componentes en un menor volumen, situación similar a la encontrada para vacas CLT, Holstein, Suizo Pardo y cruzas con Cebú, situación que podría relacionarse a un efecto de dilución de los componentes cuando se

8 obtiene mayor volumen. En cuanto al locus bgh, no se encontraron diferencias significativas entre ninguno de los componentes o rasgo de producción en Kg., y con algunas diferencias de este locus con los otros loci analizados, en CSN3 BB, CSN3 AB y LAA AB. Por otro lado, los hallazgos del polimorfismo A y B del locus LAA, dan información de la composición racial de CLT, más parecida a la especie Bos indicus, que a las razas Ibéricas, Bos taurus, de las cuales procede la raza CLT; este parecido en el sentido de que, Bos taurus sólo presenta la variante A del gen, mientras Bos indicus presenta A y B, explica las diferencias en producción de leche de estas dos especies. Así mismo fue posible identificar el efecto de las variantes polimórficas del gen bgh en vacas de dos grupos genéticos, Europeo X Cebú sobre la respuesta animal al estrés por calor, con base en la asociación del marcador bioquímico Urea con el polimorfismo de bgh (figura 5). Figura 5. Efecto de las variaciones alélicas del gen bgh sobre la concentración de Urea sérica (mg/dl), en vacas 5/8 Holstein x 3/8 Cebú con un ITH de 83. Los resultados muestran que las concentraciones séricas de urea (mmol/l) de las vacas con genotipo LL (3.42) son diferentes y de mayor concentración (p< 0.05), que las variantes VL (2.20) y VV (1.51).

9 Para poder relacionar de una manera directa la respuesta la calor elevado a vacas de las cruzas Europeas X Cebú y de la raza CLT, Se ha iniciado un conjunto de trabajos que contemplan el estudio de la estructura genética de genes asociados al estrés por calor: El gen HSP70 se ha utilizado como indicador de resistencia al estrés por calor, ya que regula la síntesis de proteínas chaperonas protectoras de las células frente a condiciones de temperatura ambiental elevada, que es una de las consecuencias principales del cambio climático lo cual altera los procesos biológicos de los animales responsables de mecanismos fisiológicos de termorregulación, por lo que se considero evaluar la asociación de las variantes polimórficas del gen HSP70 en dos grupos raciales de vacas de lechería tropical con los cambios en el ITH. El estudio se realizó en los grupos raciales Bos taurus x Bos indicus (Bt x Bi; n=57) y Criollo Lechero Tropical (CLT; n=58), En la población muestreada se encontraron dos genotipos del gen HSP70, AA y AG. En las vacas CLT la variante polimórfica AA del gen HSP70 se asocia a resistencia al estrés por calor, al presentar durante el verano una menor FR para CLT (43.3 ± 1.20) que en Bt x Bi (52.5 ± 1.13), durante los periodos de temperatura ambiental elevada (p<0.05). 90 Índice de temperatura y humedad (ITH) ITH am ITH pm CLT Bt x Bi CLT Bt x Bi Invierno Verano Figura 6. Evaluación del confort térmico por medio del Índice Temperatura Humedad (ITH) en vacas de lechería tropical (izquierda) y Perfiles del Gen HSP70 presentados en dos grupos raciales de vacas de lechería tropical (derecha). Por lo que se concluye que es posible utilizar las variantes polimórficas del gen HSP70 como indicadores genéticos en programas de selección de animales tolerantes al calor. Actualmente en nuestro laboratorio, se lleva a cabo un trabajo de investigación basado en que las altas temperaturas pueden producir estrés térmico moderado y causan estrés

10 oxidativo en vacas lecheras de transición. La bomba sodio potasio ATPasa es un complejo enzimático ubicado en la membrana celular, el gen ATP1A1 codifica la isoforma α1, la principal isoforma de la subunidad α, es la enzima predominante en las células de la sangre y tejidos nerviosos. El gen ATP1A1 bovino tiene una secuencia codificante de 3065 nucleótidos dispersos en 22 exones. De acuerdo a esto, las variaciones de secuencia se pueden utilizar para el mapeo de genes, la definición de la población, la estructura y la realización de estudios funcionales, los avances han permitido visualizar tres las bandas electroforéticas del gen ATP1A1 y se pudo determinar la presencia de mutaciones, así mismo se identificaron tres perfiles polimórficos los cuales corresponden a dos homocigotos AA, BB y un heterocigoto AB, está pendiente la asociación de estos genes al calor elevado en vacas de la región de Veracruz. REFERENCIAS Patricia Cervantes A., Mayra Luna R., Antonio Hernández B., Fernando Pérez-Gil., Pastor Ponce C., Odalys Uffo R Polimorfismo genético en el locus de la kappa-caseína, en vacas de diferentes razas y cruces en el trópico mexicano. Rev. Salud Anim., Vol. 29 N 2: Domínguez RO., Muhlah R., Hernández BA., Domínguez MB., Cervantes AP., Vega RG. y Verde Z.G. (2010), Polimorfismo del gen bgh en vacas sometidas a estrés calórico y su relación con valores del perfil metabólico sanguíneo. XLVI Reunión Nacional de Investigación Pecuaria. Campeche, México. pp Hernández A., P. Cervantes., B. Domínguez., S. Muñoz-Melgarejo., S. Salazar-Lizán., A. Tejeda-Martínez, 2011, Temperature-humidity index (THI) and future scenarios of livestock confort in Veracruz, México. Atmosfera 24 (1) Hernández A., P. Cervantes, V.M. Salinas, R. García, A. Tejeda, F. Gallardo y J.L. Álvarez Respuesta al estrés por calor en la vaca Criollo Lechero Tropical bajo un sistema de doble propósito en México. Rev. Salud Anim. Vol. 29 N 2: Hernández A., V.M. Salinas, Mayra Luna, R. García, Patricia Cervantes, Odalys Uffo y J.L. Álvarez Comportamiento de las variantes genéticas de los genes қ Caseína, α Lactoalbúmina y Hormona del crecimiento en la raza Criollo Lechero Tropical en México y su relación con el nivel de respuesta al calor. Rev. Salud Anim. Vol. 28 N 2:

11 Muhlah R., Domínguez RO., Hernández BA., Domínguez MB., Cervantes AP., Vega RG. y Verde Z.G. (2010), Diferencias en variables filológicas de respuesta al estrés por calor en vacas Europeo X Cebú de acuerdo a su grado de entrecruzamiento. XLVI Reunión Nacional de Investigación Pecuaria. Campeche, México. pp Olmos García Arely, Valdez Cano Michelle, Ángeles Guzmán Aida, Canales Vergara Amado Manuel. 2013, Asociación del gen ATP1 A1 a estrés por calor en vacas de lechería tropical. Reporte trabajo final. Fisiología Ambiental. Maestría en Ciencia Animal. FMVZ UV. 6p. Verde ZGM, Cervantes AP, Hernández BA, Domínguez MB, Vega RG, López YB. 2012, Gen HSP70 como indicador de resistencia al estrés por calor en vacas de lechería tropical. XLVIII Reunión Nacional de Investigación Pecuaria, INIFAP, Querétaro, México pp. 160.