Búsqueda de genes de interés productivo (QTLs/ETLs) Trazabilidad genética de productos agrarios. Transgenésis en productos agrarios

Transcripción

1 APLICACIONES DE LA BIOTECNOLOGÍA GENÉTICA A LA PRODUCCIÓN AGRARIA Búsqueda de genes de interés productivo (QTLs/ETLs) Trazabilidad genética de productos agrarios Transgenésis en productos agrarios Detección de microrganismos en alimentos Detección de fraudes en productos alimenticios mediante identificación genética de especies

2 BÚSQUEDA DE GENES DE INTERÉS ECONÓMICO Selección tradicional Selección por fenotipos Elección de los mejores genotipos en función del fenotipo Gran desarrollo de la genética molecular en las últimos años Gran avance en el conocimiento del genoma de las distintas especies Elección de los individuos que porten mejores genes Selección directa de los mejores genotipos

3 desarrollo de las técnicas de análisis de DNA Permite detectar diferencias en la secuencia Mayoría de las diferencias son mutaciones que suponen el cambio de una sola base (SNPs) En mamíferos 1 SNP por cada 1000 pb Tamaño promedio del genoma: 3x10 9 Dos individuos pueden diferir en 3x10 6 de estas mutaciones C/C C/T

4 desarrollo de las técnicas de análisis de DNA Permite detectar diferencias en la secuencia Mayoría de las diferencias son mutaciones que suponen el cambio de una sola base (SNPs) En mamíferos 1 SNP por cada 1000 pb Tamaño promedio del genoma: 3x10 9 Dos individuos pueden diferir en 3x10 6 de estas mutaciones No todas estas diferencias causan un efecto Las que lo hagan pueden suponer cambio de aa o diferencias en la expresión de genes. Dichas diferencias podrán originar variaciones fenotípicas importantes entre individuos

5 Poblaciones de animales domésticos presentan una variación fenotípica muchísimo mayor Poblaciones animales en medio natural Porque la selección fenotípica sufrida ha creado una gran cantidad de razas que han tenido que adaptarse no solo a condiciones climáticas, sino a orientaciones productivas.

6 Humanos, Animales de experimentación Fauna silvestre Animales de compañía Animales domésticos OBJETIVOS DE LA BIOTECNOLOGÍA GENÉTICA SON MUY DIFERENTES Animales domésticos destinados a producción animal. No interesa la identificación de genes simples causantes de enfermedades. Estos animales serían eliminados de la reproducción. Interesan caracteres como crecimiento, fertilidad, cantidad y calidad de la carne y otros productos (CARACTERES CUANTITATIVOS) Controlados por un número variable de genes QTLs

7 CARACTERES PRODUCTIVOS (peso, tamaño, crecimiento, calidad) Caracteres cuantitativos - muestran una variación fenotípica continua Tienen un control multigénico- Pudiendo ser muy variable el número de genes que controlan cada carácter QTLs Quantitative trait loci = loci que controlan caracteres productivos Región del genoma que alberga uno o más genes que afectan a caracteres cuantitativos, cada uno de los cuales explicaría parte de la varianza de caracteres obsevada entre individuos Se puede aplicar también a variables discretas pero asumiendo que existen múltiples genes afectando a ese carácter

8 Biotecnología genética Bioinformática Detección de QTLs Técnica de barrido cromosómico Técnica del Gen candidato OBJETIVO FINAL Aplicación de la selección asistida por marcadores (MAS) Selección de animales por el genotipo que presentan para los QTLs Obtención de animales a la carta?

9 Detección de QTLs Técnica de barrido cromosómico Consiste en hacer un barrido de todo el genoma tratando de encontrar ligamiento entre el carácter estudiado y algún marcador genético. Marcadores genéticos = Microsatélites. Repetición de un número pequeño de bases nitrogenadas, de 1 a 6. Ejem: (GA)n Ampliamente distribuidos por todo el genoma Muy polimórficos, de 5 a 10 alelos. Carácter en estudio se asocia a una región mas o menos grande del cromosoma, no a un gen concreto. Se detecta en este caso un región QTL

10 Técnica de barrido cromósomico

11 P + M + M X - m - m F1 + M - m + M - M + m - m

12 Phenotype Genomic region Location (cm) BMI 5q q p12 43 Fat mass 17q11 20p * PFM 20p Lean mass 5q BMI 22q11 16 Lean mass 15q13 7q BMI 1p p12 38 Fat mass 18p q21 63 PFM 20p12 4q Lean mass 5q Fig. 1 Significant linkage regions (LOD 3.3) detected in the single-locus WGS in the whole sample. BMI solid line; fat mass dotted line; percentage fat mass long-dashed line; lean mass dashed line

13 INFLUENCIA GEN LOCALIZACIÓN REFERENCIA Crecimiento y características carcasa BTA5, BTA2 y BTA13, BTA14 Stone y col., 1998 Porcentaje de grasa BTA3, BTA14 Heyen y col., 1999 Tasa de partos dobles BTA5, BTA7,BTA12, BTA23 Lien y col., 2000 Cantidad de proteína y grasa porcentaje de grasa BTA1 Nadesalingam y col., 2001 Cantidad de leche y % proteína BTA6 Nadesalingam y col., 2001 Deposición de grasa BTA27 Sonstegard y col Deposito de grasa BTA5 Casas y col., 2000 Producción de leche BTA20 Arranz y col., 1998 Producción de leche y cantidad de proteína BTA6 Kühn y col., 1999 Producción de leche, % grasa y % proteína BTA3, BTA6, BTA17, BTA20 Zhang y col., 1998 Producción de leche BTA 14 Coppieters y col., 1998

14 INFLUENCIA GEN LOCALIZACIÓN REFERENCIA Producción de leche BTA14q11-16 Riquet y col., 1999 Producción de leche BTA1, BTA6, BTA9, BTA10 y BTA20 Georges y col., 1995 Producción de leche y proteína BTA6, BTA9 Wiener y col., 2000 Tasa de ovulación BTA5 y BTA19 Kirkpatrick y col., 2000 Peso al nacimiento BTA6 BTA2 Casas y col., 2000 Grosz y col., 2001 Peso vivo BTA23 Elo y col., 1999 Crecimiento y composición carcasa GH1 BTA19 Taylor y col., 1998 Marmoreado BTA17, BTA27 Casas y col., 2000 Terneza BTA29 Casas y col., 2000 Terneza BTA15 Keele y col., 1999 Rexroad y col., 2001 % grasa y Células somáticas BTA26 Zhang y col., 1998 Nº células somáticas BTA23 Ashwell, 1996

15 Detección de QTLs Técnica del gen candidato Consiste en estudiar la asociación de un gen concreto a un carácter productivo. Generalmente se eligen genes que intervengan en alguna ruta metabólica que pueda estar involucrada o relacionada con el carácter. Es aconsejable que los genes elegidos para el estudio de asociación estén localizados en las zonas en las que se han detectado QTLs por barrido cromosómico Cómo abordarlo? Buscar polimorfismos en el gen que estudiamos(snps).en cualquier parte del gen pero los de las regiones reguladoras pueden tener un mayor potencial. Tratar de buscar asociación entre el polimorfismo en el gen y la variación del carácter utilizando familias.

16 Objetivo final: identificación de genes que expliquen gran parte de la variación de caracteres de interés económico. Poder realizar una selección asistida por marcadores (MAS) Se han detectado muchas zonas por barrido cromosómico pero pocos genes con amplio efecto sobre caracteres productivos!!!!! Algunos importantes: DGAT1 en bovino (PNAs, 2000) PRGAK 3 en procino (Science, 2000) IGF2 en porcino (Nature, 2003)

17 IGF-2 (insulin like factor 2) en cerdos Mutación G-A en el intron 3 (base 3072). Se observa una expresión tres veces mayor en presencia de un alelo que del otro. Causante de la mayor parte de la variación del desarrollo muscular en cerdos. PRKAG3 (protein kinase, AMP-activated, gamma 3) Mutación no conservativa (R200Q) R-Arginina Q- Glutamina Produce un mayor desarrollo muscular, pero también un aumento de glucógeno en músculo (70% más) El rendimiento en la producción de jamón curado es muy inferior por eso, muchos productores desean eliminar el alelo de su población.

18 DGAT1 (diacylglycerol acyltranferasa) Los ratones Knockout para este gen no producen leche por la deficiencia en la síntesis de triglicéridos Cambio de una lisina por una alanina (K232A). Se observa una frecuencia significativamente distinta en grupos de animales que difieren en la cantidad de grasa en la leche. Estudio de asociación demuestra que la presencia de Lisina tiene un efecto muy positivo en la cantidad de grasa en al leche.

19 Otros genes candidatos a QTLs FASN (FATTY ACID SYNTHASE) Mutación en exón 1 que genera un cambio de G/C y altera la posible unión de un factor de transcripción. Asociación con cantidad de grasa en la leche. Se observan diferencias significativas en las frecuencias de cada alelo en grupos con alto y bajo contenido de grasa en la leche.

20 MATERIAL Y MÉTODOS BÚSQUEDA DE VARIABILIDAD PCR y Secuenciación ESTUDIOS DE ASOCIACIÓN GENOTIPADO Secuenciación PCR-RFLP PCR alelo-específica Minisecuenciación (SNaPshot) FRECUENCIAS ALÉLICAS EN RAZAS Genotipado individual y contaje directo PCR cuantitativa aleloespecífica en mezclas de ADN BAJO CONTENIDO 94 animales ALTO CONTENIDO 117 animales Genotipado individual y contaje directo 50 Individuos [ADN] normalizada D.O. 260nm

21 RESULTADOS Y DISCUSIÓN: Manuscrito V FASN SNPs IDENTIFICACIÓN DE POLIMORFISMOS Y ESTUDIOS DE ASOCIACIÓN G>C (g.763g>c) Exón 1 no traducido. Sitio putativo Sp1 A>G (g.16009a>g) Exón 34, p.thr1953ala PCR Alelo-específica g.763g>c(exón1) GRUPO CC CG GG p(c) BAJO CONTENIDO 0,10 0,49 0,41 0,340 ALTO CONTENIDO 0,23 0,50 0,27 0,483 P 0,003 Alelo C Alta Cantidad de Grasa en la Leche Roy R., Ordovás L., Zaragoza P., Romero A., Moreno C., Altarriba J. and Rodellar C. (2006) Animal Genetics 37;