Quito, 17 – 18 de Mayo 2016

CURSO DE CAPACITACION MEJORA GENETICA DE PECES

ProfesorDr. José Gallardo

Académico, investigador y consultor de empresas

INTERESES DE INVESTIGACIÓN

- Genética y cría selectiva de especies de interés para la acuicultura mundial.

- Manejo de consanguinidad y reproductores.- Domesticación de organismos acuáticos.- Resistencia genética a las enfermedades de peces.- Análisis genético de rasgos de importancia económica en acuicultura.- Biotecnología marina.

LABORATORIO DE GENÉTICA & BIOTECNOLOGÍA MARINA

Conocer y comprender principios fundamentales demejora genética de peces: Genética cuantitativa ygenómica.

Identificar elementos clave del diseño y estructurade programas de mejora genética de peces.

OBJETIVOS DEL CURSO

HOY TRABAJAREMOS EN…

DIA 1. TEORIA.Fundamentos de mejora genética de peces.

Diseño y estructura de programas de mejora genética de peces.

1.- DOMESTICACION.

2.- CARÁCTER BIOLÓGICO CUALITATIVO.

3.- PARENTESCO.

4.- CONSANGUINIDAD.

5.- DEPRESION ENDOGAMICA.

6.- CARÁCTER BIOLÓGICO CUANTITATIVO.

7.- QTL (QUANTITATIVE TRAIT LOCI)

8.- SNP (SINGLE NUCLEOTIDE POLYMORPHISM)

9.- SSR (SINGLE SEQUENCE REPEATS)

Domestication of wild species to produce food means that …

the breeding, care, and feeding of organisms are controlled byhumans.

E. B. Hale, in The Behaviour of Domestic Animals, E.S.E. Hafez, Ed.

(Bailliere, Tindall and Cassell, London, 1969), p. 22, 42.

DOMESTICACION

1.- Rápida domesticación de especies marinas.- 250 Land plant v/s 19 marine.- 44 Land animal v/s 430 marine.

2.- Alta respuesta a la selección R = h2 * S.- Land animals: 1-2 % x gen.- Marine animals: 5 – 10% x gen.

Duarte et al. Science 2007

DOMESTICACION: AGRICULTURA V/S ACUICULTURA

DOMESTICACION DE RECURSOS DE ACUICULTURA

Teletchea & Fontaine (2012)

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

Gen TYR: Produce la enzima, tirosinasa, que cataliza la síntesis de pigmento a partir de tirosina.

Fenotipo albino: 100 tipos de mutación producen alteración funcional del gen.

Comparación de genes: 60 % de identidad del gen entre vertebrados.

GEN TYR: PIGMENTACION DE LA PIEL

DOMINANCIA COMPLETA DEL GEN TYR

Homocigoto dominanteT T

HeterocigotoT t

Homocigoto recesivot t

Precursorde melanina Melanina

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

Vías de conexión

A B

X YX

BA

PARENTESCO

Def.: Cruzamiento o reproducción entre individuos emparentados.

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

CONSANGUINIDAD

DEF. 1. Disminución del valorfenotípico promedio (rasgocuantitativo) en una población (Lynch yWalsh, 1998).

DEF. 2. Aumento de malformacionesen los animales o aumento deenfermedades de tipo hereditariasproducto de la consanguinidad (Tave,1996).

DEPRESION POR CONSANGUINIDAD

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 fenotipoEE 14 gEe 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

0

20

40

60

80

100

120

RR RS SS

SOBREVIVENCIA

QTL -­ IPN

QTL = Región o segmento de un cromosoma cuya variación (genotipos) explica la variación (fenotipos) de un rasgo cuantitativo.

QTL = QUANTITATIVE TRAITS LOCI

Genotipos Valor fenotipo

RR 99RS 83SS 67

Efecto aditivo del gen (a)a = ?

Desvío de dominancia (d)d = ?

SNP : SINGLE NUCLEOTIDE POLYMORPHISMSNP : SINGLE NUCLEOTIDE POLYMORPHISM

Alelo 1 AATCATGTGTGGCTACTTATGGTCAT

Alelo 2 AATCATGTGTAGCTACTTATGGTCAT

G/G G/A A/A

HOMOCIGOTO HOMOCIGOTOHETEROCIGOTO

SSR : SINGLE SEQUENCE REPEATS

Referencia: Damani and Topol Genome Medicine 2009 1:54

COMPARACION MARCADORES GENETICOS

Microsatélites v/s SNP

DESDE MARCADOR GENETICO A QTL

QTL = QUANTITATIVE TRAITS LOCI

MAPA DE LIGAMIENTO SALMO SALAR 2004

Referencia: Gilbey et al. Animal Genet 2004, 35:98-­105

MAPA DE LIGAMIENTO SALMO SALAR 2011

Referencia: Lien et al. BMC Genomics 2011 12:615.

MAPA DE LIGAMIENTO SALMO SALAR 2014

Houston et al. BMC Genomics 2014 15:90

40,214 SNPs distributed across all 29 pairs of chromosomes

S Lien et al. Nature 1–6 (2016) doi:10.1038/nature17164

GENOMASSALMON DEL ATLANTICO V/S TRUCHA ARCOIRIS

1.038.000 SNP 145.676 SNP

PLATAFORMAS PARA GENOTIPEO MASIVO (CHIP)

Nº SNPs

Nºmuestras

777.000 48 - 364

55.000 48 - 1152

170.000 48 - 1152

55.000 48 - 1152

65.000 48 - 1152

50.000 48 - 1152

PLATAFORMAS PARA GENOTIPEO MASIVO (CHIP)

10.- SELECCIÓN ARTIFICIAL

11.- HEREDABILIDAD.

12.- INTERVALO GENERACIONAL

13.- DIFERENCIAL DE SELECCION

14.- RESPUESTA A LA SELECCION

15.- INTERACCION GENOTIPO AMBIENTE.

16.- CORRELACIONES GENETICAS.

17.- SELECCION ASISTIDA POR MARCADORES

18.- SELECCION GENOMICA

Son técnicas y procedimientos de genética que permiten modificarcaracteres biológicos (cualitativos o cuantitativos), de importanciaeconómica, para mejorar la eficiencia de los sistemas productivos en laempresa.

TECNICAS Y PROCEDIMIENTODE GENETICA

¿QUÉ ES EL MEJORAMIENTO GENETICO?

MEJORA GENETICA POR SELECCIÓN ARTIFICIAL

R= h2 SIG

Hijos grupo seleccionado

Gruposeleccionado h2 = heredabilidad.

S = diferencial de selección.

IG = Intervalo generacional.

R = Respuesta a la selección en una generación

MEJORA GENETICA POR SELECCIÓN ARTIFICIAL

HEREDABILIDAD

Es una medida de la variación genética aditiva de un rasgo cuantitativoh2 = 0 -­ 1

h2 = 0,4 h2 = 0,05

SELECCIÓN ARTIFICIAL Y HEREDABILIDAD

MEJORA GENETICA EN EL LARGO PLAZO

INTERACCION GENOTIPO - AMBIENTE

¿CÓMO ESTAN CORRELACIONADOS?

¿QUÉ INFORMACION NECESITOPARA SELECCIONAR AL MEJOR PEZ?

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).

METODOLOGÍA DE EVALUACION GENETICABLUP

(Best Linear Unbiased prediction)

BVi = Predicted Breeding value

SELECCIÓN ASISTIDA POR MARCADORES (MAS)

Información de genealogía

Alelo C Alelo c

Información del marcador

Modelo de regresión linealy = μ+ b*x + e

y=registros;; μ= promediob= coeficiente de regresiónx= genotipo del SNP (0,1,2)

Padre Madre Animal SNP1

SNP2

SNP3

SNP4

SNP5

SNPn

Fenotipo

1 3 9 0 2 1 0 2 1 351 4 10 1 2 1 1 2 1 402 5 11 2 1 0 2 1 0 552 6 12 1 2 1 1 2 1 651 7 13 1 2 1 1 2 1 ?2 8 14 2 1 0 2 1 0 ?

SELECCIÓN GENOMICA

Modelo de regresión lineal

y = µ+ b*x + poligénico + e