TEMA 1 - Introducció (2015)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Genética - 3º curso
Asignatura Genética Quantitativa y Millora
Profesor J.P.
Año del apunte 2015
Páginas 13
Fecha de subida 04/10/2015
Descargas 24
Subido por

Vista previa del texto

GQM PARCIAL 1 Tema 1 – Introducció a la GQM LA GENÈTICA QUANTITATIVA DEFINICIÓ 15/09/15 Falconer va ser un senyor que va definir la genètica quantitativa de la següent manera: la genètica quantitativa té per objectiu l’estudi de l’herència de les diferències entre els individus, diferències que són més de grau que de classe, quantitatives en lloc de qualitatives.
Les diferències de classe les situem en el context mendelià – les plantetes que tenia Mendel a l’hort les diferenciava per classe perquè hi havia un aspecte que podia classificar en dos grups diferenciats (tija alta, tija baixa). Però la majoria de caràcters segueixen una distribució normal.
Llavors parlem de diferències en grau o contínues, on no hi ha classes perfectament diferenciades, sinó que les diferències són graduals.
En el llibre d’en Falconer, publicat l’any 60 també s’inclouen aportacions de Fisher, el pesadet de la F de Fisher i aquestes coses.
Darwin també va parlar d’aquestes diferències de grau com a mecanisme d’evolució aplicat a la selecció natural. De fet, Darwin sabia que hi havia una tradició de selecció d’animals en el bestiar anglès – cada cop la població millorava en determinats aspectes i els guanys incrementaven. Extrapolant-ho, això també passava en la selecció natural i les diferències de grau eren acumulables.
Per tant, ell ja va reconèixer que les diferències de grau, quan se seleccionaven, eren acumulables, de la mateixa forma en què l’home acumula en un sentit donat les diferències individuals en les produccions de les seves espècies domèstiques.
En Falconer, junt amb una senyora que es diu Mackay, van redefinir el concepte l’any 1996 aprofitant l’explosió que s’ha donat en els darrers anys en l’àmbit dels coneixements moleculars, afirmant que la genètica quantitativa està confluint amb la genètica molecular permetent això l’anàlisi dels gens que tenen efecte sobre els caràcters quantitatius (QTLs, Quantitative Trait Locus).
CAMPS D’APLICACIÓ Hi ha 4 grans camps d’aplicació en la genètica quantitativa: - Evolució de les poblacions naturals (diferències en la fitness) Anàlisi dels caràcters complexes dels humans – tenim un fenotip respecte la malaltia (molts cops tenim simplement la presència o l’absència de la malaltia) i tenim la informació de marcadors de tipus SNP. El què passa és que els caràcters quantitatius venen determinats de forma general per un gran número de gens. Llavors bastantes malalties no s’ajusten a models mendelians, sinó que la presència o absència de la informació ve determinada per un conjunt de gens determinat pels SNPs. Els fenotips senzills de sí o no però que en la seva determinació inclouen varis gens els anomenen caràcters complexes. Això seria una generalització del concepte de caràcter quantitatiu.
1 GQM - PARCIAL 1 La millora genètica animal (animal breeding) La millora genètica vegetal (plant breeding) MILLORA GENÈTICA ANIMAL La millora genètica animal consisteix en l’aplicació pràctica de l’anàlisi genètic de diferents espècies pel desenvolupament de línies d’animals domèstics adequades a diferents fins humans.
Els porcs. En la selecció fins a arribar al porc tradicional actual, veiem canvis en la forma (de puro), cosa que fa que tingui menys panxa, i se li ha escurçat el cap.
Els pollastres. En la següent imatge veiem l’evolució del contingut magre dels pollastres broilers. En la primera imatge tenim una línia control de pollastres sense seleccionar dels anys 50. En la fila inferior tenim els pollastres seleccionats. Ambdues línies es van alimentar de la mateixa forma l’any 2001 i van ser sacrificats al cap de 6 setmanes. Cada cop creixen més ràpid i produeixen més aliment. Entre el 80 i el 95% d’això es deu a la millora genètica. A més als EEUU mengen molt pit de pollastre, per la qual cosa crien pollastres amb una bona davantera.
Les vaques. Als anys 60 eren musculades, com en forma de rectangle. En l’actualitat tenen més aviat forma de trapezi. La raó és que actualment s’exigeix que produeixin uns 40 litres de llet, per la qual cosa necessiten molt os i la mínima carn, i sobretot un pulmó i un cor de la hòstia per tal de bombejar sang a la mamella per la producció de llet.
2 GQM PARCIAL 1 En el bou. S’ha fomentat el desenvolupament muscular.
En el cavall de Trakehner. Fa anys eren cavalls de treball agrícola. Ara han passat a ser cavalls de doma.
TAXES ANUALS DE CANVI GENÈTIC EN GUANY Per la majoria de caràcters, s’espera un resposta acumulativa d’entre el 0,5 i l’1% de canvi genètic anual. En la taula següent s’observen els percentatges de la mitja per cada caràcter i espècie.
CANVI EN EL BLAT DE MORO En el següent gràfic, observem l’evolució del rendiment comercial del blat de moro entre els anys 1930 i 1990. Inicialment, els blats de moros híbrids donaven un rendiment d’una tona per hectàrea. Després de 60 anys de selecció i creuament, obtenim un rendiment d’unes 7 tones per hectàrea. És a dir, que en 60 anys la producció s’ha multiplicat per 7. De l’augment total de la producció (BD), s’ha estimat que el 60% de la millora (BC) correspon a tasques de millora genètica, mentre que el 40% restant (CD) correspon a tasques de millora agronòmica.
3 GQM PARCIAL 1 En el maneig de les plantes, hem de tenir en compte la importància de la interacció entre genotip i ambient, doncs la tolerància a l’estrès de les plantes es veu afectada.
Tenim representada la producció en grans per planta en diferents nivells de densitat de plantes.
Si posem moltes plantes per hectàrea (79.000), els blats de moros híbrids dels anys 30 ens donaven un rendiment de 55 grans per planta. El rendiment augmenta a 150 amb els blats de moros híbrids dels anys 90 en la mateixa densitat de plantes. La raó és que les plantes estaven estressades perquè havien de competir més pels recursos. És a dir, en un ambient estressant, les plantes s’automilloraven per combatre l’estrès i produïen més.
Però si aquestes mateixes plantes les posem al seu aire, sense que hagin de competir pels recursos, el guany no augmentava. De fet, a mida que les espaiem, el rendiment és cada cop menor fins el punt que no hi havia cap millora. Aquest fenomen és el que anomenem interacció entre genotip i ambient.
TRETS IMPORTANTS EN LA MILLORA GENÈTICA - Resultats no immediats – tasques a mig i llarg termini.
- Efectes acumulatius – selecció.
- Es requereix la millora paral·lela de la gestió tècnica –amb la millora genètica, els animals canvien fisiològicament. Un porc que s’engreixa actualment no té res a veure amb el porc que s’engreixava fa 50 anys. Aquests porcs actuals creixen molt però tenen un aparell digestiu petit. S’han de buscar aliments que en poc volum donin un gran aportament nutritiu. El mateix passa amb la resta d’animals.
o Requereix constància en el registre de dades productives i genealògiques.
S’han d’agafar mostres de sang i fer una extracció de DNA, i llavors fer un estudi sobre els marcadors SNPs. Per tant requerim d’una organització complexa i d’un cost important.
AGENTS DE LA MILLORA Què fa la millora? Depèn de l’espècie, se’n requeriran uns trets o uns altres: - Vaquí de llet: empreses d'inseminació o cooperatives en col·laboració amb ramaders.
- Vaquí de carn, ovins de carn i ovins de llet: associacions de ramaders.
- Porcs: empreses, programes nacionals.
- Aus: quatre grans grups empresarials i associacions de criadors.
- Cavalls i gossos: associacions de criadors.
- Vegetals conreats: empreses de millora.
4 GQM PARCIAL 1 ETAPES PEL DISSENY D’UN PLA DE MILLORA ANIMAL Com es dissenya un programa de millora genètica? 1. Definir el sistema de producció i els caràcters biològics que influeixen. En primer lloc, s’ha de tenir en compte les característiques de l’animal, les condicions de l’engreix, els pinsos, l’ambient... En segon lloc, cal saber que com més precís més car és el sistema, però alhora com més precís més eficient, ja que les produccions són superiors, per tant al cap i a la fi acaba sent un sistema rentable.
2. Avaluar la importància econòmica relativa dels caràcters  objectius de selecció.
Cada empresa s’interessarà per un caràcter diferent de cada animal en funció de: a. Política econòmica i / o social b. Mercat c. Ramaderia, bestiar Per exemple, de les vaques se’n pot requerir una alta producció de llet, o una producció especialitzada amb certs components per poder-ne fer formatge...
3. Desenvolupar mètodes per mesurar i avaluar aquests caràcters d'importància econòmica  criteris de selecció. Com mesurem la importància econòmica dels caràcters de cada animalet? I com ho registrem? S’han d’anar fent controls d’una sèrie de variables que acabaran determinant els criteris que se seguiran en la selecció. En les vaques, se’n mira la producció un cop cada 5 setmanes. Dels 10 primers controls se n’extreu la lactació, que serà el criteri de selecció.
a. Aquests, evidentment, han d’estar relacionats amb els objectius de selecció.
b. Variabilitat genètica – han de ser heretables.
c. Fàcil mesura – gran nombre d'individus, ja que sinó seria molt car.
4. Obtenir estimacions d’heretabilitats i correlacions genètiques entre els caràcters.
5. Avaluar els efectes de la consanguinitat i l’heterosi.
6. Avaluar la importància de les interaccions genotip – ambient.
7. Comparar diversos mètodes de selecció i aparellament, de manera que es maximitzi el progrés genètic.
8. Determinar la forma d'herència de defectes i gens letals i semiletals, desenvolupant mètodes de control.
PROCÉS DE MILLORA DE PLANTES – 3 fases - Detecció de la variabilitat genètica.
- Selecció dels tipus d'elit.
- Síntesi d'un cultiu estable.
5 GQM PARCIAL 1 QUÈ APORTA LA GENÈTICA QUANTITATIVA? - Descripció estadística de la variabilitat.
- Separació de la variabilitat genètica i la variabilitat ambiental. Important en la interacció entre el genotip i l’ambient en plantes.
- Predicció de la resposta sota diferents tipus de selecció.
Objectius de selecció en bestiar – deducció dels pesos econòmics 1. Descripció del maneig del ramat típic de cada sistema de producció.
2. Modelització de la funció de benefici d'aquest ramat típic: diferència entre ingressos i despeses (I – G), expressada en funció dels caràcters biològics a millorar.
3. Derivació dels valors econòmics per diferenciació parcial de la funció de benefici respecte als diferents caràcters.
PASSOS ECONÒMICS (LIMOUSIN) Representació dels pesos econòmics relatius dels caràcters a millorar (expressats en unitats des desviació típica fenotípica).
OBJECTIUS DE SELECCIÓ – Cavalls "Que el cavall sigui bonic, noble i correcte" Aquesta frase reflecteix que en la millora de cavalls, a diferència d'altres espècies, els caràcters no són de fàcil mesura i sovint només poden definir-se d'una manera subjectiva.
En la següent taula veiem la freqüència de caràcters principals i secundaris mesurats en els objectius de millora de 19 organitzacions de millora de cavalls d'esport (Koenen i Aldridge, 2002).
6 GQM PARCIAL 1 En l'enquesta no s'esmenta explícitament la importància relativa de cada caràcter (pes), però les diferents organitzacions donen diferents pesos.
No s'han fet estudis econòmics a partir de funcions de beneficis per estimar la importància relativa de cada caràcter.
OBJECTIUS DE SELECCIÓ – Porcs Els objectius de selecció canvien d’acord amb les circumstàncies productives, econòmiques i socials.
Per exemple, en els porcs, el productor vol que els porquets costin pocs diners. L’escorxador prefereix que els porcs siguin uniformes perquè llavors el procés pot ser igual i això és més fàcil. El carnisser vol que tingui carn, no tendons i merdes d’aquestes. I el consumidor vol que la carn sigui de qualitat. A més, la gent vol que el procés sigui sostenible, que els porquets es criïn lluny de casa, i mil coses més.
CODI DE BONES PRÀCTIQUES PER ORGANITZACIONS DE MILLORA A LA UE 1. Seguir la legislació, la normativa i les pràctiques referides a zootècnia, benestar animal i salut animal.
2. Col·laborar amb les autoritats nacionals i europees per aconseguir la sostenibilitat econòmica, ambiental i social del sector de la millora: qualitat de producte, manteniment de la diversitat genètica, eficiència (redueix emissions N, P).
3. Utilització de mètodes de bioseguretat moderns per minimitzar la transmissió de malalties.
4. Assegurar la salut i el benestar dels animals al seu càrrec.
5. Tractar els animals amb respecte. Les coses es demanen per favor.
6. La selecció de caràcters productius ha d'estar equilibrada amb una atenció apropiada als caràcters reproductius i aquells relacionats amb la salut (resistència a malalties) i el benestar (comportaments no agressius).
7 GQM PARCIAL 1 INFORMACIÓ PER L’AVALUACIÓ GENÈTICA En el context de l’avaluació genòmica, s’afegeix la informació dels marcadors de tipus SNP.
Necessitem saber dues coses: què ha fet cada individu, i qui són els parents, i què han fet aquests darrers.
CONTROL DE RENDIMENTS - - Objectius o Gestió tècnica de les explotacions o Elaboració d'estadístiques pel ramader i l’administració o Llibre genealògic o Millora genètica Etapes o Recollida de la informació rellevant o Depuració de les dades o Processament i anàlisi de les dades LLIBRE GENEALÒGIC (LG) La informació genealògica dels animals està organitzada en llibres genealògics (LG, que seria l’equivalent al registre civil dels humans).
Un LG es defineix com qualsevol llibre, fitxer, registre o sistema informàtic gestionat per una associació de ramaders reconeguda oficialment o un servei oficial, en el qual s'inscriguin o registrin animals d'una raça determinada, fent esment dels seus ascendents.
8 GQM PARCIAL 1 CONTINGUTS MÍNIMS DEL REGLAMENT DE LG - Característiques de la raça: denominació, prototip racial i sistema de qualificació.
- Mètodes específics per a la identificació dels animals.
- Divisió del llibre genealògic.
- Requisits per a la inscripció dels animals en LG.
- Mesures per garantir la fiabilitat de la filiació o control de parentiu.
DIVISIÓ DEL LLIBRE GENEALÒGIC Dins un LG existeixen una sèrie de registres: si volem constituir una població com a població tancada per introduir-la en un programa de millora, crearíem primer el registre fundacional.
S’aparellarien i la descendència aniria al registre de naixements. Un cop crescuts i en edat reproductora, serien del registre definitiu. Els fills dels del registre definitiu estaran també en el registre definitiu.
A vegades alguns animals no s’integren en el registre fundacional però els pagesos els volen introduir en el programa de millora igualment. Aquests entrarien en el registre auxiliar. En funció de les espècies, els seus néts ja podrien passar al registre definitiu.
PROVES DE PATERNITAT MITJANÇANT MICROSATÈL·LITS En la següent imatge tenim una representació de microsatèl·lits. Cada pic correspon a un al·lel.
Aquest plantejament s’ha de repetir pel conjunt de microsatèl·lits analitzats. Amb 612 microsatèl·lits són suficients per excloure una paternitat amb una probabilitat superior al 99’9%. ISAG recomana una llista de 12. Els microsatèl·lits podran ser substituïts en breu per SNPs.
9 GQM PARCIAL 1 En aquest quadre, exclouríem el toro 2 com a possible pare del vedell 139/139, doncs el genotip del candidat a pare és incompatible amb el del fill. Butaneros. Butaneros everywhere.
BRANQUES DE LA GENÈTICA IMPLICADES EN LA MILLORA 1. Genètica de poblacions a. Base teòrica de la genètica quantitativa b. Seguiment de la consanguinitat c. Relacions entre races 2. Genètica quantitativa a. Semblant entre parents b. Model infinitesimal ⇔ QTLs. Aquest és el model que diu que els caràcters complexes o quantitatius venen determinats per un gran nombre de gens (teòricament infinits). Serà doncs la base de la genètica quantitativa. En deriven moltes qüestions d’avaluació genètica.
3. Genètica molecular – Genòmica a. Marcadors per la determinació de QTLs i gens majors.
b. Diagnòstic de malalties c. Identificació i control de parentesc d. Transgènesi 4. Bioinformàtica 5. Citogenètica i immunogenètica EXEMPLES DE TRANSGÈNESI Tenim dos ratolins germans. El petit és un ratolí normal, i el gran és un transgènic al qual se li han inserit còpies de l’hormona del creixement (porta un promotor que fa que el gen s’expressi més). Això es pot aplicar també als porcs – creixen molt, però no es poden reproduir, tenen problemes d’apetit, úlceres...
10 GQM PARCIAL 1 Es veu que hi ha una empresa que està intentant generar un salmó transgènic que creix molt perquè se li ha introduït el gen del creixement del salmó Chinook. Però no ha estat aprovat per la FDA i els han multat.
També es veu que Enviropig van voler crear una línia de porcs que secretaven l’hormona fitasa per la saliva, cosa que fa que tingui major capacitat per digerir el fòsfor dels vegetals i per tant per trencar la coberta del blat i altres vegetals. D’aquesta manera s’alimenten millor i donen menys residus. Però no se’ls va reconèixer pels òrgans competents a Europa i EEUU i l’any 2012 van tancar.
Per tant, els transgènics com a via de millora per l’alimentació animal no estan funcionant molt bé.
ALTRES DISCIPLINES IMPLICADES EN LA MILLORA GENÈTICA 1. Producció animal/vegetal 2. Economia 3. Computació i càlcul numèric 4. Tecnologies reproductives en animals a. Inseminació artificial b. MOET c. Clonació d. Sexat d’embrions 11 GQM PARCIAL 1 ESQUEMA DE LA GENÈTICA QUANTITATIVA La genètica quantitativa estudia, explica i mesura la semblança entre parents – es tracta d’un fet biològic d’observació (els germans s’assemblen).
Això ho podem portar al context dels animals, al context de les seves mides i produccions. Si dues vaques germanes són semblants, donaran unes quantitats semblants de llet. No parlem de físic, sinó d’aspectes quantitatius.
El grau de semblança és més o menys evident en funció del caràcter analitzat.
Per mesurar aquest grau de semblança, es desenvolupa una teoria (enfocament teòric) per poder aplicar aquest grau en la millora que ens portarà al canvi genètic.
L’enfocament teòric es basa en dividir el fenotip en un component genètic i un component ambiental. L’observació del fenotip la farem en termes de variabilitat, en termes poblacionals.
A partir de l’estudi d’aquests components mirarem el grau de semblança entre parents, estimarem aspectes genètics (heretabilitats i correlacions), avaluarem i farem una selecció, i establirem els aparellaments que ens portaran al canvi genètic.
𝑃 =𝐺+𝐸 𝑉𝑃 = 𝑉𝐺 + 𝑉𝐸 SEMBLANÇA ENTRE PARENTS – Enfocament teòric 16/09/15 Expressem la variabilitat en termes de variància – la variància del fenotip equival a la variància del genotip més la variància ambiental. Alhora, la variància del genotip es divideix en variància additiva (A), variància de dominància (D) i variància d’interacció (I).
Si dues variables són independents, la suma de les seves variàncies serà igual a la variància total.
El nombre de gens que determinen els caràcters mètrics, quantitatius, o complexes, els considerarem infinits. Això porta que aquest grup de coneixements prenguin el nom de model infinitesimal.
Aquest model està implicat en l’anàlisi de l’efecte dels gens i ens dóna la base per la detecció de QTLs, concretament a través de GWAS (Genome Wide Association Studies).
𝑃 = 𝐺 + 𝐸 = 𝐴 + 𝐷 + 𝐼 + 𝐸𝑔 + 𝐸𝑠 𝑉𝑃 = 𝑉𝐺 + 𝑉𝐸 = 𝑉𝐺 + 𝑉𝐷 + 𝑉𝐼 + 𝑉𝐸𝑔 + 𝑉𝐸𝑠 SEMBLANÇA ENTRE PARENTS – Enfocament pràctic El fenomen de la semblança entre parents l’hem de mesurar i aquesta mesura és el que anomenem grau de semblança entre parents. Per mesurar-ho, dependrem en certa mesura de: - Tipus de parents – hi ha molts tipus de vincles familiars.
- Regressió i correlació intraclasses – són les dues tècniques estadístiques que farem servir. Estendrem la correlació a dissenys o disposicions d’ANOVAs.
12 GQM PARCIAL 1 La mesura del grau de semblança es relaciona amb els paràmetres genètics. Aquests són l’heretabilitat (en quin grau s’hereta un caràcter), i veurem com es poden estimar aquests paràmetres.
Un cop tenim els individus reproductors, els haurem d’avaluar. Veurem tècniques i índexs com ara BLUP, MAS, GS. Un cop avaluats, ens quedarem amb els millors, i llavors la teoria de selecció ens donarà una predicció de quin serà el canvi esperat (anomenada resposta a la selecció).
Si el caràcter és heretable, esperarem que els fills s’assemblin als pares. I si hem tret els millors pares, llavors els fills hauran de ser en general millor que els fills de la generació anterior. Això és el que anomenarem resposta a la selecció.
Finalment tenim la programació d’aparellaments.
Tot això portarà a un canvi genètic.
13 ...