Download - Genética Cuantitativa 18-10
1
Genética Cuantitativa, Poligenes y QTLs
Dr. Cristian Araneda [email protected]
Departamento de Producción AnimalFacultad de Ciencias AgronómicasUniversidad de Chile
CARACTER CUANTITATIVO (Descripción General)
2
CARACTER CUANTITATIVO (Descripción General)
1. UN INDIVIDUO ES CARACTERIZADO POR UNA MEDICIÓNCUANTITATIVA PARA UN CARÁCTER DADO
2. LOS VALORES INDIVIDUALES ASIGNADOS CONFORMAN UNA SERIECONTÍNUA (No hay clases fenotípicas)
3. LA EXPRESIÓN DEL CARÁCTER MEDIDO ESTÁ INFLUENCIADO PORMUCHOS LOCI, CADA UNO SE COMPORTA EN FORMA MENDELIANA,CON UN PEQUEÑO EFECTO EN EL FENOTIPO
4. LA EXPRESIÓN DE CADA LOCI (Y GENOTIPO) ESTÁ INFLUENCIADOPOR EL AMBIENTE, AFECTANDO EL VALOR FENOTÍPICO EN MAYORO MENOR GRADO
5. EL ESTUDIO DE LA HERENCIA CUENTITATIVA REQUIERE DECOMPARACIONES ENTRE GRUPOS DE INDIVIDUOS. UNCRUZAMIENTO EN PARTICULAR NO PROPORCIONA INFORMACIÓNÚTIL
B1
B5
Modelo Genético Infinitesimal para Caracteres Cuantitativos
B8
B11
B12
B14
B16B6
B17
B18
b2
b3
b4
b7
b9
b10
b13
b15b19
b20
3
a a A A aa bb AA BB aa bb cc AABBCC aa. . . . ff AA. . . . FF
1 Locus 2 Loci 3 Loci 6 Loci
P
Aa
F1
F2
Aa Bb Aa Bb Cc Aa. . . . .. .Ff
1/2
1/4 1/4
6/16
4/16 4/16
1/16 1/16
20 / 64
15/64 15/64
6/64 6/64 1/64 1/64
Carácter No Heredable Carácter Heredable
4
40,5 mg 93,7 mg
62,3 mg
67,0 mg
σ2F1 = 8,76
σ2F2 = 40,96
σ2F1 VE
σ2F2 VT = VG + VE
VG = 40,96 - 8,76 = 32,2
H = = 0,7932,2
40,96
HEREDABILIDADVG
VTH =
Experimento de W. Johanssen con semillas deporotos princesa (1909)
VG = VT - VE
VT = VG + VE
VG = Variación GenéticaVE = Variación Ambiental
PROPORCIÓN DE LA VARIACIÓNOBSERVABLE ATRIBUÍBLE ADIFERENCIAS GENÉTICAS
• SON TODOS LOS ATRIBUTOS BIOLÓGICOS HEREDABLES ?• ES EL CI UN ATRIBUTO HEREDABLE ?
CI
5
Estudios en gemelos idénticos muestran que ciertas patologías como la Psoriasistienen un fuerte Componente Genético y muy poco Componente Ambiental(estilo de vida). Otras patologías como la Esclerosis Múltiple tienen pocaInfluencia Genética y mucha Ambiental.
Componentes Genético y Ambiental de algunas Patologías Humanas
MEDIDAS DEL VALOR DE UN INDIVIDUO
1. VALOR FENOTÍPICO (P) VP
- Se refiere al fenotipo medido en un individuo en un momentodado.
P = G + E
2. VALOR GENOTÍPICO (G) VG
- Se refiere a la habilidad genética total de un individuo enrelación a su población.
G = A + D + I
3. VALOR DE CRÍA (Valor Genético Aditivo) (A) VA
- Se refiere al valor de un individuo como reproductor enrelación a su población
Si se dispone del fenotipo del individuo:
A = 2 (µprogenie - µPoblación)
P = A + D + I + E
6
Sentido Amplio (H):
• Con VP = VG + VE Corresponde al porcentaje o proporción de la variación
fenotípica de un rasgo que es producto de DIFERENCIASGENÉTICAS 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 DIFERENCIASGENÉTICAS ADITIVAS entre los progenitores (VarianzaGenética Aditiva).
h2 = VA / VP
HEREDABILIDAD
ESTUDIOS GEMELOS (MONO Y DICIGOTICOS)
Vm = Varianza Monocigóticos = VEVf = Varianza Diocigóticos o Fraternos = ½ VG + VE
Vf – Vm = ½ VG H = VG / (VG + VE)
ESTIMACION DE HEREDABILIDAD EN HUMANOS
7
HEREDABILIDAD (h2)Proporción o porcentaje de la VARIACION FENOTIPICA de unrasgo que es producto de DIFERENCIAS GENÉTICASTRANSMISIBLES.
h2 = Varianza Genética Aditiva / Varianza Fenotípica
Bovinos:Peso Corporal Adulto 0.40Producción de leche 0.30Fertilidad 0.05Cerdos:Espesor grasa dorsal 0.70Ganancia de peso 0.40Tamaño de camada 0.05
VALORES PROMEDIOS DE HEREDABILIDADES
Gallinas:Peso de huevos 0.50Producción de huevos 0.10Sobrevida primera semana 0.01Ovejas:Peso de vellón de lana 0.50Finura de la lana 0.55Tamaño de camada 0.15
HEREDABILIDAD DE ALGUNAS PATOLOGÍAS EN EL HOMBRE
8
TIPO DE HERENCIA DE LAS PATOLOGÍAS EN EL HOMBRE
a) Arcob) Presillac) Verticilo
trirradio trirradio
trirradio
DERMATOGLIFOS (RTC = Recuento Total de Crestas)
0,48 ≤ h2 ≤ 0,49
µ♀ = 127µ♂ = 144
9
Diferencial de Selección:
DS = X selecionados - X población
Superioridad de los individuos seleccionados
R = DS x h2
RESPUESTA A LA SELECCIÓN (R)
Seleccionadoscomo reproductores
Promedio Población
Progenie
R
DS Ejemplo: Peso Corporal Adulto Bovinos
h2 = 0,40 Promedio Población = 500 Kg Promedio Seleccionados = 550 KgR = (550-500) Kg x 0,40 = 20 Kg
Los hijos de estos seleccionadospesarán en promedio 520 Kg
h2 = R / DS
APRENDIZAJES DE EXPERIMENTOS DE SELECCIÓN DE LARGOPLAZO
Drosophilamelanogaster,
Longitud tórax
Ratones, peso a las 6 semanas
Efecto de la Selección Natural
¿Agotamiento de la Varianza Genética?
10
SELECCIÓNDIVERGENTE
Susceptibilidad a cariesdentales en ratas.
(Respuesta Asimetrica)
RESPUESTA A LA SELECCIÓN A LARGO PLAZO Límite a la selección, leche
11
RESPUESTA A LA SELECCIÓN A LARGO PLAZO
Límite a la selección, maíz
Evolución de la Producción Mundial de Cereales
La producción Global en el periodo 1950 - 1991muestra un incremento lineal con una pendientede +1,5% año-1.
La producción Per Capita una disminución conuna pendiente de - 1,4 % año-1 en el 1985-1991.
Aumento Estimado de la PoblaciónMundial
12
Modelo Genético para Caracteres Cuantitativos con Genes deEfecto Mayor Y QTLs
QTL1
QTL2
B11 es Un Gen de Efecto Mayor
B11
GENES DE EFECTO MAYOR:
Tienen un fuerte efecto sobre la variabilidad fenotípica de unrasgo cuantitativo, los individuos que portan ALELOS DE EFECTOMAYOR muestran diferencias respecto al valor promedio deentre 2 a 3 σ.
Estos genes en general se encuentran en baja frecuencia debido aefectos pleiotrópicos adversos, menor viabilidad o fertilidad enhomocigotos.
13
GENES DE EFECTO MAYOR:
Ratones Obese (Ob Leptina)High Growth (hg)
Obese codifica para una proteína (146 áá)secretada por los adipositos que controla lahomeostasis del peso corporal, regula elapetito.
High Growth produce un 30-50% aumentoen ganancia de peso en los homocigotos, sinproducir obesidad. Aumenta la masamuscular por hiperplasia con hipertrofiamoderada.
Obese
Obese
High Growth
GENES DE EFECTO MAYOR:
Bovinos Hypertrophy muscular (mh) MyostatinDouble muscle
Produce un aumento anormal del tejido muscular causado por elagrandamiento de las células (hipertrofia). En los bovinos aumenta la masamuscular en un 20% en cortes de mayor precio.
Belgian Blue Piedemontese nockout miostatinaratón
14
GENES DE EFECTO MAYOR:
Ovinos Fecundity gene (FecB),Ovejas Booroola Merino
Incrementa el tamaño de la camada en 3 o más crias. El efecto deesta mutación es aditiva para la tasa de ovulación (numero deovocitos liberados en cada ciclo ovulatorio) y parcialmentedominante para el tamaño de la camada. En promedio, cada copiadel gen mutante incrementa el tamaño de la camada en un corderoextra.
Booroola Merino
ASOCIACION DE MARCADORES Y RESISTANCIA:
Enfermedad de Marek en Gallinas
Neoplasia causada por la infección de un virus DNA, tipoherpes. La Resistencia/Susceptibilidad a Marek estaasociada con alelos específicos del grupo sanguíneo B.
Línea Susceptibilidad Alelo B21 Alelo B19
Resistente 7% 100% 0%
Susceptible 94% 0% 97%
15
LOCUS GENÉTICO CUANTITATIVO (QTL):Son Regiones Cromosómicas, a veces muy amplias, dondehay loci que están afectando en mayor porcentaje un rasgocuantitativo (10 a un 20%).
Normalmente no se conocen directamente los genes, sinoque sólo la posición en los cromosomas de posibles loci.
La Identificación de QTLs requiere tener un Mapa Genéticosaturado con marcadores moleculares que permitan asociarel efecto del QTL con alelos en loci específicos.
Inicialmente se utilizaron marcadores RFLP, actualmente seusan Microsatélites y mas recientemente SNPs(Polimorfismos de Nucleótidos Simples).
COBERTURA DEL GENOMADensidad en que los marcadores moleculares están distribuidos en unmapa genético de recombinación. Es decir, la distancia promedio encenti Morgan (cM) que separa dos marcadores.
ALOZIMAS RFLP Microsatelites SNP
400Marcadores
10 cM
2000Marcadores
0,5 cM
5000Marcadores
0,2 cM
Saturación del mapa genético humano, Adaptado de S. Primrose & R. Twyman.2004. Genomics, Aplications in Human Biology.
16
MARCADORES MICROSATÉLITES o SSR
• Son secuencias repetidas en támden en la que elmotivo repetido fluctúa entre 1 y 4 nucleótidos.
• Para el PCR se utilizan partidores específicos queson complementarios a las secuencias queflanquean el microsatélite, normalmente sonespecie específicos.
• El polimorfismo detectado se debe a diferenciasen el número de repeticiones.
• Los marcadores son de tipo CODOMINANTE y latécnica es de LOCUS UNICO.
17
Microsatélites (SSR o STR)
Genotipos microsatélites obtenidos por medio de un Análisis defragmentos en secuenciador automático
Métodos de Visualización de Microsatélites
Genotipos microsatélites visualizadosen un gel de poliacrilamida y teñidoscon plata
Genotipos microsatélites visualizados en un gel de agarosa y teñidos conBromuro de Etidio.
18
SNP = Polimorfísmos de Nucleótidos Únicos
Los SNP corresponden a sitios en una secuencia de DNA en el cualexisten dos bases nucleotídicas alternativas (alelos) en unafrecuencia mayor al 1%.
Individuo 1: ATGCCTCAGTCATGATAGGCCIndividuo 2: ATGCCTCAGTCGTGATAGGCCIndividuo 3: ATGCCTCAGTCGTGATAGGCCIndividuo 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
19
Mapeo de QTL’s
XF1 F1
F2
Loci Microsatélites Asociados con Fecha Desove
Sakamoto et al. 1999. Aquaculture 173:33-43
20
Marker-Assisted Selection (MAS)Selección Asistida por Marcadores
Desarrollo de Marcadores GenéticosMoleculares
Marcadores
QTL color músculo
QTL color piel
QTL fecha de desove
Desarrollo de Mapas Genéticos
Incorporación de Marcadores (Genotipos Individuos)en los programas de mejoramiento Genético
Mapeo de QTLs por medio de Marcadores
Adaptado de A. Norris, 2001.
Efecto de la Selección Asistida por Marcadores(un QTL) sobre la Respuesta a la Selección
5,5
21
Efecto Combinado de la Selección Asistida por MarcadoresUtilizando Varios QTLs sobre la Respuesta a la Selección