Uso de marcadores moleculares en mejora genética porcina

En la mejora genética porcina, y en todos los animales de abasto en general, ha conllevado un salto muy significativo en los últimos 60 años, tanto en el nivel productivo como en la calidad del producto o incluso en la resistencia a enfermedades o la robustez. Podemos estimar que entre los años 1960 y 2000 se produjo un incremento de hasta el 100% en parámetros productivos como los lechones destetados por cerda y año. Y todo ello prácticamente basado solo en la genética cuantitativa hasta principios de los 2000.

Sin embargo, el desarrollo de ciertas tecnologías en el ámbito de la biología molecular desde principios de los 90 ofrece nuevas herramientas que, unidas a la cuantitativa, han ayudado a promover una mejoría aún más acusada de las producciones. De hecho, para el año 2010 se estimaba un incremento de las producciones del orden del 50% con respecto a 1960 y la realidad es que se ha duplicado esa expectativa (Van der Steen et al., 2005). Una parte de esa mejoría se ha debido al uso de tecnología molecular al servicio de la mejora genética. En este artículo repasaremos las distintas herramientas enfocadas exclusivamente a la mejora y selección genética.

Los primeros marcadores: microsatélites

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A principios de los 90 se describen áreas del ADN en el ser humano que están constituidas por repeticiones de 2 a 6 nucleótidos sin sentido y que no transcribían a polipéptido. Estas zonas son separadores entre genes y por eso no tienen sentido, para que no den lugar accidentalmente a la trascripción de un ARNm que a su vez provoque la aparición de una proteína anómala. Lo interesante de estos marcadores es que el número de veces que se repite el motivo es muy variable dentro de una población, mientras que las secuencias "aunque antes son conservadas y, por tanto, iguales en todos los individuos. Esto nos permite diseñar primers que mediante una PCR nos permitan “contar” el número de veces que se repite el motivo del microsatélite. Cabe decir que estos marcadores empiezan a estar obsoletos y que el abaratamiento de las técnicas para determinar el polimorfismo de otros tipos de marcadores moleculares hará que a medio plazo se dejen de usar.


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¿Y para que los usamos en mejora? En primer lugar son muy adecuados para establecer genealogías, ya que se heredan dos alelos y por tanto utilizando un panel de 25-30 marcadores podemos  establecer maternidades y paternidades. ¿Por qué tenemos que usar tantos? Porque hemos establecido nuestras líneas genéticas haciendo cruzamientos con una cierta consanguinidad. Esto hace que necesitemos un alto número de marcadores (por comparación, en cualquier especie de primates con un panel de 6-10 microsatélites se obtiene la misma fiabilidad que con los 21 del perro o los 25 del cerdo). Además de este uso simple, hace ya casi dos décadas que se empezaron a utilizar estos marcadores para determinar QTLs (Quantitaive Trait loci; Locis para caracteres cuantitativos). Se definen como “áreas del ADN significativamente relacionadas con un carácter de variación cuantitativa”. En este caso, usamos los microsatélites como “indicadores”: tenemos que encontrar un marcador que esté tan cerca de una zona del ADN que influye en un carácter  cuantitativo que se hereden juntos. Y determinar los alelos de dicho marcador que estén en los animales que mejor produzcan. Esto nos permitirá tratar de predecir si un animal va a producir bien con respecto a un carácter. Idealmente, después de encontrar un QTL deberíamos tratar de encontrar el gen o los genes que están en esa zona y que influyen en el carácter en cuestión. Lo malo es que dentro de un “área” de ADN puede haber centenares de genes y miles de marcadores. Por tanto, a veces no podemos llegar a determinar el/los gen/ es que están influyendo en dicho carácter.

Actualmente se han descrito más de 15.000 QTLs para 600 caracteres diferentes (http://www.animalgenome.org/cgi-bin/QTLdb/SS/summary, accedido el 14 de junio de 2016). La mayor parte de ellos se han determinado mediante microsatélites, puesto que es la técnica que más años lleva utilizándose. Para llegar a determinar zonas QTL se suelen utilizar centenares de marcadores microsatélite (100-300). La idea es tipificar el polimorfismo de estos marcadores de un grupo de animales cuyo rendimiento fenotípico para los caracteres que queramos estudiar sea determinado. De este modo, podremos asociar la presencia de un alelo concreto en uno o varios marcadores con el nivel de rendimiento de los animales y determinar qué alelos están presentes en los animales que mejor producen. A partir de ahí, en teoría, cualquier animal que tenga ese alelo favorable en ese marcador será potencialmente un animal que tenga buen rendimiento en ese carácter.

Una de las técnicas que se han diseñado alrededor de los microsatélites es la “Introgresión”. Consiste en buscar esos alelos favorables que no estén en nuestra población e introducirlos mediante animales que sí los tengan.

El inconveniente de los QTLs es que para un mismo carácter pueden existir centenares de ellos. El mejor ejemplo es el carácter “pérdida por goteo”, que cuenta con más de 1000 zonas del ADN que influyen sobre él, distribuidas por todos los cromosomas excepto en tres de ellos. Esto dificulta notablemente la implementación del uso de esta información y lo único que nos está indicando es que la mayoría de los caracteres de producción son poligénicos: están regidos por numerosos genes con un efecto pequeño pero aditivo sobre el carácter.

La tecnología avanza, aparecen los SNPs

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En los años 2000 se descubre otro tipo de marcador: el SNP o mutación puntual (Single Nucleotide Polymorphism). Es el cambio en un solo nucleótido que acontece en al menos el 1% de la población. Estas mutaciones pueden ocurrir en una zona que no codifique ninguna proteína y no tenga consecuencias, en un gen o una secuencia represora o promotora y provoque cambios funcionales con consecuencias lesivas, en un gen y que provoque una alteración latente (que necesite de un cofactor para producir alteraciones) o simplemente que provoque cambios fenotípicos no lesivos. Actualmente, se suele determinar el polimorfismo de miles de SNPs simultáneamente gracias a los denominados Biochips o arrays. El más utilizado en porcino tipa simultáneamente el polimorfismo de más de 62.000 SNPs distribuidos por todos los cromosomas del cerdo.

Este tipo de marcadores tiene dos funciones clásicas en mejora genética. Por un lado nos ofrece la oportunidad de establecer genealogías de una manera más certera y exacta que los paneles de microsatélites. Y por otro nos permite establecer zonas QTL con más exactitud. El desarrollo de esta tecnología, de hecho, ha traído aparejado el descubrimiento de numerosos QTLs en distintas regiones de los diversos cromosomas. El principio es el mismo que el utilizado con los microsatélites: se tipan animales con fenotipos conocidos para ciertos caracteres, se comprueba que nucleótido hay en cada una de esas 62 K posiciones del genoma y se trata de relacionar estadísticamente cierto nivel productivo con el tener un nucleótido u otro. En este caso, el problema sigue siendo que a pesar del altísimo número de marcadores que se usan, sigue siendo necesario tipar muchos animales. Esta es una técnica que, aun habiéndose abaratado de forma muy significativa en los últimos años, sigue siendo cara.

Pero además, en los últimos años se han utilizado para algo más concreto. Uno de los paradigmas que se ha usado desde siempre en genética cuantitativa es que todos los descendientes de una misma pareja de progenitores, a efectos de cálculo de capacidad mejorante, son “iguales” entre sí, y además son la mitad exacta de cada uno de sus progenitores. Sin embargo, sabemos que en la segregación de las cromátidas que contiene los gametos se producen numerosos fenómenos que hacen que los cromosomas que reciben los descendientes no sean exactamente la “mitad” de los que tenían los progenitores. Ya se están usando los perfiles de SNPs para establecer la identidad entre progenitores y descendientes; es decir, para estimar cuánto se parece un descendiente a su progenitor. Esto mejora notablemente la precisión de las estimaciones de capacidad mejorante, ya que permite ponderar la similitud que tiene un individuo con sus parientes.

La selección asistida por genes mayores

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Otro de los usos de la biología molecular en mejora es la selección asistida por genes (GAS). Este término hace referencia a la determinación del polimorfismo -normalmente uno o varios SNPs- presente en un gen concreto que rige para un carácter. Esta circunstancia no es muy frecuente, ya que la mayoría de los caracteres están regidos por muchos genes, es decir, son poligénicos. Normalmente suelen determinarse los polimorfismo para el/los SNPs presentes en el gen mediante técnicas más concretas que los biochips que mencionamos en el apartado anterior. Repasemos algunos de ellos:

  • Gen Receptor Ryanodine: probablemente el más conocido; el famoso gen del halotano. Es una mutación puntual (SNP) en el gen para el receptor Ryanodine; un receptor de membrana sarcoplásmica en el músculo y que es responsable de regular el intercambio de calcio durante la contracción muscular. Su presencia está asociada a fenotipos hipermusculados pero también al síndrome de estrés porcino y a las carnes PSE. Su polimorfismo se determina mediante distintas técnicas moleculares, aunque en la actualidad la más usada es la discriminación alélica.
  • IGF2 (Insulin Growing Factor 2): infiuye sobre el porcentaje de magro y el espesor del tocino dorsal. Este gen está claramente implicado en el desarrollo muscular y sus distintas variantes alélicas son las responsables de que dentro del género Suis haya variaciones en el desarrollo de masa muscular tan divergentes como los que se observan en un jabalí o en un cerdo Pietrain.
  • MC4R (Melanocortin 4 Receptor): influye significativamente sobre el crecimiento y la deposición grasa. Este gen interviene en la regulación del comportamiento alimentario y la deposición de grasa. Una mutación en la secuencia de este gen determina que los cerdos coman más, crezcan más rápido y depongan grasa más fácilmente, por lo que es primordial en la mejora de rendimientos productivos.
  • Gen HIMF: detectado en Holanda, se trata de un gen mayor implicado en el porcentaje de grasa intramuscular. El alelo que aumenta este hecho ha sido bautizado como HIMF (High Intramuscular Fat) y es homocigoto recesivo. Los animales con dos copias del gen tienen una grasa intramuscular media en el lomo del 3,9%, mientras que los homozigotos negativos tienen un promedio de 1,8%. Tiene una heredabilidad del 50%, comparable con características de la canal o de conformación anatómica.
  • Gen A-FABP (Adypocite Fatty Acids Binding Protein) y H-FABP (Heart Fatty Acids Binding Protein): influyen en el contenido en grasa intramuscular. El gen H-FABP con tres mutaciones SNPs posibles (denominados H, a, y d), está situado en el cromosoma 6, y se producen hasta 27 combinaciones posibles de estos alelos. Está asociado con la variación de grasa intramuscular en Duroc.
  • Gen RN- (Rendement NAPOLE): descrito por Naveau, Pomeret y Le Roy, de ahí su nombre. Responsable de carnes ácidas, por una alteración del gen PRKAG3 (Protein Kinase AMP-activated noncatalytic Gamma3). En jamón cocido, el rendimiento de portadores RN- es 5-6% menor, y estos jamones son muy susceptibles a las pérdidas por goteo. Tiene una herencia dominante y se encuentra con más frecuencia en poblaciones con sangre Hampshire.

Hay que recordar que el uso de la información aportada por algunos de estos genes están sometidos al pago de royalties a sus descubridores

¿Selección genética basada exclusivamente en marcadores moleculares?

Esta pregunta se planteó inicialmente a principios de este siglo, coincidiendo con la emergencia casi explosiva de todas las técnicas moleculares al servicio de la mejora (y la sanidad). De hecho, pareció que se iba a producir un fenómeno Gattaca: ¿Recuerdan la película de 1997 en la que se podía genotipar a cualquier persona inmediatamente y en base a sus mutaciones decidir si era una persona superior o inferior y por tanto si tenía altas o bajas capacidades? En esta película una persona genéticamente “inferior” consigue llegar a lo más alto, pese a que su genoma predecía lo contrario (les recomendamos que vean esta película de genética-ficción). Esto en realidad es una ficción basada en una realidad: solo la dotación genética como tal no explica, en absoluto, el rendimiento fenotípico de un individuo. Por tanto, en mejora genética seguimos usando los modelos cuantitativos (sobre todo BLUP) y hemos introducido como un elemento más a tener en cuenta en esos modelos los resultados de la biología molecular. Pero utilizar los marcadores de genoma como único método de selección de animales mejorantes ni es ni, probablemente, será una realidad en un futuro próximo. Hay más cosas más allá de los genes.

Referencias:

Van der Steen HAM, Prall GFW, PLastow GS. Application of genomics to the pork industry. 2005. Journal of Animal Science. 83:E1-E8.
Van Laere AS, Nguyen M, Braunschweig M, Nezer C, Collette C, Moreau L, Archibald AL, Haley AS, Buys N, Tally M, Andersson G., Georges M, Andersson L. A regulatory mutation in IGF2 causes a major QTL e+ect on muscle growth in the pig. 2003. Nature. 425: 832-836.

Fuente: Ramis G, Pallarés FJ, Sáez-Acosta A, Muñoz Luna A.  - Facultad de Veterinaria. Universidad de Murcia.; Anaporc & Razas Porcinas.


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