Genética Veterinaria

 Propiedades tecnológicas de los marcadores

La detección de los marcadores en el laboratorio puede realizarse sobre cualquier tejido del animal, y a cualquier edad, obteniéndose un genotipo que no se verá influido por el paso del tiempo ni por el ambiente. El nivel de información, facilidad y coste de detección de los marcadores varían dependiendo del tipo de marcador utilizado. Un marcador es más informativo cuanto más alelos tenga y cuanto más próximos a la equifrecuencia se encuentren esos alelos, y también es más informativo un marcador codominante (aquél en el que todos sus alelos pueden deducirse por la observación del fenotipo) que un marcador dominante en el que el alelo recesivo es  observable solamente en estado homocigoto.

 Aplicaciones de los marcadores

  Los marcadores moleculares son las herramientas básicas de muchas aplicaciones en genética animal. Comentaremos a continuación las más relevantes:

  Mapas genómicos

 Un mapa genómico es un mapa en el que todos los cromosomas están balizados con marcadores y con genes. Esto implica la elaboración previa de un mapa genético relacionando los diferentes loci entre sí independientemente de su localización cromosómica, que a su vez se ha establecido mediante técnicas que culminan en un mapa físico. Las mismas técnicas de localización genética y física se utilizan para la identificación de secuencias correspondientes a caracteres de interés,  denominados QTLs (Quantitative Trait Loci) o genes que afectan a caracteres de importancia económica. Por ello, hablaremos, aunque brevemente, del método más importante para el establecimiento de mapas genéticos, así como algunas de las técnicas usadas en los mapas físicos.

El primer paso para realizar un mapa genómico es la descripción de un número suficiente de marcadores moleculares; éstos se relacionan unos con otros basándose en la detección de ligamiento. Esta propiedad física permite deducir la posición de unas secuencias determinadas de ADN midiendo el número de veces en que se separan dos loci por recombinación meiótica. De esta manera, los distintos marcadores se pueden posicionar a lo largo de los cromosomas en grupos de ligamiento o sinténicos consiguiendo una densidad que permite en muchos casos localizar genes de interés en patología o producción por su ligamiento con determinados marcadores.

  El análisis de ligamiento es el método clásico que permite conocer la fracción de recombinación  mediante el estudio de la cosegregación de los marcadores con los de caracteres de interés, utilizando individuos que pertenecen a estructuras familiares (medios hermanos) o determinados tipos de cruzamientos (F2 o Retrocruzamiento).

  Este método está condicionado por la necesidad de disponer de individuos recombinantes y limitado, por lo tanto, por la densidad de los marcadores y el tamaño de familia. Permite resoluciones entre 1 y 30 cM, aunque en animales domésticos sea más preciso hablar de 20-30 cM.

  Mapas físicos

 Pero para muchas de las aplicaciones en geonómica se requiere un mayor grado de resolución que es posible lograr mediante la cartografía física de fragmentos de ADN.

Un mapa físico parte de la fragmentación de un genoma mediante una digestión parcial, generando fragmentos más abordables técnicamente con el objetivo de lograr un conjunto de clones solapados que cubran un cromosoma entero o el genoma completo de una especie.

  La ubicación en estos fragmentos de regiones conocidas de ADN (marcadores) permite solaparlos de manera que se puedan ir construyendo lo que se denominan contigs que se agrupan a su vez en unidades mayores hasta cubrir en cromosoma completamente.

 En la actualidad existen numerosas genotecas de YACs y BACs en las que los fragmentos correspondientes a un genoma están clonados (repetidos, multiplicados) respectivamente en cromosomas artificiales de levadura o de bacterias.

  Aplicaciones de los mapas genómicos

  Una de las aplicaciones más importantes de los mapas genómicos es la posibilidad que nos ofrecen para iniciar trabajos de localización de genes responsables de caracteres de interés. Las estrategias de ‘la caza’ de estos genes dependerán del tipo de carácter que nos interese, esto es, si se trata de un carácter mendeliano o complejo, y del nivel de conocimientos que tengamos sobre la biología del carácter o del modelo de herencia.

  Lo que llamamos caracteres mendelianos son caracteres de herencia simple generalmente determinados por un único gen.  Cuando la base biológica del carácter es conocida, por ejemplo cuando conocemos el producto (la proteína) que influye directamente sobre el carácter, podemos llegar hasta el gen responsable siguiendo la clásica secuencia: carácter-función-gen-mapa, esta es la denominada estrategia del clonado funcional.

  Otro método es el del gen candidato en el que se propone un gen determinado, basándose en el conocimiento que se tiene sobre su función, como el causante directo o indirecto de las modificaciones fenotípicas observadas. Además, la estrategia del clonado posicional puede resultar muy eficiente si previamente existe una región de ADN flanqueada por marcadores en la que supuestamente debería de situarse el gen. De esta manera se han identificado genes tan importantes como el gen hal, responsable del síndrome de estrés porcino o el gen mstn, asociado con la hipertrofia muscular bovina.

La mayoría de los caracteres productivos podrían, sin embargo, incluirse dentro de la categoría de caracteres complejos al estar determinados por varios genes con un efecto más o menos reducido. La posición de estos genes puede estimarse a partir del grado de ligamiento entre marcadores moleculares que se sitúan en sus flancos y los caracteres de interés, lo que permite su localización, estimación del efecto que produce sobre el carácter, y la posterior identificación de la secuencia responsable.

  Una estrategia general de localización de genes o QTLs se puede concebir en tres etapas:

1.   En la primera etapa se hace una barrido genómico, por ejemplo mediante le genotipado de 300-400 marcadores distribuidos uniformemente por todo el genoma, utilizando técnicas clásicas de análisis de ligamiento tal y como comentamos anteriormente lo que permitiría la localización de la región o regiones de interés con una resolución de 20-30 cM.
2.   En una segunda etapa se saturaría la región o regiones de interés con un elevado número de marcadores y se procedería a un análisis de desequilibrio de ligamiento (análisis de asociación). En este procedimiento el grado de ligamiento, es decir, la proximidad, se estima analizando la reducción que se produce con el paso del tiempo del nivel de desequilibrio de ligamiento. El análisis de asociación, a diferencia del análisis de ligamiento, permite incorporar individuos que no pertenecen a estructura familiar alguna e incrementar así la resolución hasta valores de 0,1-1 cM.
3.   En la tercera etapa se procedería al clonado posicional antes mencionado obteniéndose la secuencia exacta del gen implicado en el fenotipo de interés Dos ejemplos característicos de esta estrategia en tres etapas lo constituyen la identificación del gen responsable de la fibrosis quística en el hombre y del gen responsable de la hipertrofia muscular en bovino, aunque en este último ejemplo la estrategia del gen candidato también contribuyó a su descubrimiento.

  La incorporación en los programas de mejora de la información que proporcionan los QTLs comienza a ser una realidad en especies de animales de renta como el porcino, y el bovino tanto de carne como lechero y se lleva a cabo mediante herramientas de genética cuantitativa, lo que se denomina la selección asistida por marcadores (MAS: Marker Assisted Selection). La selección asistida por marcadores se justificaría en el caso de la mejora de caracteres difíciles de medir, que manifiesten heredabilidades reducidas, que se expresen en un solo sexo o muy tarde en la vida de un animal y los esquemas de mejora  a diseñar necesitarían, para garantizar el éxito, la disponibilidad de técnicas avanzadas de reproducción asistida. En la actualidad su aplicación es todavía reducida y su eficiencia respecto a los programas clásicos dudosa ante la ausencia de genes identificados en el ámbito del conjunto de la población o debido a la existencia de complejas interacciones con otros genes.

  Identificación genética, trazabilidad y control genealógico

  Desde un estado muy temprano, el individuo posee un genoma estable para el que tendrá un determinado genotipo en los marcadores analizados. Este hecho permite hablar de lo que frecuentemente se ha denominado una huella genética que, como la huella dactilar de un individuo, es única y fácilmente evidenciable mediante técnicas moleculares lo que permite la identificación del individuo en todo momento y circunstancia. La trazabilidad es una de las consecuencias de la posibilidad de identificación individual que nos permite los marcadores moleculares. Este término se aplica a la posibilidad de identificar una muestra anónima y seguir su rastro hasta su origen. Las aplicaciones en veterinaria empiezan a ser importantes tanto para garantizar las características del ser vivo que ha dado lugar al producto elaborado, como para contrastar la presencia o ausencia de restos de animales o vegetales en productos elaborados.

Otra consecuencia inmediata de las posibilidades de identificación individual junto con la propiedad de herencia mendeliana de los marcadores moleculares es la posibilidad de llevar a cabo el control de filiación, lo que nos permitirá mantener la integridad de los libros genealógicos cuya fiabilidad es fundamental para llevar a cabo los programas de selección y mejora.

La potencia estadística que es posible hoy en cualquier especie de animal doméstico permite no sólo la exclusión de paternidad, también es posible la asignación de paternidad o, en general, la contrastación de cualquier otro tipo de parentesco.

  La diferencia genética entre poblaciones aisladas reproductivamente es posible ser detectada y, por ello también lo es asignar muestras anónimas a determinadas poblaciones.

  Estudios de diversidad genética

   Los marcadores moleculares constituyen una buena herramienta también para analizar la diversidad genética como medida de control de actuación de poblaciones, introducción de determinados genotipos, límites para la selección y medida del empobrecimiento de la variabilidad genética. Los proyectos de diversidad han recibido, en relación a los proyectos genoma, una considerable menor atención a pesar de tener una enorme trascendencia si tenemos en cuenta, por ejemplo, que desconocemos más del 99 %de las bacterias que hay en el suelo o en los océanos y que representan más de la mitad del carbono y una proporción significativa del fósforo de nuestro planeta.