SELECCIÓN GENÓMICA EN MÉXICO....
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SELECCIÓN GENÓMICA
EN MÉXICO.
OPORTUNIDAD DE
MEJORAR
GENÉTICAMENTE EL
GANADO BOVINO
PRODUCTORE DE CARNE
10 de Julio de 2013
Dr. Sergio Iván Román Ponce
Instituto Nacional de Investigaciones Forestales Agrícolas y
Pecuarias
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TEMARIO
• Conceptos generales
• Mejoramiento y evaluaciones genéticas
• La Selección genómica ???
• Nuevas oportunidades en la industria de la carne
• Y la selección genómica en México…???
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CONCEPTOS GENERALES
3
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GENOMA BOVINO (3 Gb)
29 cromosomas y un autosoma
22,000 Genes en el genoma bovino 14,000 genes en común con todos los mamíferos
80 % de los genes compartidos con humanos
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GENOMA BOVINO
• ADN (1950)
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GENÓMICA
• Genómica: Las investigaciones sobre la estructura y función de un gran número de genes de manera simultánea.
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S N P
Polimorfismo de un Solo Nucleótido
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• Simplificación de la purificación y replicación del ADN
• Desarrollo de tecnologías rápidas y baratas de secuenciación
Genómica
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Chips disponibles para bovinos
Densidad de marcadores
777,962 54,609 6,909
Ensayo InfiniumHD InfiniumHD InfiniumHD
Guía de uso Infinium Super Infinium Ultra Infinium
Tiempo de escaneo por muestra
iScan+: ~7min HiScanSQ: ~7min
BAR: ~7min iScan: ~1min
HiScanSQ: ~1min
BAR: ~7min iScan: ~1min
HiScanSQ: ~1min sec
BovineHD BovineSNP50v2 BovineLD
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10
Análisis automatizado de SNP
AA AB
BB
“genotype-calling”
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Illumina Genotyping
• Animales de producción
– Cerdos
– Aves (Pollos/guajolotes)*
– Equinos
– Ovinos/Caprinos
• Animales Compañía
– Perros
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MEJORAMIENTO Y EVALUACIONES GENÉTICAS
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• Utilizamos procesos matemáticos para predecir el valor genético de un animal en función de sus registros productivos y los de sus parientes
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Las DEP son estimaciones
Es decir, NO conocemos el mérito REAL del animal
Precisión Parámetro que nos dice que tan cerca puede
estar el valor estimado del valor real
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Edad Información disponible Precisión de la Evaluación
Becerro Padres y otros parientes Baja
Toro joven Becerro + Información propia (algunos casos)
Media
Toro Probado Toro joven + Información de progenie
Alta
La precisión depende de la cantidad y calidad de la información disponible……..
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∆𝐺𝑎ñ𝑜=𝑝𝑟𝑒𝑐𝑖𝑠𝑖ó𝑛 ∗ 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 ∗ 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎𝑛𝑧𝑎 𝑔𝑒𝑛é𝑡𝑖𝑐𝑎
𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑣𝑎𝑙𝑜 𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙
• ΔGaño = Ganancia genética por año
• precisión = parámetro que nos dice que tan cerca puede estar el valor estimado del valor real (La genómica puede )
• intensidad = Que tan exigentes somos cuando elegimos a los animales
• varianza genética = Variación en la población debida a genética (No podemos cambiarla)
• intervalo generacional = Tiempo entre generaciones (La genómica puede )
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Reducción intervalo generacional
• Toros probados mas jóvenes • Incremento tasa mejoramiento genético
• Incremento en la precisión de las evaluaciones genéticas
• Disminución de la consanguinidad
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Y LA SELECCIÓN GENÓMICA??
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UTILIZACIÓN DE LA INFORMACIÓN GENÓMICA
1: Mejoramiento de la predicción de la evaluación genética
2: Predicción de valores genómicos directos
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Mejoramiento de la predicción de la evaluación genética
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Mejoramiento de la predicción de la evaluación genética
• Tradicional
Genómico
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Estimación de relaciones entre animales
• Se reemplaza la Matriz de relaciones aditivas
(tradicionalmente construida con información
de Pedigrí) por la Matriz de relación genómica.
X′X X′ZZ′X Z′Z + λ𝐴−1
b0
u =X′y
Z′y
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23
Estimación de relaciones entre animales
• Se reemplaza la Matriz de relaciones aditivas
(tradicionalmente construida con información
de Pedigrí) por la Matriz de relación genómica.
X′X X′ZZ′X Z′Z + λ𝐺−1
b0
u =X′y
Z′y
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Mejoramiento de la predicción de la evaluación genética “Multirraciales”
Raza Sintética
Absorbente =>
Rotacional =>
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COMPOSICIÓN RACIAL OBTENIDA USANDO LA GENEALOGÍA (A) Y LA
INFORMACIÓN GENÓMICA (B) UTILIZANDO 40,492 SNP
Frkonja et al., 2012
Estimación de la composición Racial
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Frkonja et al., 2012
COMPOSICIÓN RACIAL OBTENIDA MEDIANTE EL USO DE 96 SNP INFORMATIVOS UTILIZANDO DOS MÉTODOS
Estimación de la composición Racial
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Predicción de valores genómicos directos
(Meuwissen et al., 2001)
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Selección Genómica
Predecir el merito genético a través de la información adquirida por los paneles densos de marcadores en una población de referencia (entrenamiento) con genotipos y fenotipos.
• En animales sin información productiva propia.
• Con alta confiabilidad / precisión
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Procedimiento (1)
ENTRENAMIENTO
“Ecuaciones de predicción”
Genotipado SNP
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Procedimiento (2)
Corr(VGD,DEP)
Habilidad de Predicción
VGD
DEP
Validación
“valor genomico directo”
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Feno + (Ped + Gen)
“DEP Genómico”
Aplicación
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PEDIGRÍ = GENEALOGÍA
BLUP GENOMICO UN SOLO PASO
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MATRIZ DE RELACIONES GENETICAS “SOLO PEDIGRÍ”
Animales con genotipos
BLUP GENOMICO UN SOLO PASO
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• INFORMACIÓN GENÓMICA = > MATRIZ DE RELACIONES GENÓMICAS
MATRIZ H = GENÓMICA (G) + PEDIGRÍ (A)
Animales emparentados
Animales con genotipos
Animales consanguíneos
BLUP GENOMICO UN SOLO PASO
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X′X X′ZZ′X Z′Z + λ𝐴−1
b0
u =X′y
Z′y
• Se reemplaza la Matriz de relaciones aditivas
(tradicionalmente construida con información
de Pedigrí) por la Matriz que combina la
información genómica y pedigrí
BLUP GENOMICO UN SOLO PASO
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36
X′X X′ZZ′X Z′Z + λ𝐻−1
b0
u =X′y
Z′y
• Se reemplaza la Matriz de relaciones aditivas
(tradicionalmente construida con información
de Pedigrí) por la Matriz que combina la
información genómica y pedigrí
BLUP GENOMICO UN SOLO PASO
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APLICACIONES EN LA INDUSTRIA DE LA CARNE
37
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• Estimar las ecuaciones de predicción = Pequeño numero de animales
• Predecir los valores genómicos en la entera población = precisiones altas
– Eficiencia alimenticia (residual)
– Vida productiva o Stayability
– Características y calidad de la canal
– Emisión individual de gases de efecto invernadero.
Oportunidades en la Industria de la Carne
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Consumo de Alimento Residual (CAR)
• Medida de elección en la evaluación de la eficacia de la alimentación en el ganado bovino.
• Independiente del crecimiento y peso vivo.
• Elevada dificultad y su alto costo de medición.
• Resultados de GWAS => existen entre 67 y 96 SNP muy asociados con CAR.
• En los cromosomas 3, 5, 7 y 8 los de mayor efecto.
• Del 58 al 71% de los marcadores fue identificado para consumo de materia seca, ganancia diaria de peso y peso metabólico.
• Relaciones genéticas
• Predicciones del merito genético para este grupo de características con un numero no mayor de 100 SNP (Bolormaa et al 2011; Snelling et al., 2012).
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Características y calidad de la canal
• En México: no incluidas en los programas de mejoramiento genético.
• En 18 cromosomas de la Raza Brangus (Peters et al., 2012):
• 140 SNP => el área del musculo del lomo
• 121 SNP => porcentaje de grasa intramuscular
• 109 SNP => deposición de grasa en las costillas
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Reducción del impacto ambiental
• Bovinos principales productores de metano entre las especies rumiantes domesticas.
• 80% metano es producido principalmente durante la digestión por medio de la fermentación ruminal
• Perdida energética para el animal
• El resto proviene de la descomposición de la materia fecal
• La producción de metano varia entre 60-80% dependiendo de la calidad y tipo de dieta, nivel de consumo, temperatura e incluso el tipo de instalaciones
• La producción de metano en ganado bovino entre 280 a 450 g/día con variaciones durante el día
• La producción individual “estable” y repetitiva en cada animal, pero altamente variable entre animales
• Selección de animales que producen menos metano bajo similares condiciones de manejo (SG)
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Y la selección genómica en México…???
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Implementación de SG
• Consejo Nacional de los Recursos Genéticos Pecuarios de México (CONARGEN) – Comités técnicos con especialistas en mejoramiento genético animal.
• Finalidad – identificar a las asociaciones de criadores que tienen las condiciones para
comenzar a integrar sus poblaciones de referencia inmediatamente. – Apoyar a las asociaciones a integrar bancos de información que les
permita establecer sus poblaciones de referencia en el mediano plazo.
• Generación de información en hatos elite o centros de investigación – Características difíciles o caras de medir
• Consorcios nacionales o regionales que incluyan los actores que conforman la cadena de valor de la carne.
ETAPA 1. Identificación de animales y generación de la información productiva en la población de referencia.
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Implementación de SG (2)
• Razas Europeas Puras: – Chip de 50K SNP para machos – Chip de 9K SNP para hembras.
• Razas Cebú: En la actualidad la única opción es usar el chip BovineHD.
– Resultados con BovineSNP50 no han sido los esperados – Generación de un chip específico para las razas Cebuinas => menor
costo – Necesario incluir información del Cebú mexicano
• Razas sintéticas:
– Mismas razones que en cebú => la única chip BovineHD – Se requiere el desarrollo de plataformas específicas para este tipo
de razas.
Etapa 2. Obtención de genotipos de la población de referencia.
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Implementación de SG (3)
• Genotipos con apoyo de CONARGEN
• Instituciones de investigación como el INIFAP – Las valoraciones genómicas
– Combinarse con las evaluaciones genéticas tradicionales.
• No existe un consenso sobre cuál es el método óptimo – Investigación científica
– confiabilidad y precisión de dichas evaluaciones
• Se cuentan con alternativas viables en México.
Etapa 3. Estudios de asociación y evaluaciones genómicas.
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Implementación de SG (4)
• Incorporación a los programas de mejoramiento genético diferenciada por sexo. – Machos:
• La selección temprana de prospectos a reproductores • Sementales probados genómicamente • Reducir el intervalo generacional • Incrementar la tasa de mejoramiento genético por año. • Incrementar las conexiones genéticas entre los hatos.
– Hembras: • Preseleccionar candidatas a madres de sementales, las cuales podrían ser ofertadas a los
ganaderos.
– El paradigma del mejoramiento genético en los bovinos productores de carne
• Predecir los valores genéticos de una población entera de varios cientos de miles o millones de animales
• Estudios científicos
• centros de investigación y docencia en coordinación con el CONARGEN
Etapa 4. Incorporación de selección genómica en programas de mejora genética.
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Implicaciones
• Oportunidad de hacer a los procesos de mejora genética más eficientes .
• Permite mejorar genéticamente aquellas características que en el pasado no era posible.
• En México, la selección genómica es factible y muy probablemente económicamente rentable.
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M U C H A S G R A C I A S
Dr. Sergio Ivan Roman Ponce
Investigadores Titulares del INIFAP
Correo electrónico: [email protected]
Dr. Vicente E. Vega Murillo Dr. Felipe de J. Ruiz Lopez
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M U C H A S G R A C I A S
Dr. Sergio Ivan Roman Ponce
Investigador Titular
Instituto Nacional de Investigaciones Forestales Agrícolas y Pecuarias
Correo electrónico: [email protected]
SKYPE: romanpsergio
Teléfono: +52 (951) 5216253, 5216044, 5215502 ext. 108