sábado, 2 de julio de 2011
Avance Genético destacado en animales
Patagonia I, la vaca que da insulina
Bio Sidus, un Tambo Farmacéutico argentino, tiene -desde principios de este año- la primera vaca en dar leche con insulina, sin que eso represente un peligro para la salud del animal. Junto a sus compañeras Patagonia II, III y IV, Patagonia I será capaz de producir la tan preciada sustancia que los diabéticos necesitan para vivir. Sólo 25 de estos animales podrán generar la suficiente insulina para abastecer a los 300.000 diabéticos que hay en la Argentina.
La insulina es un medicamento muy caro, solo en Argentina se gastan 50 millones de dólares para obtener el líquido que mantiene con vida al grupo diabético. Con estos animales, el costo bajaría enormemente y el abastecimiento sería continuo. A fines de este año, las vacas comenzarán a dar leche. De todas, se seleccionará la mejor para que sirva de madre de las que vendrán. Se espera la primera camada de vacas insulínicas nacidas de esta madre para mediados de 2008.
Sin dudas, un animal que da esperanzas a los millones de diabéticos en el mundo... y una pésima noticia para las farmacéuticas.
La oveja transformada en un animal mitológicoLa Oveja Humana
En el campo, cuando los obreros se quedan solos y la soledad arrecia, una oveja -dicen las malas lenguas- ha servido de compañera íntima en más de una ocasión. Pero la oveja humana no es la cruza entre un pastor y uno de los lanudos animales. La primera Quimera del mundo (parte animal, parte humana) fue posible gracias a la introducción de células humanas en el peritoneo del feto de la oveja.
El responsable de este monstruo mitológico, 85% animal 15% humano, es Esmail Zanjani, profesor de la Universidad de Nevada. Y no lo hizo para que la ovejita le hablara después del sexo, sino al suponer que este método podría servir para lograr órganos que se pudiesen transplantar al humano, sin problemas de rechazos.
Los órganos que esta oveja comparte con parte de células humanas son el hígado, el corazón, los pulmones y el cerebro. De probarse cierta la teoría, resultaría la salvación para millones de personas que aguardan un transplante, pacientemente y a las puertas de la muerte.
La rana translúcida creada en HiroshimaLa rana translúcida
Un equipo de investigadores de la Universidad de Biología Anfibia de Hiroshima ha creado un tipo de rana translúcida cuyos órganos internos son visibles a través de su piel. ¿Para qué? Los investigadores aseguran que estas ranas pueden ayudar al estudio de las enfermedades y al desarrollo de tratamientos médicos, permitiendo a los científicos observar el estado de los órganos internos del anfibio, sin tener que diseccionar al animal (como la que podemos controlar por Internet).
La rana "transparente" es el resultado de cruzar dos especies de ranas japonesas. Por defecto, la Rana Japonica, como se lo llama, tiene una mutación genética que le da una piel pálida. La cruza sistemática y selectiva entre especimenes de piel pálida, va generando ranas cada vez más traslúcidas. El resultado es el que puedes ver en la foto. Los investigadores aseguran que, si quieren, pueden hacer ranas brillantes, además de translúcidas (como los GloFish que vemos más abajo). Lo único que tendrían que hacer es agregar proteínas fluorescentes a la mezcla. Las ranas translúcidas y brillantes servirían para visualizar en tiempo real problemas en los genes.
El profesor Masayuki Sumida, líder del equipo de investigadores, dijo que "las ranas translúcidas se probarán muy útiles como animales de laboratorio porque será más simple y barato observar el desarrollo y el progreso del cáncer, el crecimiento y envejecimiento de los órganos internos y los efectos de los químicos en los órganos". Si es por el bien de la ciencia y la humanidad, por mí que les pongan alas.
Peces que brillan para la gente frívolaGloFish, el pez que brilla
El primer animal modificado genéticamente para ser vendido como mascota y uno de los primeros en encender la polémica. Porque modificar los genes de un animal para salvar personas, es una cosa... pero otra muy diferente es hacerlo para vender mascotas curiosas y pijas.
Desde el sitio oficial se lee, con total desparpajo, como se publicita la idea hasta límites desvergonzados.
"Lleva el milagro de la ciencia a tu acuario y posee el más caliente, el más hablado, el más hermoso de los peces. Los peces fluorescentes GloFish® llevan color y diversión a cualquier acuario, en tu hogar, en tu oficina, en tu salón de clases. Nuestros peces están disponibles en tres asombrosos colores: Rojo Estrella de Fuego, Verde Eléctrico y Naranja Explosión de Sol."
El GloFish es el resultado de introducir una proteína fluorescente de medusa en el genoma del pez cebra. Esto causa que el pez brille levemente ante la luz blanca o ultravioleta. Luego vinieron las variedades de color, el "Rojo Estrella de Fuego" -por ejemplo- es el producto de un gen de coral introducido en el genoma del pez.
En un primer momento, el desarrollo de los GloFish fue bastante noble, y era para detectar la contaminación ambiental. Pero poco después, los científicos fueron contactados por empresarios de Estados Unidos -cuándo no- para vender el producto en su país. A los científicos les gustó la idea y, al mismo tiempo, firmaron un acuerdo para comercializar los peces en Taiwan.
Desde entonces, millones de peces fueron vendidos, pero los problemas no les fueron ajenos. En algunos países, como Canadá y los que componen la Unión Europea, la venta de estos animales está terminantemente prohibida. Además, parte de la comunidad científica -la más seria, vamos- se opone fervientemente a la comercialización de estos pececitos. Sea como fuese, los que hicieron brillar a los peces ya tienen su patente (US Patent number 7,135,613) y se están llenando de oro.
ANDi, el mono transgénicoANDi, el primer mono modificado genéticamente
En octubre del año 2000 nació el primer mono modificado genéticamente. Y, cómo no, la alteración proviene de agregar un gen de medusa al óvulo fecundado. ¡Como están con las medusas!
Esta modificación logra que las células brillen con una luz especial bajo el microscopio. Muy parecido a lo que se piensa hacer con la rana translúcida pero con un mono, que es un allegado muy próximo a nosotros, los humanos.
El nombre ANDi proviene de "inserted DNA", en un juego de palabras típico de los norteamericanos. Desde entonces, se ha propuesto agregar todo tipo de genes a los óvulos de los primates, desde genes con Alzheimer, hasta genes infectados con el virus del SIDA o cáncer. En combinación, estos genes con el de la medusa, resaltarán las moléculas de las células y acelerará de forma exponencial las investigaciones sobre estas enfermedades.
La medición de la producción animal
La herramienta que más ha impactado el mejoramiento animal en el mundo es el control de producción. En efecto, la medición objetiva de la producción de los animales sirve para hacer evaluaciones de los mismos para la selección, evaluar las razas y cruzas, estimar los parámetros requeridos para los programas, medir aspectos económicos y optimizar el proceso.
En un principio, los sistemas de control fueron generalmente simples e incluyeron solo evaluaciones de cantidad (producción de leche, peso del vellón en ovejas, pesos corporales a determinadas edades en animales productores de carne). Más recientemente, las necesidades del mercado y el deseo de los criadores de tomar decisiones en base a un conjunto de características mas estrechamente relacionadas con el valor económico de la producción y la consideración de aspectos sociales en los objetivos de producción, han incorporado una serie diversa de características de calidad, como el contenido de grasa de la carne y proteína de la leche, características de la carne como el área de músculo en diversos cortes, la dureza, el porcentaje de grasa etc. Algunas de estas características son difíciles o imposibles de medir en el animal vivo, por lo que son evaluadas a través de métodos indirectos. Un ejemplo es el uso del scanner para medir características de composición corporal como el porcentaje de grasa en el animal in vivo. Otras características que se evalúan en los programas de mejoramiento son las relacionadas con la fertilidad, la supervivencia y la resistencia a enfermedades. En etapas más recientes se ha intentado medir variables asociadas con los costos de producción, como el costo de los alimentos y medicamentos. En general, los avances técnicos están permitiendo realizar mediciones más precisas y frecuentes e incluir características más estrechamente relacionadas con los objetivos de los programas genéticos.
El control de producción está generalmente asociado, salvo en el caso de sistemas de producción extensivos en rumiantes, a un completo y riguroso control genealógico, que implica el registro de los padres de cada animal en la población y permite estructurar el pedigrí necesario para el cálculo de los coeficientes de parentesco utilizados en las evaluaciones genéticas y en el cálculo de coeficientes de consanguinidad.
Un aspecto fundamental de estos sistemas de evaluación es el control de calidad; los errores, tanto de datos de producción como de pedigrí pueden afectar negativamente las tasas de mejoramiento genético. Por este motivo, en los países con mayor desarrollo en este campo, la participación de organismos oficiales (Universidades, organismos estatales), han sido claves para propiciar la aceptación de la información de campo, como veraz y válida. Este desarrollo históricamente ha estado ligado a un alto grado de participación del gobierno y las organizaciones de ganaderos. Esta naturaleza colectiva se ha requerido debido a la naturaleza a largo plazo de las inversiones en mejoramiento genético, a la necesidad de contar con personal capacitado para organizar y mantener en operación los sistemas de evaluación y a la necesidad en muchos casos de realizar las evaluaciones en los rebaños comerciales, como en el caso de los rumiantes.
En muchos países, intereses particulares de asociaciones de razas, agrupaciones gremiales, desconocimiento de los principios científicos de la mejora así como de una ineficiente coordinación y promoción de la mejora genética por parte del gobierno, han paralizado la aplicación de la mejora genética. El costo ecológico por el mantenimiento de grandes números de animales improductivos con un impacto negativo en el medio ambiente y en la economía para estos países, por la necesidad de importar material genético y por las pérdidas productivas, es difícil de cuantificar con precisión pero es sin duda considerable.
Modelos lineales + computadoras + inseminación artificial
El avance explosivo de la tecnología computación ligado a desarrollos teóricos en el área de los modelos estadísticos aplicados al análisis de datos obtenidos en condiciones reales de producción, permitieron la implementación de métodos muy eficaces para el cálculo de valores genéticos estimados (VGEs) aprovechando la información del control de producción y de pedigrí, en forma que actualmente se puede considerar que dichas implementaciones son una tecnología madura y su instrumentación es básicamente un ejercicio de aplicación.
Esta metodología ha permitido tremendos avances en algunas especies, como es el caso de los bovinos productores de leche. Se estima que una vaca promedio, obtenida por IA en Estados Unidos, incrementa su producción en más de 100 kg de leche por año (aproximadamente 0.32 lt/día) por razones puramente genéticas. Esto tiene, junto con el cambio en otras características, una gran importancia económica para los productores y la industria, al grado que los productos de las industrias que han realizado mayor mejora genética, como la producción de leche, huevos, carne de cerdo y carne de pollo, han capturado una mayor proporción del mercado, debido en parte, al abaratamiento de los costos de producción por la mayor eficiencia de los animales. Esto se ha logrado con el uso de animales superiores a través del uso de los VGEs para la selección. Estos VGEs son calculados con una metodología que se conoce como BLUP (best linear unbiased prediction o mejor predicción lineal insesgada), de acuerdo a las propiedades teóricas de las soluciones. Esto ha sido posible también gracias al desarrollo de métodos emparentados al BLUP como el REML (máxima verosimilitud restringida) para estimar parámetros genéticos o matrices de varianzas y covarianzas requeridas para ponderar adecuadamente los factores del modelo.
Dos descubrimientos claves en este sentido fueron las ecuaciones del modelo mixto de Henderson que redujo considerablemente las dimensiones de los sistemas de ecuaciones simultáneas a resolver para obtener los VGEs y la incorporación de las correlaciones entre los valores genéticos de los animales al modelo, mediante la matriz de parentesco, que se construye a partir de la información contenida en el pedigrí. Al obtener estimaciones confiables e insesgadas de los VGEs de animales en muchos rebaños, lo que fue posible al usar la inseminación artificial, por primera vez la industria pudo comparar los valores genéticos de los animales de toda la población, lo que le dio a la selección un tremendo poder. Este proceso tiende a destruir la estructura piramidal jerárquica tradicional de los hatos reproductores, debido a que los animales superiores son elegidos en forma horizontal.
En otros casos, la estructura jerárquica es mantenida parcialmente por una falta de adopción de las técnicas modernas como por ejemplo en la producción de lana en Australia o muchos productores de sementales de ganado de carne en América Latina. En especies con elevada fecundidad y reducido costo por individuo, el elevado número de progenie por animal reproductor y los menores costos de operación, permiten la centralización del proceso de mejoramiento en núcleos de empresas privadas que controlan todas las poblaciones de reproductores como en pollos de engorde, gallinas productoras de huevos y en forma creciente, cerdos. Una población rigurosamente seleccionada abastece en este caso a un estrato multiplicador, capaz de proveer de animales al estrato comercial. En cierto modo, una situación similar puede ser creada en rumiantes (a mayor costo), al incrementar su capacidad de reproducción usando la transferencia embrionaria y la fertilización in vitro.
Divide y vencerás, simplifiquemos el modelo
En cierto modo, el éxito de los métodos de selección es un producto de la simplificación. La aplicación de un modelo genético conceptualmente completo a características controladas por muchos pares de genes, implica considerar simultáneamente tantos parámetros correspondientes a efectos que complicarían el modelo en forma excesiva para hacerlo práctico. Los experimentos necesarios para generar este tipo de parámetros son frecuentemente imposibles o limitados a una escala que comprometería la utilidad de los estimadores. En un principio la simplicidad de los modelos de evaluación genética fue necesaria debido a limitaciones de capacidad de cómputo y la ausencia de una teoría matemática para realizar una estimación insesgada del valor genético en presencia de factores de confusión debidos al ambiente (años, épocas, rebaños) e información de parientes.
Los modelos de evaluación genética utilizan generalmente los efectos genéticos aditivos directos (del propio animal) y maternos (debidos a la variación del genotipo de la madre que afecta características que se miden temprano en la vida de los animales). Los efectos aditivos son aquellos que se deben al efecto independiente de cada alelo, mientras que la dominancia se debe a interacciones dentro cada locus y la epistasis a interacciones entre alelos localizados en diferentes loci. En términos generales la variación aditiva es la mas importante para la selección animal. Los efectos no aditivos son importantes en la manifestación de los efectos negativos de la consanguinidad y en los positivos de la heterosis. Los modelos utilizados actualmente para la evaluación dentro de una población contienen efectos genéticos aditivos y en ocasiones de dominancia. Esto no quiere decir que los efectos de interacción no sean importantes, solamente indica que en promedio son menos importantes bajo los modelos y suposiciones utilizados. El modelo puede ser una limitante, en el sentido de que sólo se puede encontrar lo que se busca.
En caracteres afectados por la variación genética maternal, como el peso al destete en rumiantes, generalmente los efectos maternos son incluidos en el modelo. En presencia de varias características, se usan enfoques multivariados que son extensiones de los modelos para una característica. Aquí un requisito crítico es la disponibilidad de estimadores adecuados de las correlaciones genéticas entre las características, que frecuentemente son difíciles de estimar con precisión.
Otra complicación importante son las interacciones genotipo x ambiente, cuando los efectos genéticos y ambientales actúan en forma conjunta para producir el fenotipo. Este tipo de interacción puede reducir la eficacia de la selección realizada en otras condiciones ambientales, debido a problemas de adaptación de los animales. Esto puede implicar la necesidad de desarrollar programas de selección específicos para cada ambiente particular de producción con el fin de mantener la eficacia del mejoramiento. Sus efectos han sido poco estudiados en características de reproducción y sobrevivencia. En general, se considera que este tipo de efectos son importantes cuando se comparan genotipos y ambientes extremos, como Bos indicus y Bos taurus en ambientes templado y tropical. En ocasiones, pueden influir en el diseño de programas de selección introduciendo errores adicionales, que hacen necesario replicar los ambientes de prueba de los genotipos y evaluar los animales en las condiciones reales de producción.
Nuevos avances en la tecnología reproductiva y molecular pueden permitir perfeccionar el análisis y utilización de las interacciones entre genes y entre los genes y el medio ambiente.
Homo economicus
A pesar de que la justificación central del mejoramiento genético animal es económica, hay muchos problemas a resolver antes de una adopción de criterios económicos completamente adecuados en el diseño de programas genéticos. En rigor, la situación ideal es una donde los objetivos para el mercado futuro se conocen con precisión. De este modo, se pueden evaluar sin error los valores económicos asociados con cada componente de la respuesta y se pueden seleccionar las características a incluir en el programa. Esto nunca es completamente cierto y es necesario recurrir a aproximaciones en presencia de incertidumbre Esto obliga a realizar análisis de sensibilidad y riesgo. Para ilustrar este tipo de problema, podemos tomar como ejemplo el énfasis que en Australia, EE.UU.. y otros países se le está dando en los programas genéticos al marmoleo de la carne de vacuno. Esto se basa en los altos precios que alcanza la carne con alto marmoleo (capas de grasa visible en el músculo) en cierta fracción del mercado de la carne en Japón. Resulta muy factible que este precio cambie con el tiempo, o que el mercado quede saturado antes de que se logre cambiar significativamente la población en este sentido. Incluso es posible que se desarrollen otros medios, diferentes de los genéticos para manipular este aspecto. Si los esfuerzos invertidos son desproporcionados con respecto del retorno esperado y el riesgo, la decisión de poner mucho énfasis en cambiar esta característica puede ser inadecuada. Esto estimula la necesidad de realizar estudios para determinar qué opciones pueden ser mas adecuadas para la industria.
Mientras que el usuario del material genético puede tener una idea más o menos clara de los objetivos de selección, es decir cuáles son las principales variables que requieren maximizar para incrementar el rendimiento económico (por ejemplo la producción de kg de cordero por oveja y por hectárea por año), para determinar cuáles son las características que se deben medir y cuáles son las ponderaciones económicas asociadas con ellas, es necesario diseñar un modelo bioeconómico del sistema de producción.
Recientemente, se han introducido aspectos sociales como criterios adicionales en la definición de objetivos de selección. En realidad estos criterios han existido siempre, pero en cierto modo no se habían realizado intentos para incorporarlos en forma sistemática en los objetivos de selección. Un ejemplo pueden ser criterios que incrementen la sustentabilidad de un sistema de producción. Se pueden desarrollar índices que combinen en una medida sintética el mérito total de los animales para un mercado en particular combinando aspectos económicos y sociales. Resulta frecuentemente preferible basar la selección en criterios económicos y utilizar aspectos complementarios como los biológicos para afinar y poner una dirección razonable al cambio genético de varias características simultáneamente.
Los objetivos biológicos pueden estar basados en la maximización de medidas físicas de la producción (por ejemplo kg de proteína por hectárea por año). Se ha argumentado que este tipo de medidas pueden ser más estables que las económicas, considerando la necesidad de incrementar la productividad a largo plazo en presencia de fluctuaciones de precios y otros componentes financieros. Una pregunta interesante es si es recomendable para cada unidad de producción seguir un programa genético que haga máximos los retornos, ponderando en forma específica las características, o bien toda la industria debe tender a utilizar un criterio uniforme de selección. Esta pregunta aún no tiene una respuesta clara. El segundo enfoque sin embargo, parece adecuado, suponiendo que los efectos del ambiente pueden ser en cierta medida optimizados y estandarizados. Esto no es siempre posible en sistemas de pastoreo o donde las fluctuaciones ambientales son parte del sistema.
Estructura de las poblaciones
En muchos casos observamos la presencia de estructuras piramidales de la población, en la que el mejoramiento fluye desde el ápice de la pirámide hacia la base. El ápice es el núcleo o grupo de animales élite. Frecuentemente este núcleo es el único grupo de la población que está en control de producción. Aquí podemos distinguir estructuras de núcleos abiertos y dispersos, como es el caso de las poblaciones de vacunos productores de leche, donde cualquier vaca registrada de alguna raza en control de producción, puede convertirse en madre de un semental de inseminación artificial y por lo tanto incorporarse a este núcleo, o núcleos cerrados como en pollos de engorde y gallinas productoras de huevo, donde los animales (genes) de los estratos inferiores nunca vuelven hacia arriba. En este tipo de estructuras puede haber estratos intermedios multiplicadores, que permiten incrementar el número de machos para ser usados como reproductores en la base. Se conoce que la base, después de un tiempo, llega a tener un mejoramiento por año similar al observado en el núcleo cuando en la base se usan machos del núcleo como reproductores. Sin embargo, existe un retraso asociado con el nivel genético, correspondiente a dos generaciones por estrato. La inseminación artificial y la transferencia de embriones fecundados desde el núcleo para ser usados en la base, son medios de reducir este retraso. Por lo anterior, la expresión económica del mejoramiento y la consanguinidad en la población base, deben ser evaluadas a nivel de la población comercial, dado que tanto la superioridad genética como la consanguinidad, se van a extender en forma diferente, dependiendo de si existen estratos multiplicadores, de si se usa IA o si el estrato comercial está basado en animales cruzados o de una sola población (ver sección siguiente). Cuando los animales de la población comercial son cruzas de poblaciones no emparentadas, la importancia práctica de la consanguinidad se reduce considerablemente. El peligro de los métodos basados en núcleos cerrados consiste en la posibilidad de que interacciones genotipo x ambiente reduzcan la respuesta genética en la población comercial cuando el núcleo es mantenido en condiciones de ambiente (alimentación, manejo, clima) diferentes a la base. Esto puede ocurrir cuando un país depende de la importación de material genético evaluado en condiciones ambientales diferentes.
Razas, cruzas y VGEs de animales cruzados
Los modelos de evaluación genética se aplican generalmente a reproductores dentro de una población, por ejemplo una línea o raza de animales. Tradicionalmente, la selección y el cruzamiento han sido consideradas como estrategias separadas para el mejoramiento genético. El uso de cruzamientos es muy común en especies productoras de carne, donde es deseable que las líneas femeninas sean fértiles y relativamente ligeras para reducir los costos de mantenimiento, mientras que los animales de engorda se espera que sean de rápido crecimiento, lo que muchas veces está asociado con una menor fertilidad y mayor peso adulto, dando mayores costos de mantenimiento en raza pura.
Una manera de combinar estas ventajas es mediante el cruzamiento de una línea (raza) ligera de hembras, con una línea (raza) de machos de rápido crecimiento, de este modo se puede optimizar el sistema, balanceando el mérito genético del crecimiento, con el de las necesidades de mantenimiento de las hembras. Cuando las hembras son cruzadas, se puede obtener mayor fertilidad y ventajas al usarlas como madres. Otro aspecto muy importante del cruzamiento, reside en el fenómeno llamado heterosis o vigor híbrido. Este fenómeno permite explotar el hecho de que diferentes alelos han sido fijados en diversos loci en razas distintas. Al cruzar dos razas, podemos esperar un incremento en la heterocigosis, es decir en la proporción de loci heterocigóticos comparados con los valores dentro de cada raza. Generalmente, este incremento en la heterocigosis se asocia a un mayor rendimiento productivo, una mayor fertilidad y una mayor tasa de supervivencia. Este vigor híbrido o heterosis se explica con teorías que postulan tanto efectos genéticos de dominancia como epistasis. A nivel teórico se supone que un animal que contiene dos tipos alternativos de genes es superior en su capacidad de adaptación al medio ambiente. La depresión observada por consanguinidad es la otra cara de la heterosis, dado que el incremento en el coeficiente de consanguinidad está asociado a una pérdida de heterocigosis.
En especies de gran fecundidad, como las aves y los cerdos, el uso de las ventajas de los cruzamientos se basan en la cría de animales cruzados para las granjas comerciales a partir de cruzas entre animales de raza pura, o bien en sistemas de cruzamientos que al reemplazar las razas de los machos utilizados en forma rotacional, permiten mantener altos los niveles de heterosis. En bovinos y rumiantes en general, esta estrategia no es fácil de usar por su baja fecundidad, que restringe el número de animales cruzados comparados con el total de raza pura. Por esto, muchas nuevas razas o poblaciones sintéticas, producto de diversos cruzamientos entre varias razas y posterior reproducción entre sí, se han venido desarrollado. La idea aquí es poder aprovechar la heterosis y realizar la selección en una sola población. Asimismo, en muchos casos se trata además de combinar características deseables que se encuentran en poblaciones diferentes como la adaptación a medios ambientes difíciles y la capacidad de producir con mayor eficiencia. Un ejemplo de este tipo de animal es la popular raza Santa Gertrudis de bovinos productores de carne, que fue desarrollada a partir de cruzamientos entre las razas Shorthorn (Bos taurus) y Brahman (Bos indicus). En ese caso se trató de combinar las mejor calidad de la carne, fertilidad del Shorthorn, con la mayor tolerancia al calor y las garrapatas del Brahman. En el caso de las poblaciones sintéticas, una proporción de la heterosis es retenida comparada con el nivel exhibido por las cruzas entre dos razas puras. Dos principales problemas que han limitado la difusión de razas sintéticas, son su menor aceptación por parte de los granjeros y por el otro, en muchos casos lo pequeño de las poblaciones, que ha llevado a incrementos notables en la consanguinidad, con lo que se pueden perder las ventajas de la heterosis y ofrece pocas oportunidades para lograr mejoras importantes por selección.
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| Figura 1. La raza sintética Australian Friesian Sahiwal. Esta raza está siendo desarrollada en Australia por el Gobierno de Queensland para ser usada en áreas tropicales. La raza fue creada a partir de Sahiwal, una variedad lechera de Cebú de Pakistán y la Holstein-Friesian Australiana. Desde la decada de 1960, cuando comenzó la investigación sobre esta raza, se han logrado notables progresos hacia el objetivo de combinar reistencia a las garrapatas y tolerancia al calor con consistentes niveles de producción de leche y fertilidad. Actualmente ha sido extensamente probada en áreas tropicales y sub-tropicales de Australia. Bajo esas condiciones, produce aproximadamente 15% mas leche que la Holstein-Friesian. Nota: Esta foto e información se proporciona por cortesía de Meat and Livestock Australia Locked Bag 991, North Sydney 2059, Australia. |
Una idea más nueva y posiblemente más práctica para explotar al mismo tiempo las diferencias entre y dentro de razas, consiste en el cálculo de VGEs de animales cruzados. Esto se puede lograr corrigiendo para diferencias entre las medias, de cada raza y para la heterosis. De este modo se pueden obtener comparaciones entre y dentro de razas, que permiten seleccionar animales dentro y a través de poblaciones. Dado que algunos efectos son estimables a partir de las bases de datos existentes, es posible aprovechar estas ideas para hacer evaluaciones simultáneas de los valores genéticos dentro de raza, los efectos de raza y de heterosis, con la idea de optimizar el sistema. En muchos casos sin embargo, es necesario diseñar cruzas específicas para obtener la información requerida.
Optimicemos
Durante un tiempo, el affaire entre los modelos lineales, que daban predicciones insesgadas de los valores genéticos y la estimación de los parámetros requeridos para su uso en poblaciones de una raza, consumió una gran parte de los esfuerzos de los genetistas de animales. La solución de algunos importantes problemas quedó pendiente hasta hace muy poco tiempo. En efecto, la optimización de los programas genéticos que involucra aspectos tales como la maximización de la respuesta mientras se mantienen restringidos los costos del programa asociados al uso de cada reproductor, al uso de tecnologías reproductivas y el incremento en la consanguinidad, han recibido menos atención.
No es obvio por ejemplo cuáles y cuántos animales utilizar en un programa genético, ni cuanta progenie obtener de cada uno, o si es económicamente viable obtener embriones de una vaca en particular con OMTE. Contestar este tipo de preguntas con precisión no ha sido posible sino hasta ahora, con el desarrollo de metodologías de maximización muy flexibles basadas en algoritmos genéticos. Recientemente, se han desarrollado y comenzado a aplicar en la industria estrategias llamadas tácticas, que permiten optimizar problemas complejos usando como entradas índices económicos obtenidos con los VGEs, el pedigrí y los costos de reproducción, en cada momento de decisión; por ejemplo cada año antes de realizar los apareamientos. En este tipo de estrategias, que maximizan una función que involucra la respuesta genética y otros componentes, pueden ser instrumentados mediante la selección y asignación de apareamientos.
Algunos trabajos pioneros están siendo desarrollados en este campo, considerando estructuras de apareamiento óptimas para el conjunto de machos y hembras de la población. Las soluciones son obtenidas con el uso de algoritmos genéticos, que permiten la maximización de la respuesta para niveles predefinidos de consanguinidad. Cuando se trata de poblaciones cruzadas, se pueden diseñar estrategias específicas de maximización de los efectos de heterosis.
Uso de tecnología reproductiva y molecular
Mientras las técnicas moleculares ofrecen una serie importante de posibilidades para la mejora genética animal, la materialización de estas expectativas requiere de la solución de un número importante de problemas técnicos para aprovechar toda la información disponible de un modo eficiente, reducir los costos de generar información genómica y obtener estimaciones confiables de los efectos de genes mayores con efectos en características productivas (QTLs) y de la aplicación de la selección asistida por marcadores (SAM) y la información genómica en general para la mejora animal.
Un uso racional de las metodologías moleculares requiere el uso óptimo de los métodos tradicionales de selección. El máximo provecho puede ser obtenido cuando estas técnicas son utilizadas en forma integrada con tecnologías reproductivas como la inseminación artificial, la colección y producción in vitro de embriones para acelerar el cambio genético.
Las características en las cuales la aplicación de la SAM puede ser más efectiva son aquellas que se miden tardíamente en la vida del animal, o que son controladas por pocos pares de alelos. El primer ejemplo corresponde a la longevidad y las características de composición corporal en animales productores de carne, el segundo, a la resistencia a ciertas enfermedades o defectos de herencia simple.
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| Figura 2. Respuesta a corto y largo plazo de la selección asistida por marcadores de ADN (SAM), las líneas rojas muestran el avance posible usando SAM comparada a selección convencional en una característica cuantitativa. El efecto de la SAM será incrementar la respuesta a corto plazo (Reproducido con autrorización de: Kinghorn, B.P. (1998). Managing genetic change under operational and cost constraints. 36th National Congress of the South African Association of Animal Science. University of Stellenbosch 5-8 April. pp 9-16). |
La selección puede incorporar el llamado análisis de segregación para detectar y usar posibles genes de efectos mayores en la selección. La principal ventaja de los métodos moleculares sobre el análisis de segregación, es la posibilidad de evaluar el efecto simultáneo de varios QTLs sobre las características de importancia económica, y en el futuro incrementar su precisión y la complejidad de los modelos de acción génica involucrados, por ejemplo QTLs con alelos múltiples. Las tendencia actual indica que los dos métodos se integrarán en el futuro en los programas de mejora genética animal con métodos basados en modelos que contienen el efecto de los genes mayores y herencia poligénica (modelos de herencia mixta).
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Figura 3. Ejemplo de utilización del sotware Findgene para realizar análisis de segregación junto a un modelo lineal para detectar un gene de efecto mayor en el fenotipo de una característica cuantitativa. Se observa la distribución total de fenotipos (linea azul) y las distribuciones de cada genotipo para el gene mayor, representadas por las líneas roja, azul claro y púrpura. Las barras grises muestan la distribución observada de los fenotipos corregidos para efectos ambientales y de los poligenes (Kinghorn, B.P., 1997). |
Es preciso puntualizar que probablemente pasarán muchos años antes de que las tecnologías reproductivas y moleculares revolucionen el mejoramiento animal al grado de hacer innecesario el control de producción, si bien esto resulta conceptualmente posible con la reproducción de células en cultivo usando selección puramente molecular de las variantes deseables, seguidas de clonación y multiplicación de la variante genética deseada. El conocimiento que permita este desarrollo (si este es posible) se tendrá que generar combinando información molecular con información fenotípica. Por el otro lado, es poco probable que el control de producción se abandone completamente, dado que se tiene que seguir manteniendo como un medio de control de que las expectativas y predicciones se están cumpliendo en la práctica.
Las técnicas moleculares y otras técnicas analíticas pueden posibilitar la medición de nuevas características en los programas genéticos que estén relacionadas en forma más estrecha con los objetivos del programa de mejoramiento.
Genética en animales
Genotipo y Fenotipo
El genotipo de un animal representa el gen o grupo de genes responsable por un rasgo en particular. En un sentido más general, el genotipo describe todo el grupo de genes que un individuo ha heredado.Como contraste, el fenotipo es el valor que toma un rasgo; en otras palabras, es lo que puede ser observado o medido. Por ejemplo, el fenotipo puede ser la producción individual de leche de una vaca, el porcentaje de grasa en la leche o el puntaje de clasificación por conformación.
Existe una diferencia importante entre genotipo y fenotipo. El genotipo es esencialmente una característica fija del organismo; permanece constante a lo largo de la vida del animal y no es modificado por el medio ambiente. Cuando solamente uno o un par de genes son responsables por un rasgo, el genotipo permanece generalmente sin cambios a lo largo de la vida del animal (ejemplo color de pelo).
En este caso, el fenotipo otorga una buena indicación de la composición genética del individuo. Aún así, para algunos rasgos, el fenotipo cambia constantemente a lo largo de la vida del individuo como respuesta a factores ambientales. En este caso, el fenotipo no es un indicador confiable del genotipo. Esto generalmente se presenta cuando muchos genes se encuentran involucrados en la expresión de un rasgo tal como producción de leche. Como resultado, la producción de leche de una vaca depende de:
Producción fenotípica de leche = G + E, donde:
G es el mérito genético de la vaca para producción de leche (el efecto de los genes).
E se refiere al efecto del manejo de la vaca y medio ambiente.
El material genético
El material genético se encuentra localizado en el núcleo de cada célula del cuerpo. A excepción de las células reproductoras (espermatozoides y óvulos) y algunas otras excepciones (glóbulos rojos sanguíneos), las células contienen dos copias del material genético completo del animal. Cuando la célula se divide, el material genético se organiza en una serie de estructuras largas en forma de fibras llamadas cromosomas.En las células del cuerpo, cada cromosoma posee una contraparte que posee el mismo largo y forma (con la excepción de los cromosomas que determinan el sexo) y contienen la información genética del mismo rasgo. Estos dos cromosomas son miembros de un par de cromosomas, uno derivado del padre y otro de la madre.
El número de pares de cromosomas es típico de una especie y es generalmente abreviado con la letra "n". Por ejemplo, en humanos n=23, en cerdos n=19, en vacas n=30. Por lo tanto las células en el cuerpo humano, cerdos y vacas contienen 2n=46, 38 y 60 cromosomas, respectivamente.
Los genes se encuentran localizados a lo largo de los cromosomas. Un gen es la unidad funcional básica de la herencia; esto significa que contiene la información genética que es responsable por la expresión de un rasgo en particular. El largo completo de un cromosoma puede dividirse en miles de estas unidades funcionales, cada una responsable de un rasgo en particular.
Un gen se compone de ácido desoxiribonucleico o ADN. La función del ADN es la de llevar la información necesaria para la síntesis de proteínas. A medida que las proteínas son sintetizadas y que el ADN se replica a sí mismo, el número de células del cuerpo se incrementa (crecimiento) y las células pueden especializarse dentro de diferentes funciones específicas (desarrollo) en las que algunos genes se expresan otros no.
Por ejemplo, las células de la piel (tejido especializado) contienen todo el material genético necesario para recrear un individuo, pero los únicos genes especializados que se expresan en estas células son los responsables por la formación y el color del pelo.
Transmisión del material genético
Macho y hembra
Los testículos del toro y los ovarios de la vaca producen las células reproductoras por una serie de divisiones celulares que separan el número de cromosomas en una célula. El espermatozoide y el ovario contienen solamente un miembro del par de cromosomas.Por lo tanto, las células de la vaca y del toro contienen 60 cromosomas (2n = 60), pero el espermatozoide en el semen y el óvulo en los ovarios contienen solamente 30 cromosomas (n=30, Figura 2). Los dos principios básicos de la transmisión de un rasgo (ejemplo sexo) son los siguientes:
1) Separación de los pares de cromosomas durante la formación de las células reproductoras;
2) Unión del espermatozoide con el óvulo para crear una nueva célula con un conjunto único de cromosomas.
Para 29 pares de cromosomas, ambos miembros son visualmente idénticos. De todas formas, para uno de los pares, un miembro es mucho más largo; es llamado cromosoma X, y el miembro más corto es llamado cromosoma Y. Todos los óvulos llevan el cromosoma X, pero el espermatozoide puede llevar ya sea el cromosoma X o el Y.
Durante la división celular para formar las células reproductoras, cada miembro del par de cromosomas va hacia una célula por separado. Como resultado, 50% de los espermatozoides llevarán el cromosoma X y el otro 50%, el cromosoma Y. Si por casualidad un espermatozoide que lleva el cromosoma Y fertiliza un óvulo, la descendencia será macho.
Si la descendencia recibe dos cromosomas X, se desarrollará una hembra . Es importante darse cuenta que es imposible predecir el sexo de la descendencia al momento del apareamiento (inseminación); aún así, podemos predecir que, en promedio, 50% de la descendencia serán machos y 50% hembras.
Rasgos cualitativos
Los rasgos cualitativos tienden a caer dentro de categorías discretas. Generalmente solo uno o unos pocos genes poseen un gran efecto sobre los rasgos cualitativos. El medio ambiente tene generalmente un pequeño papel al influenciar la categoría dentro de la que el animal cae. En este caso, el fenotipo de un animal refleja su genotipo. Ejemplos de rasgos cualitativos son:* Color de pelo.
* Defectos hereditarios como enanismo.
* Presencia o ausencia de cuernos.
* Tipo sanguíneo.
Rasgos cuantitativos
Los rasgos cuantitativos difieren de los cualitativos de dos formas importantes:1) Se encuentran influenciados por muchos pares de genes.
2) La expresión fenotípica es influenciada más fuertemente por el medio ambiente que en el caso de los rasgos cualitativos.
Muchos de los rasgos de importancia económica importante en el ganado lechero son cuantitativos:
* Producción de leche.
* Composición de la leche0.
* Conformación (también llamado tipo).
* Eficiencia de conversión de alimento.
* Resistencia a enfermedades.
La influencia combinada de muchos genes y el efecto del medio ambiente en los rasgos cuantitativos hacen que sea mucho más difícil el determinar el genotipo exacto que en el caso de la mayoría de los rasgos cualitativos.
Algunas veces, el fenotipo del animal nos dice muy poco acerca de su genotipo. Por ejemplo, un registro de lactancia solamente dice una fracción de la información acerca de el mérito genético de la vaca para producción de leche.
¿Qué hace que el genotipo de una vaca sea único?
Cuando se forman los óvulos, ellos reciben uno de los dos miembros del par de cromosomas. Por lo tanto, un cromosoma en particular en un óvulo puede ser el primer o el segundo miembro del par de cromosomas de los padres. Existen solamente dos tipos de óvulos para un gen en particular. Si en lugar de un par de cromosomas, consideramos dos, ¿cuál es el número de diferentes óvulos?.En otras palabras, cuál es el número total de combinaciones cromosómicas posibles?. La situación es la misma que la de arrojar dos monedas al mismo tiempo. El número de posibles combinaciones es: dos posibles valores para la primera moneda multiplicado por los dos posibles valores de la segunda = 2 x 2 = 22 = 4 diferentes posibilidades. El número de diferentes genotipos para un óvulo es cuatro y la probabilidad de una combinación en particular de cromosomas es de 1/4. Esto es también verdad para el número de posibles genotipos en las células reproductoras masculinas.
Por lo tanto, cuando uno de cuatro posibles clases de espermatozoides fertiliza uno de cuatro posibles combinaciones de óvulos el número de descendientes genéticamente diferentes es 4 x 4 = 16 (ejem., 22 x 22 ). Por lo tanto, las chances de que un genotipo en particular se presente en el recién nacido es 1/16.
Cuando los 30 pares de cromosomas del ganado lechero se separan durante la formación de las células reproductoras y luego se vuelven a unir en el momento de la fertilización, el número total de posibles combinaciones cromosómicas es 230 x 230 = 1.152.900.000.000.000.000, cada uno siendo único.
Con este número de posibilidades para cada apareamiento, es fácil entender por qué dos individuos no son iguales en una población, aún cuando tengan el mismo padre.
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