Uso informacion genomica

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“USO DE LA INFORMACIÓN GENÓMICA EN EL 
MEJORAMIENTO GENETICO DE LOS ANIMALES DE GRANJA”
Gustavo A. Gutiérrez Reynoso, Ph.D.
Programa de Mejoramiento Animal
Laboratorio de Genética Molecular Animal
Instituto de Investigación en Bioquímica y Biología Molecular
UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA
FACULTAD DE ZOOTECNIA
Cromosomas, genes y marcadores 
moleculares
Genomas secuenciados
Mapa citogenético
integrado de la alpaca
• 230 marcadores distribuidos en
los 36 pares de cromosas
autosomales y par sexual.
• Bloques homologos del genoma
de la alpaca con el de camello y 
humano.
• Avila et al. 2015
Mutación
OMIA 000683-9913 : Muscular hypertrophy (double 
muscling) in Bos taurus
SELECCIÓN 
Selección Artificial:
§ Es la que realiza el hombre para elegir a los animales, según objetivos 
específicos, que van a ser utilizados como padres de la siguiente generación. 
FENOTIPO = GENETICA + AMBIENTE
ETAPAS DE UN PROGRAMA 
DE MEJORAMIENTO GENETICO
1. Definición de los objetivos de selección
2. Elección de los criterios de selección
3. Organización de servicios de registros
de Genealogía y producción
4. Elección de los mejores animales 
5. Uso de los animales seleccionados
Ponzoni (1986)
3. Registros de genealogía y producción
Pruebas de paternidad
Pruebas de identificación
http://www.ac-rennes.fr/pedagogie/svt/cartelec/cartelec_lyc/premiere_s/vegetal/adn/adn_anim.gif
http://www.ac-rennes.fr/pedagogie/svt/cartelec/cartelec_lyc/premiere_s/vegetal/adn/adn_anim.gif
Familias de alpacas analizadas con el Microsatélite 
VOLP92
Rodriguez y colaboradores (2004)
4. Elección de los mejores animales
Predicción de merito genético:
a. Pruebas de Rendimiento
b. Pruebas de Progenie
c. Evaluación poblacional
d. Evaluación genómica
Evaluaciones genéticas
 Evaluación Poblacional
 Genealogía + Fenotipo
 Modelo Animal (BLUP)
 Evaluaciones internacionales
 Evaluaciones Genómicas
4. Elección de los mejores animales
Uso de la información molecular en la selección
Genes 
desconocidos
Identificar el QTL 
o un marcador 
QTL
Información 
fenotipo
EBV
Información
genotipo
Estrategia
de
Selección
Genética molecular ?
• Puntaje 
molecular
(Dekkers ,2008)
Genes
Ventajas de la información molecular para su uso en 
selección 
Genética Molecular
QTL
• Heredabilidad = 1
• Se observa en ambos sexos
• Se observa a cualquier edad
• Se observa para cualquier 
carácter
(Dekkers ,2008)
 Selección asistida por marcadores y genes
 QTL en ganado bovino lechero: DGTA1 para % grasa y 
ABCG2 para % proteína
 α1-caseína en cabras lecheras
 Portadores de enfermedades:
Vacunos: BLAD, DUMPS, CVM
Cerdos: Síndrome Stress Porcino
Ovinos: Scrapie
Códigos genéticos en la raza Holstein
Selección asistida por marcadores y genes
OMIA-Online Mendelian inheritance in Animals
http://omia.angis.org.au/home/
Vista del 13 Julio del 2016
http://omia.angis.org.au/home/
http://omia.angis.org.au/OMIA000683/9913/
http://omia.angis.org.au/OMIA000683/9913/
OMIA 000683-9913 : 
Muscular hypertrophy (double muscling) in Bos taurus
http://omia.angis.org.au/OMIA000683/9913/
Molecular basis: Molecular basis: Sequencing of myostatin DNA from homozygous normals and double-muscled cattle revealed an 11-bp
deletion (of nucleotides 821 to 831), resulting in a frameshift and subsequent premature termination, in the bioactive carboxy-terminal domain of
the gene in Belgian Blue cattle (Grobet et al., 1997; Kambadur et al., 1997; McPherron and Lee, 1997). This is a region that is very highly
conserved in the TGF family of peptides. The same mutation is responsible for double-muscling in the Asturiana breed (Grobet et al. 1998;
Georges et al., 1998).
In contrast, double-muscled Piedmontese cattle have a G-A transition that changes a cysteine residue to a tyrosine in the same highly-conserved
region of the gene (Kambadur et al., 1997; McPherron and Lee, 1997).
In a screen of 35 double-muscled cattle from 10 European breeds, seven different sequence variants (alleles) were discovered in the coding region
of the myostatin gene (Grobet et al., 1998; Georges et al., 1998). Five of these could cause a deficiency of myostatin: the 11bp deletion already
described; an insertion/deletion in which 10 unrelated bases are inserted in the place a 7 bases that have been deleted at nucleotide 418; a C-T
transition at nucleotide 610; a G-T transversion at nucleotide 676; and a G-A transition at nucleotide 938. Two other mutants were unlikely to
cause a deficiency: a C-A transversion at nucleotide 282 (resulting in a conservative Phe-Leu amino-acid substitution); and a silent C-T transition
at nucleotide 414. For most of the breeds, double-muscled animals were homozygous for one of the five harmful mutations, or were compound
heterozygotes for two mutants. Obviously, there is considerable genetical heterogeneity in the cause of double muscling. Furthermore, the
mutations are not all unique to one breed: two are shared by more than one breed. In addition, two breeds (Limousin and Blond d'Aquitane) have
double-muscling but do not have any of the five harmful mutations. Clearly, there are more harmful mutations to be discovered. More importantly,
the discovery that mutations in the myostatin gene have a profound effect on meat yield and quality opens the way for elucidating the role of
myostatin in meat production, which in turn will suggest novel (possibly non-genetic) ways of enhancing meat yield and quality.
Dierks et al. (2015) reported a novel MSTN mutation (c.191T>C, p.Leu64Pro) in double-muscled German Glebvieh cattle.
http://omia.angis.org.au/OMIA000683/9913/
Breed Haplotype
OMIA
9913 ID1
Functional/
gene name Frequency (%) Chromosome
Holstein HBR 001199 Black/red coat color/
MC1R(MSHR)
0.8 18
HCD 001965 Cholesterol deficiency 2.5 11
HDR 001529 Dominant red coat color 0.04 3
HH0 000151 Brachyspina/FANCI 2.76 21
HH1 000001 APAF1 1.92 5
HH2 001823 — 1.66 1
HH3 001824 SMC2 2.95 8
HH4 001826 GART 0.37 1
HH5 001941 — 2.22 9
HHB 000595 BLAD/ITGB2 0.25 1
HHC 001340 CVM/SLC35A3 1.37 3
HHD 000262 DUMPS/UMPS 0.01 1
HHM 000963 Mulefoot/LRP4 0.07 15
HHP 000483 Polledness/POLLED 0.71 1
HHR 001199 Red coat color/
MC1R(MSHR)
5.42 18
1Online Mendelian Inheritance in Animals (OMIA) identification number for Bos taurus (National Center for Biotechnology Information species code
9913).
http://omia.angis.org.au/OMIA001199/9913/
http://omia.angis.org.au/OMIA001965/9913/
http://omia.angis.org.au/OMIA001529/9913/
http://omia.angis.org.au/OMIA0151/9913/
http://omia.angis.org.au/OMIA0001/9913/
http://omia.angis.org.au/OMIA1823/9913/
http://omia.angis.org.au/OMIA1824/9913/
http://omia.angis.org.au/OMIA1826/9913/
http://omia.angis.org.au/OMIA1941/9913/
http://omia.angis.org.au/OMIA0595/9913/
http://omia.angis.org.au/OMIA1340/9913/
http://omia.angis.org.au/OMIA0262/9913/
http://omia.angis.org.au/OMIA0963/9913/
http://omia.angis.org.au/OMIA0483/9913/
http://omia.angis.org.au/OMIA1199/9913/
http://aipl.arsusda.gov/reference/recessive_haplotypes_ARR-G3.html#OMIA14
Spelman y colaboradores (2002)
DGAT1: diacylglycerol o-acyltransferase 1
Distribución de efectos de SNPs para Merito Neto (Net 
Merit)
Cole y colaboradores (2008)
(Cañon, 2006)
Selección Genómica
Selección genómica 
 Predicción de merito genético (valores de cría) genómico en 
animales de granja.
Selección Genómica
• Existe un gran numero de marcadores 
moleculares SNP distribuidos en distancias 
cortas a lo largo del genoma (>900,000 en 
vacunos).
• Los efectos de cada segmento de cromosoma 
flanqueado por SNP puede ser estimado para 
un carácter.
• La suma de los efectos de cada SNP es 
utilizado para la predicción del valor de cría 
genómico.
Illumina SNPs chips
 BovineSNP50
 Version 1 54,001 SNP 
 Version 2 54,609 SNP 
 45,187 used in evaluations
 HD
 777,962 SNP
LD
 6,909 SNP
HD
50KV2 
LD 
(Wiggans, 2011)
Implementación de la selecciónGenómica
(Dekkers ,2010)
 Introgresion asistida por 
marcadores moleculares
 Gen de la Fertilidad en ovinos Boorola
 Gen del cuello desnudo en gallinas
Fec+ Fec+ Fec+ FecB FecB FecB
Tasa de ovulación 1.3 2.8 4.3
Tamaño de camada 1.2 2.1 2.7
Introgresion asistida por marcadores
 Gen de la Fertilidad en ovinos Boorola
Suffolk Booroola
Merino
Fec+Fec+ x FecBFecB
Fec+Fec+ x Fec+FecB (50% S)
Fec+Fec+ x Fec+FecB (75% S)
Fec+Fec+ x Fec+FecB (87.5% S)
Fec+Fec+ x Fec+FecB (93.75% S)
96.875 S Fec+FecB x Fec+FecB
96.875 S FecB FecB
Van Eenennaam, REDBIO 2016
EDICIÓN Y DELECIÓN DE GENES
CRISPR/Cas
Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats
Repeticiones palindrómicas cortas agrupadas y regularmente espaciadas
Lammoglia-Cobo et al., 2016
CRISPR/Cas9
EDICIÓN Y DELECIÓN DE GENES
Lammoglia-Cobo et al., 2016
Mecanismo de Defensa
Mecanismo de Reparación
 No homóloga: NHEJ
 Homóloga: HDR
CRISPR/Cas9
EDICIÓN Y DELECIÓN DE GENES
Lammoglia-Cobo et al., 2016
tracrARN: 
• ARN no codificante, 
complementario a la 
secuencia repetida
ARNcr: 
• Transcrito maduro
• Guía al complejo 
CRISPR/Cas hacia su 
blanco al reconocer la 
secuencia complementaria
CRISPR/Cas9
EDICIÓN Y DELECIÓN DE GENES
Bortesi y Fisher, 2015
Sistema natural Sistema modificado
Species Trait Developer
Pig Putative resistance to African Swine Fever (ex-
warthog)
Roslin Institute (experimental)
Pig Porcine Reproductive and Respiratory 
Syndrome (PRRS) resistance
University of Missouri/Genus
(commercial intention)
Cattle Hornless dairy cattle Recombinetics
Angus
cattle
Heat tolerant Aberdeen Angus (white coat) AgGenetics
Sheep & 
cattle
Increased muscling (myostatin gene) Roslin Institute (experimental)
Pigs Increased muscling (myostatin gene) China
Pigs Micro-pigs (adult weight 15 kg cf 150kg) for 
sale as pets
BGI, 
Various Single sex offspring, for milk, eggs, avoiding 
castration
Fan et al 2013, Tan et al. 2013
Various Prevent production of allergens Yao et al 2014, Ni et al. 2014
Tomado de Dr Ann Bruce, University of Edinburgh, Junio 2016
Ejemplos de aplicacion de edicion de genes en animals de granja
Abstract
….., the CRISPR/Cas9 system was used with the aim of inducing knockout and knock-in alleles of 
the bovine PRNPgene, responsible for mad cow disease, both in bovine fetal fibroblasts and in IVF 
embryos. Five single-guide RNAs were designed to target 875 bp of PRNP exon 3, and all five were 
codelivered with Cas9. The feasibility of inducing homologous recombination (HR) was evaluated 
with a reporter vector carrying EGFP flanked by 1 kbp PRNP regions (pHRegfp). For somatic cells, 
plasmids coding for Cas9 and for each of the five single-guide RNAs (pCMVCas9 and pSPgRNAs) 
were transfected under two different conditions (1X and 2X). For IVF zygotes, cytoplasmic 
injection was conducted with either plasmids or mRNA. For plasmid injection groups, 1 pg
pCMVCas9 + 0.1 pg of each pSPgRNA (DNA2X) was used per zygote. In the case of RNA, two 
amounts (RNA1X and RNA2X) were compared. 
…… In somatic cells, 2X transfection resulted in indels and large deletions of the 
targeted PRNP region. Regarding embryo injection, higher blastocyst rates were obtained for RNA 
injected groups (46/103 [44.6%] and 55/116 [47.4%] for RNA1X and RNA2X) than for the DNA2X 
group (26/140 [18.6%], P < 0.05). In 46% (26/56) of the total sequenced blastocysts, specific gene 
editing was detected. 
Fig 6. Phenotype of lambs 30 days after birth.
Crispo M, Mulet AP, Tesson L, Barrera N, Cuadro F, et al. (2015) Efficient Generation of Myostatin Knock-Out Sheep Using CRISPR/Cas9 
Technology and Microinjection into Zygotes. PLOS ONE 10(8): e0136690. doi:10.1371/journal.pone.0136690
http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0136690
http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0136690
http://www.huffingtonpost.com/entry/mini-pigs-pets-china_us_560de3cde4b0af3706e0434e
Secuenciación de ADN 
+
Edición de ADN con CRISPR-Cas9
+
Clonación animal
=
Introgresión Molecular de Alelos de una raza a otra
Cibelli et al., 1998. Science 280: 
1256-1258 
F. Abel Ponce de León (2015) propone:
Van Eenennaam, REDBIO 2016
Uso de información molecular
• Verificación de paternidad (Rodríguez et al 2004; Iannacone, 2005).
* Reconstrucción de Pedigrí (Iannacone, 2005).
• Selección asistida por marcadores moleculares
* Identificación de QTLs
• Selección asistida por genes.
* Resistencia/susceptibilidad a enfermedades
• Selección genomica (Genomic selection).
http://www.ac-rennes.fr/pedagogie/svt/cartelec/cartelec_lyc/premiere_s/vegetal/adn/adn_anim.gif
http://www.ac-rennes.fr/pedagogie/svt/cartelec/cartelec_lyc/premiere_s/vegetal/adn/adn_anim.gif
5. Uso de los animales seleccionados
• Planes de apareamiento:
Información molecular
• para maximizar progreso el genético pero 
con mínimo incremento de la 
consaguinidad.
• Para optimizar los efectos de dominancia 
e interacción
Uso intensivo de tecnologías 
reproductivas 
- Inseminación artificial
- Fecundación In Vitro
- Transferencia de embriones
- Clonación
Fuente: INIA (2006)
http://www.inia.gob.pe/notas/nota078/
INIA 
E.E. Quimsachata 
Puno
Biotecnologías reproductivas
CIETE 
MINAG-UNALM
http://www.lamolina.edu.pe/Gaceta/edicion2008/notas/nota015.htm
Estructura genética 
4 rebaños: A, B, C y D
B
C
A
Núcleo genético disperso
Padres y 
madres
Padres
Mejores madres
Mejores madres
Esquema núcleo abierto
Esquema de núcleo 
genético Abierto
Apareamiento selectivo
Raza Kappa
caseína
Beta 
caseína
Beta 
lactoglobulina
Toro
Jacare1092
BS BB AB BB
Vaca 01 BS AB AA AA
Vaca 02 BS BB BB AB
Vaca 03 BS AA AB AB
Factores que afectan el progreso genético (∆G)
Por generación:
- Precisión (A)
- Intensidad de selección (i)
- Desviación estándar genético (A)
Anual:
- Intervalo generacional (L)
∆Gx = A * i * A
∆Gx = (A * i *A)
L 
Un carácter (X) Peso vellón
Diámetro de fibra
Implicancias
• El uso de la información molecular en el mejoramiento
genético contribuye:
• Mayor precisión en la estimación de los meritos genéticos.
• Mejor estimación de los parámetros genéticos.
• Reducción del intervalo generacional
• Formación de una estructura genética funcional.
• Identificación de individuos portadores de enfermedades
geneticas o suceptibles a enfermadades.
Implicancias
• El uso de la información molecular en la conservación de
los recursos genéticos:
• Estudio de la diversidad genética.
• Identificación de poblaciones a conservar.
• Valor utilitario a los recursos zoogeneticos.
• Diseño de planes de apareamiento.
• Identificación de individuos portadores de enfermedades
genéticas o susceptibles a enfermedades.
gustavogr@lamolina.edu.pe
Preguntas?
mailto:gustavogr@lamolina.edu.pe