Aplicación de la biología molecular en una Cpía de gen en reproductoras

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Janet Fulton 
Hy-Line Internacional 
IA, EE.UU. 
 
 
 
 
 
Aplicación de la Biología Molecular en una Compañía de Genética de 
Aves Reproductoras 
 
 
Resumen 
 
El campo de la biología molecular tiene el potencial de mejorar el proceso de 
selección en las compañías de genética de aves reproductoras comerciales. 
La biología molecular permitirá que los genetistas seleccionen directamente, 
por medio de los marcadores de ADN que se encuentran cerca de los genes o 
por los mismos genes. La selección basada en el ADN permite la identificación 
individual a la hora del nacimiento de las aves que tengan los genes deseados, 
en lugar de esperar varios meses para obtener una característica medida. La 
selección, por difícil y cara que sea medir las características, se puede hacer 
con más precisión y a un costo más bajo si se usa el ADN en la selección. Los 
machos pueden seleccionarse con más precisión por los genes que influyen en 
las características expresadas únicamente en sus hijas ó hermanas. La 
reciente secuencia del genoma del ave y la divulgación de esta información al 
público en marzo de 2004, realza aún más la aplicación de la biología 
molecular en la selección de aves comerciales. No se espera que la selección 
basada en los marcadores de ADN reemplace la selección convencional, sino 
que preferiblemente la complemente. 
 
 
 
Aplication of Molecular Biology in a Commercial Breeding Company 
 
Abstract 
 
The field of molecular biology has the potential for improving the selection 
process for commercial poultry breeding companies. Molecular biology will 
allow geneticists to select directly for either DNA markers that lie nearby to 
genes or for the actual genes themselves. DNA based selection allows 
identification, at hatch, of individuals with desired genes instead of waiting 
several months for trait measurement. Selection for difficult and expensive to 
measure traits can be done more accurately and for less expense by using DNA 
selection. Males can be more accurately selected for genes that influence traits 
expressed only in their daughters or sisters. The recent sequencing of the 
chicken genome and release of this information to the public in March of 2004 
further enhances the application of molecular biology to commercial poultry 
selection. Selection based on DNA markers is not expected to replace 
conventional selection, but rather to supplement it. 
 
Aplicación de la Biología Molecular en una Compañía de 
Genética de Aves Reproductoras 
Janet E. Fulton 
Hy-Line International 
PO Box 310, 
Dallas Center, IA USA 50063 
 
Introducción 
 
Hy-Line International es una compañía genética productora de aves ponedoras, 
enfocada totalmente en el mejoramiento de las aves ponedoras de huevo 
blanco y marrón. El programa de reproducción implica la selección de aves 
para el mejoramiento de más de 30 características relacionadas con el 
rendimiento de producción. La selección se realiza utilizando un análisis 
genético cuantitativo de los datos de rendimiento tanto de las aves individuales 
como los de la familia del ave. 
 
La biología molecular es un campo de estudios que se enfoca en la vida de las 
moléculas. Estas moléculas incluyen el ADN, ARN y las proteínas. El 
propósito del programa de biología molecular de Hy-Line es integrar la 
información de la biología molecular con las metodologías de genética 
cuantitativas y de este modo mejorar la eficiencia de la selección. 
 
Características y Medio Ambiente 
 
El mejoramiento genético se hace en cada generación por medio de la 
selección de dichas aves o familias que tengan el mejor rendimiento para 
varias características de producción de interés para el productor comercial de 
huevos. Todas las características, incluyendo las características de 
producción, son controladas por los genes. La selección basada en las 
medidas de rendimiento resultada en un aumento en la frecuencia de aquellos 
genes variantes que causan el efecto deseado en las características de interés. 
Las medidas exactas de las características son muy importantes para poder 
descubrir las diferencias genéticas. Las grandes influencias del medio 
ambiente pueden causar una variabilidad en la expresión de la característica y 
por lo tanto cubrir las diferencias genéticas. Por ejemplo, si a las aves se les 
provee insuficiente alimento, su producción de huevo bajará y no lograrán el 
nivel de producción de su capacidad genética. Se considerará que estas aves 
tienen características bajas, aunque tengan el potencial genético para lograr la 
misma producción que las aves que fueron alimentadas plenamente. Mientras 
más exacta sea la medida de la característica, más progreso genético se puede 
hacer. El control de las variaciones del medio ambiente es un componente 
muy importante para un programa de reproducción exitoso. 
Genes y Características 
 
Las características se deben a las expresiones de los genes o interacciones de 
los genes. Los genes son sencillamente las instrucciones para esas proteínas y 
para las interacciones de las proteínas que influyen las características. Los 
genes son secuencias del ADN. Así que un programa de reproducción de 
biología molecular depende de la investigación de ADN y de la identificación y 
utilización de las diferencias de las secuencias de ADN entre las aves. Una 
compañía genética productora de aves ponedoras está interesada 
principalmente en las características expresadas en las hembras, ya que el 
producto final es el huevo. Estas características de producción de huevo no 
pueden medirse hasta después de que la hembra alcance la edad reproductiva. 
Por lo tanto, las aves tienen varios meses de edad antes de que se pueda 
aplicar cualquier selección. Estas características limitadas sexualmente no 
pueden ser seleccionadas directamente en los machos. Un programa 
cuantitativo de reproducción genética puede seleccionar indirectamente en los 
machos utilizando la información de las hermanas y de las hijas. Todos los 
hermanos de los machos tienen el mismo valor de reproducción ya que tienen 
las mismas hermanas. Solamente haciendo pruebas de progenie y obteniendo 
los registros de las hijas se pueden identificar los machos con los mejores 
genes. Por lo tanto, toma un tiempo adicional considerable identificar a los 
mejores machos para la reproducción de la siguiente generación. 
 
El Medio Ambiente y los Genes 
 
Los genes son secuencias de ADN. Son las pequeñas diferencias en estas 
secuencias las que resultan en cambios en las proteínas que influyen en las 
características de producción. Estas secuencias de ADN existen tanto en los 
machos como en las hembras aún cuando no estén expresadas. Por lo tanto, 
las diferencias genéticas en las características de producción de huevo existen 
en los machos aunque estos no pongan huevos. Estas diferencias también 
ocurren y se pueden identificar sin importar la variabilidad en el medio 
ambiente. Las diferencias en el ADN se pueden identificar con mucha 
precisión a pesar de que las condiciones del medio ambiente no sean ideales y 
que pudieran impedir que las características se expresen. 
 
Características Difíciles y Costosas 
 
Algunas características son muy difíciles y muy costosas de medir. El registrar 
las características individuales del ave en cuanto a la eficiencia del consumo de 
alimento es un trabajo bastante intensivo. Las aves reproductoras no pueden 
estar expuestas a patógenos debido a las preocupaciones de bioseguridad, por 
lo que la resistencia a las enfermedades debe medirse por medio de pruebas 
de progenie, las cuales requieren tiempo adicional y un gran número de aves. 
Las características expresadas mucho más tarde en el ciclo de postura tales 
como la calidad de la cáscara y la persistencia, requieren de tiempo adicional 
considerable antes de que las aves tengan suficiente edad para medir el 
fenotipo. 
 
Selección Basada en el ADN 
 
Ya que el ADN se encuentra en todas lasaves al nacer, las diferencias en los 
genes pueden ser detectadas en las pollitas de un día de edad. Por lo tanto, 
las pruebas de ADN serían ideales para las características difíciles y costosas 
de medir, o que requieren medidas indirectas como la resistencia a las 
enfermedades. Las diferencias en el ADN pueden medirse bien tanto en los 
machos como en las hembras. Las pruebas basadas en el ADN son más 
rápidas y menos costosas que el registrar la información de las características 
y no sufren problemas con las variaciones del medio ambiente. Sin embargo, 
al final es el ave que debe producir el huevo comercial. La expresión de la 
característica es el componente final y el más importante. Por lo tanto, 
cualquier programa de selección basado en el ADN también debe integrar la 
información de la característica para producir un producto comercial exitoso. 
 
Selección Asistida por Marcadores 
 
La selección asistida por marcadores utiliza marcadores de ADN para 
identificar las diferencias en las secuencias del ADN. A pesar de que ahora 
todo el genoma del ave ha sido ordenado, todavía no comprenden totalmente 
la identificación de genes, las secuencias reguladoras y las interacciones entre 
los genes. Las diferencias en las secuencias de ADN que no están implicadas 
directamente con la codificación de la proteína son más frecuentes que las 
diferencias en los genes reales, y es muy probable que las diferencias en estas 
regiones de ADN no codificadas contribuyan a las diferencias en las 
características de rendimiento. En marzo de 2004 cuando se liberó el genoma 
del pollo había aproximadamente 2,000 marcadores de ADN en el pollo. Ahora 
que tenemos la secuencia completa de 1.1 mil millones de bases, tenemos la 
capacidad de desarrollar millones de marcadores nuevos. Estos marcadores 
pueden enfocarse en las regiones del genoma que se sabe que llevan los 
elementos genéticos que influyen en las características de interés comercial. 
 
Asociaciones de los Marcadores con Características 
 
Hay potencialmente millones de diferencias genéticas entre las aves 
(marcadores ADN). Para un programa de reproducción, el desafío es 
determinar cual de estos marcadores está cerca de los genes de interés. Se 
realizan experimentos iniciales en los cuales se cruzan diferentes líneas de 
aves. La progenie de estos cruces se vuelven a cruzar y las diferencias en las 
características se registran en la siguiente generación. Puede haber una 
variedad considerable en varias de las características de rendimiento en este 
grupo de aves. Por ejemplo, algunas aves pondrán huevos más grandes que 
otras aves. Estas diferencias se verán en muchas características. El 
rendimiento de producción puede ser medido y las aves entonces pueden ser 
identificadas como pertenecientes a los grupos con estas características 
extremadamente distintas. Ya que los padres vinieron de líneas diferentes, 
habrá una variación en sus marcadores de ADN. Esta variación puede ser 
seguida por las abuelas de las líneas puras a su progenie y subsecuentemente 
a sus nietas. Entonces puede hacerse la comparación de los marcadores de 
ADN en las aves con diferencias en las características. Esos marcadores de 
ADN que están cercanos genéticamente a las diferencias en el ADN que 
causan las diferencias en las características demostrarán distintas frecuencias 
en las aves con distintas diferencias en las características. Este proceso 
identifica esos marcadores que son de valor en el programa de reproducción 
comercial. Una vez que los marcadores son identificados como asociados con 
la característica de rendimiento, estos marcadores pueden utilizarse en el 
programa de selección para aumentar la frecuencia de esos genes que 
proveen un rendimiento óptimo. 
 
Programa Interno 
 
Para un valor y una eficiencia máxima, el programa de biología molecular 
necesita ser parte integral del programa de reproducción comercial. Para la 
fase de investigación y desarrollo, un programa interno asegura que las 
investigaciones se enfoquen en la genética específica de la compañía y en las 
características de importancia comercial. Se identifican los marcadores que 
son directamente aplicables a las ponedoras comerciales en donde van a ser 
utilizados. El énfasis de la investigación está en esas características que van 
beneficiarse más con el uso de las herramientas de la biología molecular. Un 
programa interno puede desarrollar métodos eficientes de examinar una gran 
cantidad de muestras, y métodos eficientes de muestreo. Estas eficiencias 
pueden utilizarse en la fase de aplicación del programa de reproducción. El 
desarrollo de nuevas tecnologías de investigación o de herramientas (tales 
como la secuencia del genoma o de los nuevos marcadores de alto 
rendimiento) puede aplicarse inmediatamente en un programa interno. 
 
Aplicación 
 
La biología molecular es de gran utilidad en mejorar la eficiencia de la selección 
para las compañías de producción de reproductoras comerciales. La selección 
puede aplicarse directamente en las características que se expresan solamente 
en un sexo, las características que son difíciles o muy costosas de medir, o las 
características que requieren mucho tiempo para medir. Utilizando la biología 
molecular como una herramienta para la selección puede proporcionar una 
información más exacta que implica medida directa. Sin embargo, la selección 
por medio de las herramientas de la biología molecular debe ser aplicada 
cuidadosamente ya que es una técnica muy poderosa. Si se aplica demasiado 
rápido, el énfasis puesto en una característica puede dañar a otra. Las 
correlaciones de las características deben ser identificadas y comprendidas a 
fondo. 
 
No son los genes de las aves comerciales los que producen el producto final, 
sino la misma ave. El resultado importante es la eficiencia y la productividad 
del ave final. Por lo tanto, cualquier uso de las tecnologías de la biología 
molecular debe utilizarse conjuntamente con los métodos estándares de 
reproducción y de selección. La biología molecular es una herramienta nueva y 
potencialmente muy exacta para mejorar el programa estándar de reproducción 
y de selección. No es un reemplazo para los programas cuantitativos de 
genética. 
 
Aplication of Molecular Biology in a Commercial Breeding 
Company 
Dr. J. E. Fulton 
Hy-Line International 
PO Box 310, 
Dallas Center, IA USA 50063 
 
 
Introduction 
 
Hy-Line International is a primary poultry breeding company, focused 
completely on the improvement of white and brown egg-laying chickens. The 
breeding program involves selection of birds for improvement of over 30 
production performance related traits. Selection is done using quantitative 
genetic analysis of performance data from both individual bird as well as family 
data. 
 
Molecular biology is the field of study that focuses on the molecules of life. 
These molecules include DNA, RNA and proteins. The purpose of the 
molecular biology program at Hy-Line is to integrate information from molecular 
biology with the methodologies of quantitative genetics and thus improve 
efficiency of selection. 
 
Traits and Environment 
 
Genetic improvement is made each generation by selecting those birds or 
families that have the best performance for various production traits of interest 
to the commercial egg producer. All traits, including production traits, are 
controlled by genes. Selection on the basis of performance measurements 
results in increased frequency of those variants of genes that cause the desired 
effect on the traits of interest. Accurate measurement of traits is very important 
in order to uncover genetic differences. Large environmental influences can 
cause variability in trait expression and thus mask genetic differences. For 
example, if some birds are supplied with insufficient feed, their egg production 
will drop and they will not attain the production level of their genetic capabilities.These birds will be considered to have poor traits, though they have the genetic 
potential to achieve the same production as full fed birds. The more accurate 
the trait measurement is, the more genetic progress can be made. The control 
of environmental variation is a very important component of a successful 
breeding program. 
 
Genes and Traits 
 
Traits are due to the expression of genes or gene interactions. Genes are 
merely the instructions for those proteins and protein interactions that influence 
traits. Genes are sequences of DNA. Thus a molecular biology breeding 
program relies on examination of DNA and identification and utilization of 
differences in DNA sequence between birds. An egg laying breeding company 
is primarily interested in traits expressed in females, since the final product is 
eggs. These egg production traits cannot be measured until after the female 
reaches reproductive age. Thus birds are several months old before any 
selection can be applied. These sex-limited traits cannot be directly selected for 
in males. A quantitative genetic breeding program can select indirectly in males 
by utilizing sister and daughter information. All full-brother males have the 
same breeding value since they have the same sisters. It is only by progeny 
testing and obtaining daughter records that those males with the better genes 
can be identified. Thus it takes considerable additional time to identify the best 
males for reproduction of the next generation. 
 
Environment and Genes 
 
Genes are sequences of DNA. It is the small differences in these sequences 
that result in changes in proteins that influence the production traits. These 
DNA sequences exist in both males and females even if they are not 
expressed. Thus genetic differences in egg production traits exist in males 
even though they do not lay eggs. These differences also occur and can be 
identified regardless of variability in the environment. Differences in the DNA 
can be very accurately identified despite sub-optimal environmental conditions 
that may not allow the traits to express. 
 
Difficult and Expensive Traits 
 
Some traits are very difficult and expensive to measure. Individual hen feed 
efficiency is a very labor-intensive trait to record. Breeding birds cannot be 
exposed to pathogens because of bio-security concerns, so disease resistance 
must be measured through a progeny test, which requires additional time and 
large numbers of birds. Traits expressed much later in the lay cycle such as 
late shell quality and persistency, require considerable additional time before 
the birds are old enough to measure the phenotype. 
 
Selection Based on DNA 
 
Since DNA is found in all chicks at hatch, differences in genes can be detected 
in the day old chick. Thus DNA tests would be ideal for traits that are difficult or 
expensive to measure or that require indirect measurement such as disease 
resistance. Differences in DNA can be measured equally well in both males 
and females. DNA based tests can be quicker and less expensive than 
recording trait information and do not suffer from problems with environmental 
variation. However, ultimately it is the bird that must produce the commercial 
egg. Trait expression is still the final and most important component. Thus, any 
DNA based selection program must also integrate trait information to produce a 
successful commercial product. 
 
Marker Assisted Selection 
 
Marker assisted selection utilizes DNA markers to identify differences in DNA 
sequences. Though the entire chicken genome has now been sequenced, the 
identification of genes, regulatory sequences and interactions between genes 
are not yet completely understood. Differences in DNA sequences not directly 
involved with protein coding are far more frequent than are differences in the 
actual genes, and it is quite likely that the differences in these non-coding 
regions of DNA contribute to differences in performance traits. Until the chicken 
genome was released in March of 2004 there were about 2,000 DNA markers in 
the chicken. Now that we have the sequence of the entire 1.1 billion bases, we 
have the ability to develop millions of new markers. These markers can be 
focused in regions of the genome known to carry genetic elements that 
influence traits of commercial interest. 
 
Marker Trait Associations 
 
There are potentially millions of genetic differences between birds (DNA 
markers). For a breeding program, the challenge is to determine which of these 
markers lie close to the genes of interest. Initial experiments are performed in 
which different lines of chickens are intercrossed. The progeny from this cross 
are mated and trait differences are recorded in the next generation. There can 
be considerable variety in various performance traits in this group of birds. For 
example, some birds will lay much larger eggs than others. These differences 
will be seen for many traits. Production performance can be measured and 
birds can then be identified as belonging to groups with these extremely 
different traits. Since the parents came from different lines, there will be 
variation in their DNA markers. This variation can be followed from the pure line 
grandparents to their progeny and subsequent granddaughters. Comparison of 
DNA marker can then be done in birds with trait differences. Those DNA 
markers that are genetically close to the differences in the DNA that cause trait 
differences will show different frequencies in birds with different trait differences. 
This procedure identifies those markers that are of value in a commercial 
breeding program. Once markers are identified that are associated with trait 
performance, these markers can be used in a selection program to increase the 
frequency of those genes that provide optimal performance. 
 
In-House Program 
 
For maximum value and efficiency, a molecular biology program needs to be an 
integral part of the commercial breeding program. For the research and 
development phase, an in-house program ensures that research is focused on 
the specific genetics of the company and on traits of commercial relevance. 
Markers are identified that are directly applicable to the commercial stocks 
within which they are to be utilized. Research emphasis is on those traits that 
would benefit most by the use of molecular biology tools. An in-house program 
can develop efficient methods of screening large numbers of samples, and 
efficient methods of sampling. These efficiencies can then be utilized in the 
application phase of the breeding program. The development of new research 
technologies or tools (such as genome sequence or new high throughput 
markers) can be immediately applied through an in-house program. 
 
Application 
 
Molecular biology has great application is improving efficiency of selection for 
the commercial breeding company. Selection can be applied directly on traits 
that are expressed in only one sex, traits that are difficult or expensive to 
measure or traits that require much time to measure. Using molecular biology 
as a tool for selection can provide more accurate information as it involves 
direct measurement. However, selection through molecular biology tools must 
be cautiously applied as it is a very powerful technique. If applied too quickly, 
emphasis may be placed on one trait to the detriment of another trait. Trait 
correlations must be thoroughly identified and understood. 
 
It is not the genes of the commercial birds that produce the final product, but 
rather it is the bird itself. The important outcome is the efficiency and 
productivity of the final bird. Thus any use of the technologies of molecular 
biology must be used in conjunction with standard breeding and selection 
methods. Molecular biology is a new and potentially very accurate tool for the 
enhancement of a standard breeding and selection program. It is not areplacement for quantitative genetic programs. 
 
 
 
	Abstract
	Introducción
	Características y Medio Ambiente
	Genes y Características
	El Medio Ambiente y los Genes
	Características Difíciles y Costosas
	Selección Basada en el ADN
	Selección Asistida por Marcadores
	Programa Interno
	Aplicación
	Introduction
	Genes and Traits
	Environment and Genes
	Difficult and Expensive Traits
	Selection Based on DNA
	Marker Assisted Selection
	Marker Trait Associations
	In-House Program
	Application
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