Mejoramiento Genético Animal: Técnicas y Aplicaciones en la Producción Pecuaria

Mejoramiento Animal

Definición

Es una rama de la producción animal que estudia la herencia de los caracteres de importancia económica de las distintas especies domésticas.

Estructura Genética

La estructura genética de una población está determinada por sus parámetros y puede ser modificada a través de la selección o de los sistemas de apareamientos, con el fin de producir su mejoramiento genético.

Mejoramiento Genético

El mejoramiento genético consiste en la aplicación de principios biológicos, económicos y matemáticos para aprovechar la variación genética.

Genética

Es la ciencia que estudia los caracteres hereditarios.

Caracteres Hereditarios

Están impresos en los genes que se encuentran en los cromosomas que están en el núcleo, constituidos por DNA.

Se transmiten por el proceso de la meiosis que ocurre durante la gametogénesis la cual origina espermatozoides y óvulos de cuya unión resulta un cigoto que formará un nuevo individuo.

Fueron descubiertos por Gregorio Mendel que los clasificó en genes recesivos y dominantes.

MGA (Mejoramiento Genético Animal)

Conjunto de medidas adecuadas de manejo, que no solo permite obtener "mejoras", sino que llevan a un ordenamiento en cada una de las etapas productivas del establecimiento, lo que a su vez conlleva a una mejora sustancial en cada una de dichas etapas.

Factores de Reproducción

• Información genética
• Infraestructura
• Nutrición
• Sanidad
• Reproducción

Campos que contribuyen al MGA

• Biotecnología de la reproducción
• Modificación del genoma
• Selección mediante marcadores
• Transgénesis

Fenotipo y Genotipo

F = G + A (es decir que el fenotipo de un animal refleja su aptitud genética intrínseca o genotipo tal como se expresa en un medio ambiente determinado).

Criadores de Animales

Deben dominar los componentes ambientales perfeccionando las prácticas de cría y alimentación de los animales, la profilaxis y el tratamiento de las enfermedades.

Selección Artificial

Ha permitido obtener continuas mejoras de la composición genética de las especies domésticas.

Mejoramiento Genético de Animales (MGA)

• Práctico: combinación de razas
• Científico: tecnología reproductiva, molecular, clonación, marcadores genéticos

Objetivo del MGA

Es obtener una población con una media genética superior a la población inicial.

¿Cómo se logra?

• Aumentando genes favorables
• Recombinando los genes (apareamientos)
• Realizando sistemas dirigidos de producción

Herramientas Primordiales del MGA

Selección y sistemas de apareamiento.

Selección

(Determinar cuáles individuos van a dejar descendencia) Proceso que consiste en escoger de lo bueno, lo mejor y de lo mejor lo superior.

Sistemas de Apareamiento

(Determinar cómo los individuos seleccionados serán apareados).

Tipos de Selección

• Por pedigree
• Por mérito individual
• Por comportamiento de la descendencia

Por Pedigree

De un animal es la historia de las características de sus antepasados: padres, abuelos, bisabuelos.

Por Mérito Individual

Características altamente heredables, escoger los animales para su reproducción, basándose en su fenotipo o comportamiento.

Por Comportamiento de la Descendencia

Llamadas pruebas de progenie (hijos), consiste en estudiar y comparar las características de la descendencia de un grupo de reproductores, para tratar de conocer cuáles son de mayor valor genético.

Heredabilidad

Marca el camino a seguir en el mejoramiento, donde una H alta permite realizar una selección y una H baja lleva a sistemas dirigidos de reproducción (consanguinidad y cruzamientos).

Depende de:

• Identificación de los animales genéticamente superiores
• Intervalo entre generaciones: entre más breve es el intervalo, más rápido son los progresos genéticos
• Intensidad de la selección: cuanto más se aparte los futuros animales reproductores del valor medio de sus contemporáneos, mayor será el mejoramiento genético

Correlación entre Caracteres

Es la tendencia que tienen dos o más genes a variar juntos en la misma dirección (correlación positiva) o en distintas direcciones (correlación negativa). Es importante debido a que la unidad de selección con la que cuenta el mejorador es el “animal” y no el carácter. Sus valores pueden ir desde -1 a 1.

Modelos de Evaluación Genética

Utilizan los efectos genéticos aditivos directos (del propio animal).

Efectos Aditivos

Son aquellos que se deben al efecto independiente de cada alelo y son positivos como la heterosis o vigor híbrido, aspecto muy importante del cruzamiento.

Heterosis

La heterosis se refiere a la superioridad del animal cruzado en relación con el promedio de sus padres de raza pura. Generalmente se informa como un porcentaje del mejoramiento del rasgo de interés.

Consanguinidad

Dos o más individuos son parientes cuando tienen por lo menos 1 antepasado o ancestro común. Esta puede brindar pares de genes homocigotos deseables y puede utilizarse para producir individuos superiores, siendo beneficiosa.

Se favorece por:

• Apareamiento dirigido IA
• Apareamiento al azar en poblaciones pequeñas

Depresión Consanguínea

O de la presencia de genes recesivos indeseables: 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.

Repetibilidad

Es la correlación entre medidas sucesivas sobre un mismo individuo a lo largo de su vida para un carácter determinado.

Parámetros Poblacionales

La magnitud de los parámetros es propia de cada población y no son extrapolarse a otras. Son una propiedad de la población evaluada y del ambiente en la cual se desarrolla. Cualitativos y cuantitativos.

Parámetros Poblacionales para Caracteres Cuantitativos

• Media de la población
• Varianza fenotípica, genotípica, ambiental
• Relaciones entre variabilidad y frecuencias genéticas
• Heredabilidad
• Repetibilidad
• Correlación entre caracteres (correlación fenotípicas, ambientales y genéticas)

Ventajas del MGA

• Permiten incrementar el número de machos para ser usados como reproductores
• ✓ Reemplazar las razas de los machos utilizados en forma rotacional, permiten mantener altos los niveles de heterosis
• ✓ Se buscan características deseables que se encuentran en poblaciones diferentes como la adaptación a ambientes difíciles y la capacidad de producir con mayor eficiencia
• ✓ Uso de algoritmos genéticos, que permiten la predicción de la consanguinidad

Biotecnología Aplicada al Mejoramiento Genético del Ganado

Técnicas

• Técnicas de reproducción
• Manipulación del genoma y la selección mediante marcadores
• Transgénesis aplicada a los animales de cría

La biotecnología se ha integrado al arsenal de herramientas destinadas a mejorar los componentes ambientales (A) y naturales (G).

Métodos Destinados a Aumentar el Potencial Reproductivo del Ganado

El MGA involucra procesos de evaluación genética y difusión del material genético seleccionado, en los cuales se pueden usar tecnologías reproductivas artificiales tales como la inseminación artificial (AI), la ovulación múltiple y transferencia embrionaria (OMTE), la fertilización in vitro de embriones, así como el uso de marcadores de ADN.

Inseminación Artificial (IA)

Deposita semen en el tracto genital femenino, generalmente usando semen congelado. Puede realizarse por laparoscopia, bajo anestesia general, depositando el semen en los cuernos uterinos. El semen refrigerado a 5 °C debe usarse pocos días tras su recolección.

Dispositivos Vaginales

De liberación de hormonas esteroides (progesterona), tratamiento luteolítico con prostaglandinas, y gonadotrofinas que inducen la ovulación.

2 Grupos de Preparaciones Hormonales

1. Progestágenos
2. Prostaglandinas

1-Progestágenos

Que tienen como efecto principal un bloqueo hipotálamo-hipofisiario simulando una fase lútea.

2-Prostaglandinas

Y sus análogos que actúan como agente luteolítico sobre el cuerpo lúteo.

Ciclo Estral

Es un proceso fisiológico que ocurre en el ovario, producido por variaciones hormonales y que se presenta a intervalos regulares durante la vida reproductiva de las hembras.

Clasificación Según la Periodicidad

• Monoéstricas
• Poliéstricas estacionales
• Poliéstricas continuas

Fases del Ciclo Estral

Cuatro periodos agrupados en dos fases:

• Fase folicular
• Fase luteínica

Fase Folicular

ProEstro + Estro: inicia con la regresión o luteolisis del CL y finaliza con la ovulación, su duración es corta, comprende alrededor del 20% del ciclo. Durante esta fase ocurre la maduración folicular por lo que el esteroide gonadal dominante es el estradiol.

Fase Luteínica

MetaEstro + DiEstro: inicia con la ovulación seguida de la formación del CL funcional hasta su luteolisis o regresión por lo tanto, la hormona dominante es la progesterona y comprende el 80% del ciclo.

Ovulación

Estro y metaestro, fase folicular.

Esquema General (Vaca)

Excepto el momento preciso de la ovulación: diestro, fase luteal.

Luteólisis

Proestro, fase folicular 30%.

Ventajas de la IA

Es la biotecnología más difundida en la producción animal, en particular de bovinos. Permite la utilización en gran escala de un pequeño número de reproductores de élite. Ha tenido repercusiones espectaculares en la intensidad de la selección. Además, ha facilitado la ejecución del programa de evaluación de la descendencia.

Calidad del Semen

Requerimientos para la Selección de Reproductores

• Salud general
• Valor genético
• Examen reproductivo
• Capacidad de servicio

Ovulación Múltiple y Transferencia de Embriones (OMTE)

La OMTE ofrece posibilidades para acentuar el mejoramiento genético aumentando la intensidad de la selección de las hembras.

• El principal efecto de la OMTE podría deberse a la reducción del intervalo entre generaciones, en comparación con el programa clásico de evaluación de la descendencia.
• La técnica de transferencia de embriones involucra otros aspectos tales como la recolección de los embriones, que ha de hacerse por vía quirúrgica, o laparoscopia, bajo anestesia general, la manipulación, evaluación y selección de los embriones, en condiciones e instalaciones adecuadas, y la transferencia a hembras receptoras sincronizadas hormonalmente con las hembras de las que se obtienen los embriones.

Superovulación

Es la producción de un número de óvulos superiores a lo habitual durante un ciclo sexual mediante la aplicación de gonadotropinas.

Folículo

1 bola grande.

Folículos

Varias bolitas.

Técnicas de Transferencias de Embriones

Superovulación + inseminación artificial + recogida de embriones (hembra donante) + transferencia de embriones (hembra receptora).

Vitrificación

Es otro procedimiento de criopreservación, en el cual el embrión es sometido a una solución crioprotectora altamente concentrada, que provoca una deshidratación drástica y extrema. N2 líquida.

Refrigerar

0-4 °C / 24 h.

Congelar

Líquido de nitrógeno a -196 °C.

Descongelar

Agua a 37 °C / 30 seg.

Fecundación in vitro (FIV)

Es una técnica de reproducción animal asistida, como prueba de fertilidad en los animales reproductores y mejor aprovechamiento del potencial biológico que poseen, tanto las hembras como los machos de los animales de granja. Involucra el control de los mecanismos de maduración e interacción de los gametos femeninos y masculinos en un ambiente artificial con el fin de producir embriones.

Elementos Clave para el Éxito de la FIV

• El espermatozoide
• Capacitación espermática
• El ovocito
• Cultivo in vitro de los ovocitos
• Volumen del medio
• Tiempo de cocultivo
• La valoración de los resultados de la FIV

Etapas de la Fecundación in vitro

• Recolección de oocitos (RO)
• Maduración de oocitos in vitro (MIV)
• Fecundación in vitro (FIV)
• Transferencia de embriones

• Obtención de oocitos/ovocitos
• Maduración in vitro
• Fertilización in vitro
• Cultivo in vitro

• Selección de ovocitos
• Maduración in vitro
• Fertilización
• Cultivo in vitro

Uno de los retos de la FIV es mimetizar in vitro el proceso que prepara al espermatozoide para participar en la fecundación (proceso conocido como «capacitación») y que tiene lugar en el tracto genital femenino. Las condiciones fisiológicas necesarias para la fecundación varían entre especies y por tanto son difíciles de mimetizar en una incubación in vitro.

Transferencia de Núcleos o Clonación de Embriones

La clonación es la obtención de genes, población celular o individuos idénticos a partir de un solo individuo o progenitor a través de reproducción asexual, sin la participación de ambos progenitores o gametos -femenino y masculino- realizada por el hombre en el laboratorio, cuyos antecedentes datan de 1938. Sin embargo, es hasta la década de los 90 cuando adquiere dimensiones extraordinarias como biotecnología de reproducción animal asistida en animales de granja con importancia económica. Esta biotecnología, está siendo utilizada como una técnica de laboratorio para producir principalmente animales idénticos, mediante tres métodos:

Partición Embrionaria

Es una técnica relativamente simple y sencilla, los primeros que la realizaron fueron Sperman y Zalkember en 1919, empleando embriones de anfibios, los cuales fueron divididos en dos con la ayuda de un cabello humano.

Transplante de Núcleos de Células Embrionarias a Ovocitos Enucleados

La información genética del ovocito es sustituida por la del embrión. Se realiza a partir de embriones en sus primeros estadios de desarrollo –4 a 32 células- se separan éstas. Por otra parte, se obtienen ovocitos a los cuales se les retira el núcleo y después se les introducen las células embrionarias y se incuban, mediante estimulación eléctrica, se induce la fusión celular para dar origen a cigotos con el material genético de los embriones (clonación embrionaria).

Por Transplante Nuclear de Células Somáticas Adultas a Ovocitos Enucleados

En 1997 se reportó por primera vez el nacimiento de un mamífero producto de la clonación a partir de células adultas, empleando células de tejido mamario procedente de una oveja adulta; el clon o producto obtenido fue bautizado con el nombre de Dolly. Este hallazgo, realizado en el Instituto Roslin de Edimburgo, Escocia por un grupo de investigadores encabezado por Ian Wilmut, ha mostrado que las células adultas poseen la capacidad de reprogramarse e iniciar el crecimiento de un nuevo individuo y ha sentado las bases de la clonación en animales de granja.

ADN Muestra de Tejido, Amplificación por PCR, Determinación de Genotipos

Análisis Genéticos Preimplantatorio: Sexaje de Embriones, Genes de Leche, Genes de Carne

Muestra de Tejido Sangre/Pelo: Genotipos Haplotipos, Selección de Individuos

Por Transplante Nuclear de Células Somáticas Adultas a Ovocitos Enucleados

En 1997 se reportó por primera vez el nacimiento de un mamífero producto de la clonación a partir de células adultas, empleando células de tejido mamario procedente de una oveja adulta; el clon o producto obtenido fue bautizado con el nombre de Dolly. Este hallazgo, realizado en el Instituto Roslin de Edimburgo, Escocia por un grupo de investigadores encabezado por Ian Wilmut, ha mostrado que las células adultas poseen la capacidad de reprogramarse e iniciar el crecimiento de un nuevo individuo y ha sentado las bases de la clonación en animales de granja.

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Análisis Genéticos Preimplantatorio: Sexaje de Embriones, Genes de Leche, Genes de Carne

Muestra de Tejido Sangre/Pelo: Genotipos Haplotipos, Selección