Universitat Autònoma De Barcelona DEL PASADO AL FUTURO DE LAS RAZAS BOVINAS DE CARNE AUTÓCTONAS. ANÁLISIS GENEALÓGICO Y DE M
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Universitat Autònoma de Barcelona Facultat de Veterinària Departament de Ciència Animal i dels Aliments DEL PASADO AL FUTURO DE LAS RAZAS BOVINAS DE CARNE AUTÓCTONAS. ANÁLISIS GENEALÓGICO Y DE MARCADORES SNP PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE LA SELECCIÓN GENÓMICA TESIS DOCTORAL JHON JACOBO CAÑAS ÁLVAREZ Director Dr. Jesús Piedrafita Arilla Programa de Doctorado en Producción Animal Bellaterra, mayo de 2015 Universitat Autònoma de Barcelona Departament de Ciència Animal i dels Aliments El trabajo de investigación “Del pasado al futuro de las razas bovinas de carne autóctonas. Análisis genealógico y de marcadores SNP para la implementación de la selección genómica” ha sido realizado por Jhon Jacobo Cañas Álvarez y se presenta como requisito para optar por el grado de Doctor. Bellaterra, quince de mayo de dos mil quince. El director de Tesis, El doctorando, Jesús Piedrafita Arilla Jhon Jacobo Cañas Álvarez AGRADECIMIENTOS Sin lugar a dudas son tantas las personas que durante todos estos años me han brindado su apoyo, que difícilmente lograré mencionarlos a todos. Intentaré resumir en mis agradecimientos a todos y cada uno de ellos. Quisiera iniciar agradeciendo a la vida por la oportunidad que me otorgó de poder estar acá, por permitirme emprender una aventura en la cual no sabía que me esperaría pero en la que sí sabía qué fin buscaba. Ha sido una aventura de muchos años, de experiencias únicas, que me han llevado a conocer y disfrutar sitios inigualables, y de gente nueva que me ha enriquecido tanto cultural como personalmente. Esta experiencia ha sido posible gracias al apoyo de Colciencias (Beca de formación doctoral “Francisco José de Caldas” 497/2009) y al gobierno de Colombia, quienes han visto en la educación la principal herramienta para lograr grandes cambios. De la misma manera, esto no habría sido posible sin la ayuda de mi director, Jesús, quien me apoyo y creyó en mí. Gracias por la paciencia y el apoyo durante estos años de doctorado; sin lugar a dudas sus aportes me ayudaron a crecer académicamente. A mi familia, por apoyarme siempre en la obtención de las metas que me he propuesto. Gracias a mi madre por ayudarme en todo momento, a crecer tanto espiritual como personalmente. Gracias por la educación que me has brindado durante todos estos años, por ser padre y madre al mismo tiempo, por ser esa “guerrera” en todo el sentido de la palabra. A mi abuelo, gracias por brindarme todo su apoyo y por sus sabios consejos. Abuela… en este difícil momento que estas pasando solo quiero decirte que esta tesis te la dedico complemente a ti. Gracias a todos por aguantar mi ausencia. También quiero agradecer a mi compañera de aventuras, a mi gran amor. Gracias Liliana por compartir todas estas experiencias conmigo. Experiencias que nos han permitido crecer y aprender mucho uno del otro. Momentos que sin duda quiero seguir pasando contigo durante todos los años de mi vida. Qué decir de ese gran amigo William, con quien inicié esta audaz aventura del doctorado, grandes momentos de diversión, estudio y anécdotas por contar ocurridas a lo largo de cuatro años. De esas personas especiales que conocí en Barcelona: Leidy, Fabio, Pedro, Genaro y Bruno, nunca me pude haber reído tanto y haber pasado tan buenos y grandiosos momentos a su lado. Espero nuestro pronto reencuentro, ya sea en Brasil, México, España o Colombia. Igualmente no quiero dejar de mencionar a todos los compañeros de Veterinaria: Quim, Marta, Ceci, Anna, Sara, Jacopo, Lais, Samir. Grandes compañeros que me hicieron sentir parte de su grupo y me brindaron todo su conocimiento. A los amigos del Máster: Sergio, Sonia, Sandra, Adriana y Ester, con los cuales compartí grandes experiencias. A todos los compañeros de producción: Las Marías, Arturo, Montse, Román, Rosa, Sara, Sergio y Sondes me brindaron momentos de diversión increíbles. De la misma manera no puedo dejar de lado a las grandes personas que conocí en el CRAG: Anna Puig, gracias por esas charlas en el momento que más las necesité; Yuliaxis, gracias por tu sencillez y colaboración; Antonia, gracias por esa alegría que siempre traes contigo; a todos los demás Erika, Jordi, Rayner y Bete ¡qué gran grupo! Finalmente quiero dar un agradecimiento muy especial a todo el grupo de Zaragoza: Luis, Juan, Aldemar, Sebastián, Elena y a todos los demás investigadores que hicieron parte de las publicaciones, sus aportes fueron muy valiosos. Gracias también a las asociaciones de las distintas razas por las muestras y datos aportados, sin estos no hubiera sido posible lograr esta tesis. iv RESUMEN Durante muchas décadas las razas autóctonas han permitido dar cumplimiento a numerosas necesidades de las diferentes comunidades. La variación genética de estas poblaciones ha sido un aspecto fundamental en el mantenimiento de la biodiversidad. Esta variación permite a los individuos diferenciarse entre sí, y es gracias a esta diferenciación que es posible estimar la diversidad, la evolución y la divergencia entre poblaciones. En la actualidad, las técnicas de genotipado masivo de SNP han proporcionado una herramienta muy útil, tanto para determinar la diversidad así como para la mejora genética animal. La selección genómica se ha convertido en un instrumento muy valioso para detectar diferentes regiones del genoma relacionadas con variantes fenotípicas de interés. Sin embargo, en las razas españolas de vacuno de carne su aplicabilidad no ha sido tan evidente hasta ahora. Es por esta razón, que las preguntas más importantes que se plantearon en esta tesis doctoral fueron: 1) determinar la cantidad de variación genética que hay en las principales razas autóctonas de ganado de carne español; 2) estimar la estructuración de esa variación en las distintas poblaciones; 3) calcular las distancias genéticas y tener una visión global del grado de mixtura entre las distintas razas; y 4) explorar la historia y constitución genética de las razas a través del desequilibrio de ligamiento, la persistencia de fases y el tamaño efectivo ancestral con miras a una futura implementación de la selección genómica. Las razas objeto de estudio, el acrónimo y el número de trios -padre, madre y descendiente- utilizados fueron los siguientes: Asturiana de los Valles (AV, 25), Avileña-Negra Ibérica (ANI, 24), Bruna dels Pirineus (BP, 25), Morucha (Mo, 25), Pirenaica (Pi, 24), Retinta (Re, 23) y Rubia Gallega (RG, 22). Para dar respuesta a estas inquietudes se partió de la estimación de los parámetros demográficos y poblacionales evaluados mediante un análisis de pedigrís. Para este análisis se empleó la información registrada en los libros genealógicos desde su creación hasta el año 2009. Los resultados mostraron incrementos continuos de los censos poblacionales y una alta tasa de intercambio de machos reproductores entre rebaños en todas las razas evaluadas. La alta incidencia de la inseminación artificial en la raza RG incrementó el número promedio de progenie por cada toro a 299,5 descendientes; para las demás razas varió entre 35,9 y 89,8 descendientes. La compleción del pedigrí mostró i índices promedio del 92% una generación atrás y del 61% si se consideran seis generaciones atrás. Para los animales nacidos en 2009, los coeficientes de endogamia promedio variaron entre 0,6% (BP) y 7,2% (Re). Se observó un aumento general de la endogamia media en todas las razas. El tamaño efectivo de la población, basado en el incremento promedio de la tasa de endogamia individual para generaciones equivalentes, varió entre 19 (Mo) y 90 (AV) en el año 2009. El número efectivo de ancestros osciló entre 42 (RG) y 838 (BP) y fue menor de lo que era el número efectivo de fundadores en todas las razas, lo que sugiere la existencia de cuellos de botella en las poblaciones estudiadas. Estos hechos sugieren la necesidad de implementar una política para el manejo adecuado de los apareamientos que ayude a controlar la endogamia y no perder la variabilidad genética. Posteriormente, y con el fin de complementar estos análisis, se evaluó la diversidad y divergencia genética por medio de marcadores moleculares de tipo SNP obtenidos a partir de un chip de Illumina de alta densidad (778 K). Los resultados mostraron una heterocigosis esperada de alrededor de 0,30. Por su parte, el análisis de varianza molecular (AMOVA) reveló que el 94,22% de la variación total se explica por las diferencias entre los individuos mientras que sólo el 4,46% fue el resultado de las diferencias entre las poblaciones. Estos resultados indicaron gran diversidad dentro de individuos y un bajo grado de divergencia entre las razas. Las distancias genéticas de Nei, estimadas entre cada par de poblaciones, oscilaron entre 0,009 (ANI-BP) y 0,016 (Pi-Re). El árbol filogenético de neighbor joining (N-J) y el análisis de componentes principales (PCA) mostraron dos grupos principales de razas: Pi y BP, por un lado, y ANI, Mo y Re, por el otro. Las razas AV y RG, por su parte, ocuparon una posición intermedia. El análisis de clúster asignó la mayoría de los individuos a grupos que coinciden con la población de origen, sin embargo también reveló cierto grado de mixtura entre las razas. Finalmente, se estimó la magnitud del desequilibrio de ligamiento (LD) y la persistencia de las fases haplotípicas a partir de los marcadores moleculares, y se calculó el tiempo de divergencia, y el tamaño efectivo ancestral de la población. Las estimaciones promedio del LD para los marcadores adyacentes estuvieron en el entorno de 0,52 en las siete razas, y disminuyeron a medida que se incrementó la distancia entre los marcadores (0,07 y 0,05 para los marcadores separados 200 kb y 1000 kb, respectivamente). Estos resultados indican que con un panel de cómo mínimo 38.000 SNP sería suficiente para alcanzar un programa de selección genómica exitoso dentro de cada raza.