Marcadores genéticos y sus aplicaciones2010 - IATS

Marcadores genéticos y sus aplicaciones
Alicia Felip y Carlos Saavedra
Master Interuniversitario en Acuicultura UPV-UVEG-CSIC
2009-2010
Marcadores genéticos y sus aplicaciones
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Marcadores Genéticos: tipos y características
Marcadores monolocus: tipos y clasificación
Marcadores en gestión de recursos genéticos: poblaciones
naturales y criaderos.
Marcadores multilocus.
Mapas de ligamiento.
Detección de QTL.
Selección asistida por marcadores.
Clonaje posicional.
Marcadores asociados al sexo en peces
1.a. Concepto de Marcador Genético
Pez cebra Danio rerio
Concepto de marcador genético
Un fragmento de DNA, o el producto de su expresión, que
presenta polimorfismo y tiene una pauta de herencia
contrastada
Los marcadores se utilizan a modo de “etiquetas” de una
unidad genómica concreta (gen, región cromosómica,
cromosoma, complemento cromosómico) en un individuo,
población o especie.
Mejillones Mytilus sp.
1.b. Marcadores Genéticos Moleculares
Polimorfismos de Proteinas
Hemoglobina
Ramshaw et al. 1979, Genetics, 93
1.b. Marcadores Genéticos Moleculares
Polimorfismos de DNA
Gen mitocondrial 16S rRNA
Vieira (Pecten jacobaeus)
Hay un polimorfismo G/T en la posición 327
1.c. Tipos de Marcadores
Multilocus
Monolocus
Microsatélites
Codominancia, muy variables
RAPD
Dominancia, 2 alelos
Crassostrea gigas
Alozimas
Codominancia, variab.moderada
Placopecten magellanicus
AFLP
Dominancia, 2 alelos
Ostrea edulis
C. gigas
1.d. Obtención de Marcadores Genéticos
Fracción
Genómica
Técnica de
Detección
Proteinas
PCR
ADN mitocondrial
Electroforesis
Microsatélites
ADN ribosómico
Intrones
+
Tipo de
Marcador
Alozimas
Southern Blotting
Secuenciación
=
Digestión enzimática
Exones
Información
vs. Coste
Polimorfismos de
restricción
Polimorfismos de
longitud
SNPs
Tipo de marcadores y sus características
Modificado de Korzum (2003) & Liu y Cordes (2004)
Features
RFLPs
RAPDs
Polymorphism or power
Low
DNA requiered (µg)
AFLPs
SSRs
SNPs
Intermediate High
High
High
10
0.02
0.5-1.0
0.05
0.05
DNA quality
High
High
Moderate
Moderate High
PCR-based
No
Yes
Yes
Yes
Yes
Easy of use
Moderate
Moderate
Easy
Easy
Easy
Amenable to automatitation
Low
Moderate
Moderate
High
High
Reproducibility
High
Unreliable
High
High
High
Development cost
Low
Low
Moderate
High
High
Cost per analysis
Moderate
Low
Moderate
Moderate Low
Prior molecular information?
No
No
No
Yes
Yes
2.a. Alozimas
Gen
Alelo A
Gen
Alelo a
Expresión
Geles
Poliacrilamida
o Almidón
Electroforesis
Tinción específica
Aa
A
A
Carga +
A
Carga -
Velocidad diferencial en
un campo eléctrico
G
AA
aa
2.b. Microsatélites
Primer F
Dinucleótido at
Individuo Heterozigoto
5’-atcggtcatatatatatatatatatggctatcg-3’
5’-atcggtcatatatatatatggctatcg-3’
Primer R
PCR
C. gigas
Electroforesis
2.b. Polimorfismos de Intrones
Exon-primed Intron-crossing (EPIC)-PCR
Primer F
Exon1
Intron
(conservado) (variable)
Primer R
Exon2
(conservado)
PCR
Individuo 1
Individuo 2
Individuo 3
{
{
{
1
Electroforesis
Polimorfismo de Longitud
2
3
2.b. RFLPs
Puntos de corte Enzima de
Restricción
Productos de PCR
Individuo 1
Individuo 2
Electroforesis
M
1
2
RFLP mtDNA
Mejillón Mytilus sp.
2.b. SNP
Secuencias génicas
Individuo
Individuo
Individuo
Individuo
Individuo
Individuo
1
2
3
4
5
6
atgccgtaattcgatgatagccg
atgacgtaattcgatgatagccg
atgccgtaattcgattatagccg
atgacgta--tcgatgattgccg
atgacgta-ttcgattattgccg
atgacgtaattcgatgattgccg
InDel
A
B
PCR cuantitativo
Detección del Polimorfismo
(Genotipado)
Pyrosequencing
MALDI-TOFF
3.a.i. Genética de Poblaciones
Mutación –fuente primaria de variabilidad genética
Ne1
Calor
Migración
Ne3
Ne2
Selección
Natural
Ne4
Ne5
Frío
Ne = Tamaño efectivo
3.a.i. Distribución Jerárquica de la Variabilidad
Genética
Entre complementos cromosómicos – consanguinidad ( f )
Entre individuos – Heterozigosis o Diversidad Genética (H)
Entre poblaciones - FST
H1
H3
H2
H4
H5
f, H y FST se pueden medir
con la ayuda de los
marcadores genéticos, a
partir de muestras de
poblaciones
3.a.ii. Estructura Genética del Mejillón
(Mytilus galloprovincialis)
15 Alozimas
DNA
Mitocondrial
Quesada et al. 1995 a
Quesada et al. 1995 b
Frente AlmeríaOrán (FAO)
W del FAO
E del FAO
3.a.ii. Estructura Genética de la Lubina
(Dicentrarchus labrax)
6 Microsatélites
Naciri et al., 1999
W del FAO
E del FAO
3.b. Poblaciones de Criadero: Asignación de
Paternidad
Progenitores
M1
A1A2
B1B1
M2
H1
H2
A1A2
B2B3
A2A3
B1B4
A4A5
B5B6
Progenie
P1
A1A2
B1B1
P2
A1A2
B1B3
P3
A1A4
B2B6
P4
A2A2
B1B4
P5
A2A5
B2B5
P6
A2A4
B3B6
H1
H2
M1 Locus A A1A2, A1A3,A2A2,A3A3
Locus B B1B1, B1B4
M2 Locus A
Locus B
A1A4,A4A5,A2A4,A2A5
B1B5, B1B6
A1A4, A1A5, A2A4,A2A5 A1A4, A1A5, A2A4, A2A5
B1B2, B1B3, B2B4, B3B4 B2B5, B2B6, B3B5, B3B6
Padres compatibles:
Locus A: M1 x H2
M2 x H1
M2 x H2
Locus B: M2 x H2
3.c. Efectos de la Acuicultura sobre las
Poblaciones Salvajes
< Variabilidad Genética
Reproducción
Banco Natural
> Consanguinidad
Repoblación
o
cultivo
Semilla
Reproducción
Hatchery
3.c. Efectos de la Acuicultura sobre las
Poblaciones Salvajes
El tamaño efectivo de las poblaciones de ostras de criadero es 2 órdenes de
magnitud menor que el de las poblaciones naturales
Censo
100000
Ne
15000
10000
10000
1000
502
300
120
60
100
100
100
39,6
13,9
10,9
10
75
22,2
8,2
2,4
1
Or tigueir a N
Or tigueir a C
Ribadeo C
Ostrea edulis
Saavedra, 1997, J. Shellfish Res.
(Saavedra 1997)
St. Vaas C
Dabob Bay N
Humboldt C
Willapa C
Seasalter C
Crassostrea gigas
Hedgecock & Sly, 1991, Aquaculture
(Hedgecock y Sly, 1994)
3.d. Polimorfismo en “genes candidato”
Amilasa
Genes AMY-A y AMY-B
Ostra japonesa C. gigas
Diferencias entre
genotipos de hasta el
37% para la tasa de
crecimiento a la edad
de 1 año
Normandía
Bretaña
Prudence et al., Anim. Genet 37, 2006