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Doctorado en Biotecnología I Semestre 2015
GENÉTICA Y BIOTECNOLOGÍA MARINA Profesores
Beatriz Camara (UTFSM) José Gallardo (PUCV)
Capítulo 1: Acuicultura. Este módulo tiene como propósito que los estudiantes conozcan las técnicas y herramientas de genética y biotecnología que se aplican en la acuicultura. Capítulo 2: Biodiversidad Marina. Esté módulo tiene como propósito que los estudiantes conozcan los ecosistemas marinos y como su complejidad genera una enorme biodiversidad genética susceptible de ser utilizada por los biotecnólogos. Capítulo 3: Microbiología Marina. Este módulo tiene como propósito que los estudiantes conozcan las técnicas moleculares y funcionales que se aplican en la biotecnología marina y que aborda el desarrollo de microorganismos marinos para la producción de compuestos bioactivos con usos en la industria farmacéutica, veterinaria, y biocontrol.
UNIDADES
METODOLOGIA Y EVALUACION
METODOLOGIA DE TRABAJO: Clases teóricas Tareas Seminarios Visita de expertos Visitas a empresas relacionadas con la biotecnológica marina. EVALUACION: El curso será evaluado a través de: 4 evaluaciones (25% c/u ).
MARZO Martes 17. Presentación del curso Clase 1. Mejora genética en acuicultura Martes 24 Clase 2. Resistencia genética a patógenos Martes 31 Clase 3. Visita empresas STGO. ABRIL Martes 7 Clase 4 EVALUACIÓN 1. PRESENTACION Y DEFENSA DE TAREA
ABRIL Martes 14 Clase 5. Genómica Clase José Gallardo. Martes 21 Clase 6 Marcadores genéticos Clase José Gallardo. Martes 28 Clase 7 PRESENTACION Y DEFENSA DE TAREA
PROGRAMACION MENSUAL
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Carácter biológico: Pigmentación de la piel.
Fenotipo:
Pigmentado v/s NO pigmentado
Expresa una cualidad. Controlados por pocos genes.
Sin influencia del ambiente sobre su expresión.
CARÁCTER BIOLOGICO CUALITATIVO
DOMINANCIA COMPLETA DEL GEN TYR
Homocigoto dominante T T
Heterocigoto T t
Homocigoto recesivo t t
Precursor de melanina Melanina
¿CUÁL ES MI GENOTIPO? = TT - Tt - tt
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Expresa una cantidad. Controlados por muchos genes.
Gran influencia del ambiente sobre su expresión.
Genotipo + Ambiente (manejo productivo) = Fenotipo
CARÁCTER BIOLOGICO CUANTITATIVO
Supuesto: Ambiente (E) = 0.
P = G
Genotipos Valor fenotipo EE 14 g Ee 12 g ee 6 g
Efecto aditivo del gen (a) a = + 4 g
Desvío de dominancia (d)
d = + 2 g
EFECTO DE UN GEN SOBRE UN RASGO CUANTITATIVO
Genotipos Valor fenotipo
EE 35 Ee 35 ee 15
Dominancia completa
Genotipos Valor fenotipo
EE 35 Ee 30 ee 15
Dominancia parcial
HERENCIA DE GENES CUANTITATIVOS
Efecto aditivo del gen (a) a = + 10 g
Desvío de dominancia (d)
d = + 5 g
Efecto aditivo del gen (a) a = + 10 g
Desvío de dominancia (d)
d = + 10 g
DETERMINE EL EFECTO ADITIVO (a) Y DE DOMINANCIA (d) DEL GEN E.
Genotipos Valor fenotipo
EE 35 Ee 25 ee 15
Acción aditiva Genotipos Valor
fenotipo EE 35 Ee 45 ee 15
Sobredominancia
a = ? d = ?
a = ? d = ?
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Pez Fam A Fam B Fam C Fam D 1 130 110 70 90 2 100 90 70 50 3 80 60 60 30 4 50 60 40 30
Promedio Fam 90 80 60 50 Promedio Total 70
Carácter cuantitativo: Peso (gramos).
SELECCIONE 4 PECES POR TAMAÑO
Son técnicas y procedimientos de genética que permiten modificar caracteres biológicos (cualitativos o cuantitativos), de importancia económica, para mejorar la eficiencia de los sistemas productivos en la empresa.
TECNICAS Y PROCEDIMIENTO DE GENETICA
¿QUÉ ES EL MEJORAMIENTO GENETICO?
MEJORA GENETICA POR SELECCIÓN ARTIFICIAL
R= h2 S IG
Hijos grupo seleccionado
Grupo seleccionado
h2 = heredabilidad. S = diferencial de selección. IG = Intervalo generacional. R = Respuesta a la selección en una generación
MEJORA GENETICA POR SELECCIÓN ARTIFICIAL
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HEREDABILIDAD
Es una medida de la variación genética aditiva de un rasgo cuantitativo h2 = 0 - 1 h2 = 0,4 h2 = 0,05
SELECCIÓN ARTIFICIAL Y HEREDABILIDAD
MEJORA GENETICA EN EL LARGO PLAZO CORRELACION GENETICA ENTRE RASGOS
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INTERACCION GENOTIPO - AMBIENTE
¿QUÉ INFORMACION NECESITO PARA SELECCIONAR AL MEJOR PEZ?
¿Donde quiero llegar? Obje3vo de mejoramiento (Necesidad)
¿Cómo alcanzo ese obje3vo? Diseño y estructura (Recursos)
CLASIFICAR CARACTERES BIOLOGICOS
Cualitativo Cuantitativo
Sexo - Peso smolt - SGR - IGS - Peso WFE
Madurez - Gaping - Color filete - Rendimiento filete – Sobrevivencia
Resistencia a caligus - Resistencia a SRS.
ECONOMICAMENTE ¿CUÁL VALE MAS?
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H = v1 BV1 + v2 BV2 + v3 BV3 + vn BVn
BVi = Breeding value (Valor de genético aditivo para cada rasgo). V i = Ponderación económica.
Combinación de caracteres biológicos que desean ser mejorados por la influencia que tienen en el beneficio (rentabilidad) económico del productor (Ponzoni, 1992).
OBJETIVO DE MEJORAMIENTO GANANCIA GENÉTICA ECONÓMICA (ΔH)
ΔH = vii
m∑ *ΔG
Ganancia genética económica 1 rasgo
Ganancia genética económica varios rasgos
ΔH = v1*ΔG
Criterio de selección = I
I = b1 PBV1 + b2 PBV2 + b3 PBV3 + bi PBVi
BVi = Predicted Breeding value o valor mejorante para cada rasgo (BLUP). b i = Coeficiente que maximiza la respuesta económica en H.
Combinación de caracteres biológicos que se pueden medir de forma práctica y económica, que están correlacionadas con H y que por tanto se usan para la selección de reproductores.
ESTRUCTURA PROGRAMAS DE MEJORA GENETICA EN ACUICULTURA
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1.- Establecer una población base con alta variabilidad genética. 2.-‐ Establecer un 8po de apareamiento familiar y registro de datos para es8mar parámetros gené8cos. 3.-‐ Establecer una metodología de selección que maximize ΔG y minimize ΔF. 4.-‐ Establecer un sistema o estructura que permita diseminar el progreso gené8co a producción.
DISEÑO Y ESTRUCTURA
Full sib
Full sib
Full sib
Full sib
Full sib
Full sib
Full sib
Full sib
Full sib
Peces para selección
Peces para evaluación
Núcleo
Centros de prueba
2.-‐ ESTABLECER UN TIPO DE APAREAMIENTO FAMILIAR Y REGISTRO DE DATOS PARA ESTIMAR PARÁMETROS GENÉTICOS.
Método BLUP requiere: 1.- Matriz de fenotipos (y). 2.- Matriz de parentesco (A): genealogía. 3.- Matrices de diseño (XZ): Piscicultura, Estanque, Fecha desove, etc. 4.- Parámetros genéticos y fenotípicos (λ): varianzas (h2), covarianzas (rg).
MODELO LINEAL MIXTO BLUP (Best Linear Unbiased prediction)
3.-‐ ESTABLECER UNA METODOLOGÍA DE SELECCIÓN QUE MAXIMIZE ΔG Y MINIMIZE ΔF.
BVi = Predicted Breeding value
Parentesco: Dos individuos son parientes si tienen ancestros en común o si uno es antecesor de otro.
Vías de conexión
A B
X Y Y X
B A
PARENTESCO
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1/2 1/2 1/2 1/2
X Y
1/2 1/2
X Y
Hermanos completos Medios hermanos (hermastros)
Rxy = Σ ( ½ ) n1 + n2
Rxy = ( ½ ) 2 = 1/4 Rxy = ( ½ ) 2 + ( ½ ) 2 = 1/2
A B A B C
Rxy: Proporción de genes que comparten dos individuos emparentados.
PARENTESCO
Para la siguiente genealogía calcule el coeficiente de parentesco entre los individuos: A) Individuo 2 – individuo 12 B) Individuo 12 – individuo 14.
PARENTESCO
Def.: Cruzamiento o reproducción entre individuos emparentados.
A y B son homocigotos recesivos, pero solo A es consanguíneo.
CONSANGUINIDAD
DEF. 1. Disminución del valor fenotípico promedio (rasgo cuantitativo) en una población (Lynch y Walsh, 1998). DEF. 2. Aumento de malformaciones en los animales o aumento de enfermedades de tipo hereditarias producto de la consanguinidad (Tave, 1996).
DEPRESION POR CONSANGUINIDAD
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El coeficiente de Consanguinidad (F ) de un individuo es la probabilidad de que dos alelos presentes en él sean idénticos por descendencia.
Abuelo
1/2
1/2 1/2
1/2
a1a2
_ _ _ _
_ _
Madre Padre
Nieto
COEFICIENTE DE CONSANGUINIDAD a) Probabilidad de que el nieto tenga dos alelos A1:
a. A través de la madre = ½ * ½ = ¼. b. A través del padre = ½ * ½ = ¼ c. Total = ¼ * ¼ = 1/16.
b) Probabilidad de que el nieto tenga dos alelos A2: a. A través de la madre = ½ * ½ = ¼. b. A través del padre = ½ * ½ = ¼ c. Total = ¼ * ¼ = 1/16.
c) Probabilidad de que dos alelos en el nieto sean idénticos por descendencia F x = 1/16 + 1/16 = 1/8 = 0.125.
Abuelo
1/2
1/2 1/2
1/2
a1a2
_ _ _ _
_ _
Madre Padre
Nieto
COEFICIENTE DE CONSANGUINIDAD
Generalizando, el coeficiente de consanguinidad es
)(1 )2/1( A1n'n
x FF += ++∑n = número de generaciones entre el padre y el antecesor común. n’ = número de generaciones entre la madre y el antecesor común.
Fx = 0.125 (1 + FA)
Abuelo
1/2
1/2 1/2
1/2
a1a2
_ _ _ _
_ _
Madre Padre
Nieto
COEFICIENTE DE CONSANGUINIDAD A PARTIR DE LA SIGUIENTE GENEALOGÍA DETERMINE EL NIVEL
DE CONSANGUINIDAD DEL INDIVIDUO Z
X Y
A B
Z
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Machos Hembras Tamaño efectivo de la población
(Ne)
Tasa de consanguinidad
(%)
100 100 200 0,2
50 100 133 0,375
10 100 37 1,37
1 100 4 12,62
Ne = 4 * Nm * Nh Nm + Nh
Tasa de F = 1/(2Ne)
PROPORCION DE SEXOS Y CONSANGUINIDAD (F) 4.-‐ SISTEMA O ESTRUCTURA DISEMINACION PMG
G0 G1 G2 G3
BLUP BLUP BLUP BLUP
COS1 COS2 COS3
4.-‐ SISTEMA O ESTRUCTURA DISEMINACION OTROS PMG