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saber sobre Mapeo Genético y detección de QTLs ,.

y no se atrevla a preguntar!

Proyecto de Agrobiodiversidad y Biotecnofogía

CIAT

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Myriam Cristina Duque E

Diciembre 13-15

2006

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Gen Cromosoma Alelos Genoma Organismos diploides División celular Genotipo Fenotipo Homocigoto Heterocigoto Ploidia Poliploide Ambiente Mutaciones

Leyes de Mendel Caracteres cualitativos Ligamiento genético

Dominancia Recesividad Codominancia Variables cuantitativas Sustitución alélica Interacción genotipo-ambiente Epistasia Pleiotropia Caracteres poligénicos Heterosis Ligamiento genético Segregación transgresiva

Sobrecruzamiento Desequilibrio de ligamiento Grupo de ligamiento Segregación distorsionada Análisis de ligamiento Marcador Marcador genético Neutralidad fenotípica Polimorfismo QTL Arquitectura genética Gametos recombinantes

I

Mapa genético Mapa de ligamiento Frecuencia de recombinación Cromátida Funcion de mapeo Interferencia genética Retrocruza Línea recombinante avanzada Dobles haploides Genotipeado selectivo Acumulación piramidal de genes

Mapeo de un punto Single point analysis Mapeo por intervalo simple Interval mapping Maper por intervalo compuesto Composite interval mapping Mapeo por intervalos múltiples Multiple interval mapping QTL x ambiente Pleiotropía Correlación Determinación Mapeo asociativo Associating mapping Métodos bayesianos Hipótesis estadística Estadístico de prueba Tipos de error Significancia estadística Estimación directa Regresión lineal simple Máxima verosomilitud Maximum likelihood LRI LOD Permutación Comparaciones Múltiples

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!Todo lo que usted quería saber sobre Mapeo Genético y

detección de QTLs y no se atrevía a preguntar!

Proyecto de Agrobiodiversidad y Biotecnología

Juque -- CIA T

CIAT


Diciembre 13-15

2006

Antes de iniciar ,14 EfIE. 2007

Esta es una reunión para intercambio de conceptos de interés para todos nosotros.

Si usted tiene alguna idea para complementar, agregar, corregir, o suprimir algo, por favor, mande su aporte editado a "[email protected]" ó Duque, Myriam Cristina por el correo interno.

Anticipamos el agradecimiento por su presencia y por su colaboración .

MC Duque -- CIA T

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f¡ f1

Gen

La unidad ñsica y funcional de la herencia, que se transmite de padres a hijos.

Un gen también es:

una secuencia ordenada de nucleótidos,

localizados en una posición particular del cromosoma y

que codifica para un producto funcional específico, por ejemplo, una proteína o una molécula de RNA.

MC Duque - CIAT

Los genes se organizan

en cromosomas, estructuras ordenadas en las cuales puede

Cromosoma

~acer~e referencia . ~ meqUlvoca a un~o~o~ ___ -----varios lugares específicos.

MC Duque •• CIA T

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Pintura cromosómica (humanos) Las técnicas de hibridación "in situ" permiten localizar un segmento concreto de AON (por ejemplo un gen) en una posición detenninada de un cromosoma eucari6tico

I http://www.ucm.es/lnfo/genetlca/grupod/Estruadn/estruadn.htn

Para ocupar un sitio del genoma hay diferentes alternativas de secuencias (variantes) llamadas .....

Sitio : /OCUS

Alelos ...

Sitios:/oci variantes: alelos Me Duque •• CIA T

Genoma: .. es el cúmulo total del AON de un organismo que incluye sus genes.

Los genes contienen la información para producir todas las proteínas requeridas por el organismo para determinar su aspecto, su fiSiología y pOSiblemente su conducta.

Inslitutos Nacionales do la Salud

Instituto NacionaJ de Investigaciones del Genoma Humano ~

División de InvestigackmEls Intramurales ~

MC Duque -- CIA T

iI

if ~. ~.

i1

Organismos diploides (2n): Dentro del núcleo de las células se encuentran dos series completas del GENOMA - excepto en:

• los óvulos y los espermatozoides (células germinales), que tienen

Célula cada uno una copia,

Núcleo

MC Duque •• ClA T

• células sin núcleo. Ej :Ios hematíes(mamíferos) .

Una serie del genoma procede del padre y otra de la madre

PiId,.. _ ... --..

I http://~:~~~~..tillSco~;;;;;';.;;et.Íh;;a;;;J.dn~ MC Duque •• ClA T

Cuando ocurre la procreación, se transmite una serie completa, pero ... sólo después de intercambiar fragmentos dentro de los cromosomas paternos y de los cromosomas maternos en un proceso conocido como RECOMBINACION (del cual hablaremos posteriormente).

•

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•

,

•

División celular

A. Mitolis

0J ~ Duplicación del ADN

Cromosomas maternales: blanco

~ Sep."dó" '" ,romowm .. / '-.

Cromosomas paternales: negro

0® División celular

No se muestra la recombinación! gametos

http:// post. quee ns u. caj ... fo rsdyke/i mag es J darwi n04. 9 if Me Duque -- eIA T

División celular

Un par de cada cromosoma células germinales

.Sobrecruzamiento o entrecruzamiento) (crossing over) en la meiosis

+------ gametos

http://genetics.gsk.com/graphics/meiosis.gif Me Duque--

Genotipo: ensamblaje particular de genes que posee un individuo.

Par de cromosomas homólogos: uno derivado del padre y otro de la madre

Loeus (ubicación particular de un gen o marcador sobre el cromosoma)

de alelos(forma molecular de un gen o un marcador en un loeus) sobre un par de cromosomas homólogos

pares de genes en tres loeí diferentes, sobre un par de cromosomas homólogos. Tres pares de alelos.

El fenotipo es la manifestación y expresión del genotipo (de la información genética). Lo que se expresaría sería la información genética modulada por el ambiente.

Cuando una variable se evalúa en un individuo se está determinando su fenotipo.

En conclusión, el fenotipo es cualquier característica detectable de un organismo: estructural, bioquímica, fisiológica y las relativas a la conducta, determinado por una interacción entre su genotipo y su medio

MC Duque·· CIAT

..

•

,

fJ 4

fI

Examen relámpago:

l.Si un individuo diploide tiene dos copias del alelo Al' el genotipo del individuo es y se llama "homocigoto con alelo At".

2.Si un individuo diploide tiene una copia del alelo Al' y una del alelo A2, el genotipo del individuo es y se llama "heterocigoto"

MC Duque -- ClA T

Examen relámpago

3.5i un individuo diploide tiene dos copias del alelo A2• el genotipo del individuo es y se llama

MC Duque -- ClA T

fI

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i1

fI

fI fI fI

Ploidía: término referido al número de juegos de cromosomas que posee una célula.

Poliploide : Organismo cuya conformación genética se caracteriza por un número de cromosomas >2n.

Según el número de cromosomas puede ser:

.Triploide

.Tetraploide

.Hexaploide, etc. I http://www.uam.es/personalpdi/ciencias/bolarlos/BiologiaCCAA/resumenes/tema12b.htm !

MCDuque-ClAT

Ejemplo:

oAB: Es un híbrido normal que tiene el 50% de las características de M. acuminata y el 50% de las características de M balbísima. En número de cromosomas es normal (diploide, 2 n). oAAA: No es un híbrido sino una variante de la M. acuminata pero con un juego más de cromosomas (trlploide, 3 n). oBBB: No es un híbrido sino una variante de la M. balbisiana pero con un juego más de cromosomas (triplolde, 3 n). oAAB: Es un híbrido triploide (3 n), que tiene dos partes del genoma de M. acuminata y una parte del genoma de M. balbisiana. oABB: Es un híbrido triploide (3 n), que tiene dos partes del genoma de M. balbisiana y una parte del genoma de M. acuminata. oAABB: Es un híbrido tetraploide (4 n) que tiene dos partes del genoma de M. acuminata y dos partes del cromosoma de M. balbisiana. oABBB: Es un híbrido tetraploide (4 n) que tiene 3 partes del genoma de M. balbisiana y una parte del genoma de M. acuminata. oAAAB: Es un híbrido tetraploide (4 n) que tiene 3 partes del genoma de M. acuminata y una parte del genoma de M. balbisiana.

MC Duque -- ClA T

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P ~etdent_~hurti¡t. -,

I http://www.eltong.dk/qxl/musa_balbisiana_slde.Jpg

: http://pharml,pharmazie,uni-gnelfswald,de/systematlk/7 bllder!yamasaki/yamas575,jpg

MC Duque -- CIAT

ANALOGÍAS

MC Duque -- CIA T

MC Duque -- cIAr

El juego de recipientes simula organismos diploldes:

Homocigotos (1 y 3)

Frecuentemente se refiere al genotipo de un

individuo con respecto a un gen de interés

particular y, en individuos poliploldes, se refiere

a la combinación de los alelas que porta el individuo.

los términos genotipo y fenotipo son distintos

al menos por dos razones:

MC Duque -- cIAr

i

•

•

•

1. Para distinguir la fuente del conocimiento de un observador. (Se puede conocer el genotipo observando el ADN; se puede conocer el fenotipo observando la apariencia externa de un organismo: evaluación indirecta).

Variable indirecta

Calentamiento global evaluado indirectamente

MC Duque .. CIA T

2.EI genotipo y el fenotipo no están siempre relacionados directamente. Algunos genes solo expresan un fenotipo dado bajo ciertas condiciones ambientales. Inversamente, algunos fenotipos pueden ser el resultado de varios genotipos.

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MC Duque .. CIA T

•

•

1. Para distinguir la fuente del conocimiento de un observador. (Se puede conocer el genotipo observando el ADN; se puede conocer el fenotipo observando la apariencia externa de un organismo: evaluación indirecta).

Variable indirecta

1950

Calentamiento global evaluado indirectamente

MC Duque -- CIAT

2.EI genotipo y el fenotipo no están siempre relacionados directamente. Algunos genes solo expresan un fenotipo dado bajo ciertas condiciones ambientales. Inversamente, algunos fenotipos pueden ser el resultado de varios genotipos.

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MC Duque .. ClAT

•

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•

•

Alelos ... y cómo surgen los alelos?

Normalmente el ADN es una molécula estable, con capacidad para autorreplicarse.

En ocasiones pueden ocurrir cambios llamados "mutaciones", que alteran el código del ADN y que pueden o no, tener efectos en el fenotipo.

(Cuándo no hay efecto en el fenotipo?)

Las mutaciones pueden causar, que para llenar un sitio del genoma haya diferentes alternativas de secuencias (variantes).

MC Duque .• ClA T

Alelos ... y cómo surgen los alelos?

(Cuándo no hay efecto en el fenotipo?) El genotipo es el contenido genético específico de un individuo, en forma de ADN. Junto con la variación ambiental que influye sobre el individuo, codifica su fenotipo. Aunque pueden cambiar los codones para distintos aminoácidos por una mutación aleatoria (cambiando la secuencia que codifica un gen), eso no altera necesariamente el fenotipo.

Las mutaciones pueden causar, que para llenar un sitio del genoma haya diferentes alternativas de secuencias (variantes).

MC Duque -. ClAT

Mutaciones Cadena original 1

TCA GGC TAA AGT CGG TCG

Cadena 2 (adición o inserción) TCA GGC GTA AAG TCG GTC G

Cadena 3 (deleción) TCA GGC _TAA GTC GGT CG

Cadena 4 (cambio o sustitución) TCA GGC TAA TGA CGG TCG

Rearreglos, errores en la replicación de "tandas" , etc.

Crean variaciones que a veces no se notan(no hay cambio en las proteínas o son en intrones), otras veces si, pudiendo ser útiles o no y a veces fatales.

MC Duque - CIA T

TOMATES fTOMATOES

Variantes ornamentales Variantes útiles

MC Duque - CIAT

•

,

•

..

Analogías: Si un gen es asimilable a una unidad de información de un organismo, a un concepto, y un alelo a las variantes o modalidades ....

Si pensamos en el "gen" calzado humano

Ploidía?

Cuales son los alelas?

Qué es mejor:

Dos iguales o dos diferentes?

Cómo se llamaría al genotipo?

MC Duque •• CJA T

"gen" : iris (ojos) ... (Nota: NO se está hablando de genes que determinan el color de los ojos, es una analogía, donde el concepto "gen" se asimila al concepto "iris")

Cuales son los alelas?

Qué es mejor:

Heterocromia

Dos iguales o dos diferentes?

Cómo se llamaría al genotipo? ;----

http://www.nlm.nih.gov/medlineplus/ency/lmagepages/17220.htm

Ihtt~:¡j;';'w.gls.net/Nshepdog/Bc_Museum/Perm.nent/BC_ColorEyeColor.html MC Duque .. CIA T

P/oidía?

Cuales son los alelos?

Qué es mejor:

todos iguales o todos diferentes?


Qué mas podemos opinar aquí?

MC Duque -- ClA T

Si el "gen" es conjunto de implementos para servir alimentos ...

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Ploidía?

Cuales son los alelos?

Qué es mejor:

Seis iguales o seis diferentes?


MC Duque -- ClA T

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Nota:

Frecuentemente se confunden los términos :

"alelo" con "gen"

"gen" con "par de genes"


Federer calcula genotipos a partir de alelas:

Un locus A, de un organismo diploide, con dos alelos diferentes, tendrá 3 genotipos posibles: AlAl' A1A2 Y A2A2

Combinatorio n,k

/

(:)- (n-~)!k!

(n factorial)--~ n! == Ix 2x 3 ... x(n-l)x n

n: número de alelos totales para llenar = 2xNúmero de individuos(diploides)

k: número de loei que constituyen un genotipo sin importar el orden

(4)_ 4! _ 4x3x2 _ 6_3

2 - (4-2)!2! - 2x2 - 2 -


•

Leyes de Mendel (lohann Gregor Mendel; Heizendorf, hoy Hynclce, Repúbllca Checa, 1822 • SrOnn, hoy Brno. id., 1884) Biólogo austriaco. Su padre era veterano de las guerras napoleónicas y su madre, la hija de un jardinero. Tras una infancia marcada por la pobreza y las penalidades, en 1843 Johann Gregor Mendel ingresó en el monasterio agustino de Konigskloster, cercano a Srünn, donde tomó el nombre de Gregor y fue ordenado sacerdote en 1847. Residió en la abadía de Santo Tomás (SrOnn) Y, para poder seguir la carrera docente, fue enviado a Viena, donde se doctoró en matemáticas y ciencias (1851). En 1854 Mendel se convirtió en profesor suplente de la Real Escuela de Srünn, y en 1868 fue nombrado abad del monasterio, a ralz de lo cual abandonó de forma definitiva la investigación científica y se dedicó en exclusiva a las tareas propias de su función

El núcleo de sus trabajos -que comenzó en el año 1856 a partir de experimentos de cruzamientos con guisantes efectuados en el jardín del monasterio- le permitió descubrir las tres leyes de la herencia O leyes de Mendel, gracias a las cuales es posible describir los mecanismos de la herencia y que fueron explicadas con posterioridad por el padre de la genética experimental moderna, el biólogo estadounidense Thomas Hunt Morgan (1866-1945).

En el siglo XVIII se había desarrollado ya una serie de importantes estudios acerca de hibridación vegetal, entre los que destacaron los llevados a cabo por K61reuter, W. Herbert, C. C. Sprengel yA. Knight, y ya en el siglo XIX, los de Gartner y Sageret (1825). La culminación de todos estos trabajos corrió a cargo, por un lado, de Ch. Naudln (1815-1899) y, por el otro, de Gregor Mendel, quien llegó más lejos que Naudin.

http://www.biografiasyvidas.com/biografia/m/mendel.htm

MC Duque -- CIAr

Gregor Mendel (1822-1884)

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MC Duque -- CIAr

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ii

Se llaman caracteres cualitativos a aquellas variables o características para las cuales es posible clasificar a los individuos de una población en unas pocas clases, identificables sin ambigüedad, que corresponden con genotipos concretos.

http://www.ucm.es/info/genetica/grupod/Cuantltatlva/Cuantitativa.htm

MC Duque -- CIAT

Hablando claro:

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Las tres leyes descubiertas por Mendel se enuncian como sigue: 1. Cuando se cruzan dos variedades puras de una misma

especie, los descendientes son todos iguales y pueden parecerse a uno u otro progenitor o a ninguno de ellos.

2. Al cruzar entre sí los híbridos de la segunda generación, los descendientes se dividen en cuatro partes, de las cuales una se parece a su abuela, otra a su abuelo y las dos restantes a sus progenitores.

3. En el caso de que las dos variedades de partida difieran entre sí en dos o más caracteres, cada uno de ellos se transmite de acuerdo con la primera y segunda ley, con independencia de los demás.

MC Duque -- CIAT

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•

Primera Ley o de la descendencia en un monohibridismo intermedio Padres: Razas puras F¡:Híbrido intermedio

Segunda ley, o de la segregación

Al cruzar entre sí 105 híbridos de la generación F¡ se obtienen en la F2,

distintos tipos de descendientes, parte de 105 cuales son como 105 progenitores.

En la F2, las 3/4 partes de 105 individuos obtenidos presentaban semillas lisas, y el 1/4 restante, rugosas.

MC Duque -- CIA T

Tercera ley, o ley de la transmisión

independiente de varios genes ... Progenitores y Fl

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Tm, ~ Tm, ) F1

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http://z.a beut. cem/d/bio legy /l/D/g/menddi hy2.g if

MC Duque -- CIAr

Breeding X Breeding = A11 Grfien Yellow GrMn Pods with Pods with Pods wit

r:::I Véllow Gl'éen Yellow ISJ Seeds • Seeds G) Seeds

GGVY ggyy GgYy Gametes .. GY Gametes .. f1j

Si se cruzan razas o variedades que difieren en uno o más genes, 105 alelas son independientes y siguen las dos primeras leyes de Mendel.

Es decir, cada uno de 105

caracteres hereditarios se transmite a la progenie con total independencia de los restantes.

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Thomas Hunt Morgan (1866-1945)

(b. Sept. 25, 1866, Lexington, KV., U.S.--d. Dec. 4, 1945, Pasadena, Calif.), American zoologist and geneticist, famous for his experimental research with the fruit flV (Drosophila) by which he established the chromosome theory of hereditv. He showed that genes are linked in a series on chromosomes and are responsible for identifiable, hereditary traits. Morgan's work plaved a key role in establishing the field of genetics. He received the Nobel Prize for PhysiologV or Medicine in 1933.

Morgan, en 1912, confirmó I todos los resultados

anteriores.

http://www.britannica.com/nobel/micro/404_45.html

MC Duque -- CIA T

MC Duque -- CIAT

Variaciones en las leyes de Mendel

Parece que las leyes se cumplen, pero a veces no

es tan claro ...

MC Duque -- CIAT

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Variaciones en las leyes de Mendel

Parece que las leyes se cumplen, pero a veces no

es tan claro ...

A qué se deben las dificultades?

MC Duque -- CIA T

! Relación alélica de dominancia ,

La apariencia cualitativa de una característica gobernada por uno o varios genes se define como (expresión).

Si un individuo heterocigoto(A1A2) se confunde fenotípicamente con otro con genotipo A1Al! se dice que Al es el alelo dominante y el A2 es el alelo recesivo.

Si todos los pOSibles genotipos (homocigotos y heterocigotos) muestran diferentes fenotipos, los alelos se definen como codominantes.

MC Duque·· CIAT

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ANALOGÍAS ...

Vemos perfectamente el vaso y perfectamente el contenido

MC Duque -- CIAl

Vemos perfectamente el vaso pero no el contenido. (Sólo desde arriba!) El material del vaso oculta el contenido.

A qué se parece el concepto?

Miremos ahora la dominancia con variables cuantitativas

Las variables continuas o cuantitativas son las que muestran una distribución continua de fenotipos

MC Duque -- CIAT

Valores genotípicos:

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Genotipo de los Homocigotos

Genotipo de los Heterocigotos

Valor fenotípico relativo de los homocigotos

MC Duque -- CIAr

Valores genotípicos:

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Valor fenotípico relativo de los homocigotos

a=5 ... Qué significa en términos de la distancia de los dos?

MC Duque -- CIAr

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11 Dominancia parcial MC Duque -- CIAT

Grado de dominancia

d/a=O no dominante

d/a<l Parcialmente dominante

d/a<l Parcialmente dominante

d/a=l Dominante

d/a>l Sobredominante

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Valor fenotípico

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1 A1A2

MC Duque -- CIAT

d: desviación por dominancia

Efecto de sustitución alélica : "a"

Efecto promedio sobre el fenotipo de una variable cuando el alelo i se reemplaza por uno j

Desviación por dominancia : "d"

Porción del valor fenotípico que no puede ser explicado por la suma de los valores genotípicos .

Separación del modelo genético aditivo para una característica cuantitativa

MC Duque -- CIAT

Efecto de sustitución alélica:

Fenotipo= Genotipo + Ambiente

50 =? + 20

Valor genotípico= 30

Los dos alelos Al que porta, le confieren un valor genotípico de 30

Los dos alelos Az que porta, le confieren un valor genotípico de ... 10

Están en el mismo ambiente, luego, perdió algo por cambiar de Al a A2

MC Duque -- CIAT

Al descontar el ambiente, los valores quedan:

Parece que sustituir 2 alelos Al por 2 alelos A2

se pieren 20 unidades de fenotipo. Si ?

Examen

y entonces cuál sería el valor fenotípico "esperable" si tuviese Al y Az?

20=A1A2 ???

Qué pasaría si fuera 25? Ó 35 ?

MC Duque - CIAT

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I Relación con el ambiente

Fenotipo= Genotipo + Ambiente

I ~ Valor genotípico Desviación Ambiental

MC Duque -- CIAT

Interacción genotipo x ambiente

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MC Duque·· CIAT

No hay interacción

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Interacción genotipo x ambiente

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2MI Efecto diferencial del mismo 'w ambiente sobre individuos con no diferente genotipo. ~

~ Efecto diferencial de diferentes ambientes en el mismo genotipo

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MC Duque -- CIAr

Cuando las variables son determinadas por una compleja interacción del genotipo con el ambiente, es posible medir su heredabilidad dentro de una población.

Un error frecuente es no interpretar este concepto como una interacción sino como una componente aditiva al efecto genético.

F= G +A +c@ o Hereáabiliáaá 1

Una variable siempre es "moldeada" por los dos componentes

¡ http://en.wikipedia.org/wik¡¡Nature_versus_nurture

MC Duque -- CIAr

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EPISTASIA

Dios los hace y ellos se juntan .. ,

1+1<2 elementos

para un corrida.

1 + 1»>2 http://www.wesleyan.edu/madrid/madrid_g uías/durero _adan_eva.gif

MC Duque -- CIA T

I Epistasia:

Interacción entre genes de diferentes loei para actuar sobre la misma característica.

En sentido amplio, se refiere a cualquier interacción genética en la cual, el efecto combinado de dos ó mas loei, difiere de la suma de los efectos parciales. (efecto no aditivo).

La epistasia puede ser sinergista( +) ó antagonista( -)

Es un componente esencial de la "adaptación" al ambiente.

MC Duque -- CIA T

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Con interacciones epistáticas, el efecto de un gen sobre un fenotipo, es una propiedad colectiva de una red de genes, más que una propiedad de un gen. (Wade, 2000)

La dominancia se asocia con miembros de parejas alélicas Cintra -Iocus)

y

la epistasia descibe una relación no alélica

Cinter-Ioci) !

Me Duque -- CIAT

Pleiotropía I

Efecto de un gen sobre diferentes variables simultáneamente

MC Duque -- CIAT

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Gen presente en IR8 (Revolución Verde en arroz):

Reduce estatura, longitud y ángulo de las hojas ... todas las partes aéreas MENOS la panícula, aumento de macollamiento.

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MC Duque .. CIAT

Pleiotropía se refiere a la observación de un único gen influyendo sobre múltiples variables fenotípicas.

Generalmente es causada por una función molecular involucrada en varios procesos biológicos.

Es un fenómeno común con amplias implicaciones y su base molecular aún tiene muchos aspectos poco claros.

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MC Duque .. CIAr

Muchos genes aportan a la misma variable

www.ftorida.cQ.aportes.htm

MC Duque -- CIA T

Los caracteres continuos o cuantitativos muestran una distribución continua de fenotipos; no existe una única clasificación fenotípica sino que ésta se realiza agrupando los distintos valores en clases establecidas arbitrariamente según la unidad de medida. Características que se miden (longitud, peso, producción de una sustancia, etc.) o se cuentan (número de hijos por parto, número de huevos puestos al día, etc.); a estos últimos se les llama

caracteres merísticos.

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MC Duque -- CIAT

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W. Johansen 1903

Variable: el peso de la semma, (Phaseo{us vufgaris) de la variedad princesa, carácter con una distribución de frecuencias de tipo normal o gaussiana.

Nilsson-Ehle (1908) (también encontró herencia transgresiva)

Variable:la resistencia al frio y la precocidad en plantas de trigo (Trifícum aestivum)

http://www.ucm.es/info/genetica/grupod/Cuantitativa/Cuantitativa.htm

MC Duque -- CIAT

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CopyrIght 4) 2001 by Harcourt,lhC. Al! rightG teservec'.

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MC Duque -- CIA T

W. Johansen 1903

Variable: el peso de la semilla, (Phaseolus vulgaris) de la variedad princesa, carácter con una distribución de frecuencias de tipo normal o gaussiana.

Nilsson-Ehle (1908) (también encontró herencia transgresiva)

Varlab!e:la resistencia al frío y la precocidad en plantas de trigo (Tnticum aestivum)

http://www.ucm.esfinfo/genetica/grupod/Cuantitatlva/Cuantitatlva.htm

MC Duque -- CIAT

Hermann Nilsson-Ehle

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Valor fenotípico

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Línea Progenie pura A de AxB

(a) Superioridad a los dos progenitores (b) Superioridad con respecto a un progenitor

MC Duque -- CIAT

Línea pura

B

Para alcanzar la heterosis, la progenie derivada del cruzamiento debe comportarse significativamente (***) mejor que el promedio de sus progenitores (puros).

Hipótesis .Una población que no sea pura, porta un número de alelos recesivos que pueden ser nocivos en mayor o menor grado, pero que pueden llegar a ser neutralizados por sus respectivos alelos dominantes,

Las líneas puras, en la condición de homocigotos por la endocría, actúan libremente esos malos alelos,

Con la hibridación, algunos de esos alelos detrimentales se enmascaran por dominancia y aparece el vigor híbrido.

.Otra hipótesis es que hay loci en los cuales el heterogicoto es superior a cualquier homocigotos (sobredominancia).

MC Duque -- CIAr

Ligamiento genético __ _

Ligamiento o no al sexo, diferente de pleiotropía, ligamiento por cercanía!

http://www.scienceatclifton.co.uk/clifton/punnett3.htm

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Me Duque ~- CIAT

Segregación transgresiva

Se define como la aparición de individuos en poblaciones segregantes que presentan fenotipos más extremos que sus progenitores

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Percent sterility (ps)

OX Giraldo, A. Almeida, C.P. Martinez, J. Borrero, M.C. Duque, J. López, J. Tohme. 2005. 'Identificación de QTLs para Rendimiento y Componentes de Rendimiento en una Población BC3F2 de lemont y Oryza barthii' ;Congreso Asociación Colombiana de Fitomejoramíento y Pproducción de Cultivos. Palmira

MC Duque -- CIAT

Acumulación en la progenie de alelas complementarios en múltiples loci heredados de padres muy diferentes. (De Vicente Me, Tanksley S. 1993)

1. Puede deberse a mutaciones de novo inducidas por la cruza

2. A la acción complementaria de genes heredados de sus dos progenitores (muy diferentes)

3. Descubrimiento de genes recesivos que permanecen heterocigotos en uno o ambos progenitores.

MC Duque -- CIAT

Continuación .. .

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-Ligamiento

Cuando los genes se encuentran en un mismo cromosoma, tienden a migrar juntos a un mismo polo de la célula durante la meiosis y su separación hacia gametos diferentes depende de la

ocurrencia de sobrecruzamiento entre ambos. Si los genes están muy cercanos, este sobrecruzamiento es menos probable y los genes tienden a permanecer juntos. El nombre de

éste proceso biológico es Ligamiento.

Hasta que el sobrecruzamiento ...

los separe

MC Duque -- CIAT

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.Sobrecruzamiento o entrecruzamiento (crossing aver) en la meiosis

MEIOSIS

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Ligamiento genético es la

segregación NO aleatoria de genes o marcadores a causa de su proximidad física.

Para estudiar asociaciones entre alelos de diferente loei, el primer paso es mirar las frecuencias alélicas.

Cualquier asociación encontrada se llama "desequilibrio de ligamiento" aunque a veces no lo sea .

Alelos de diferentes ¡oei pueden tener frecuencias que muestren asociación, con o sin ligamiento .

MC Duque .. CIAT

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Desequilibrio de ligamiento es aquella condición en la cual la frecuencia de un haplotipo particular dado por 2 loei, es significativamente diferente(***) de la que se puede esperar por apareamiento aleatorio.

Frecuencia esperada del haplotipo =

producto de las frecuencias alélicas(marginales) en cada ¡ocus.

Marginales

Ejemplo: 81 82

A1 0,040 0,360 A2 0,035 0,315

A3 0,025 0,225

Marginal 0,100 0,900

MC Duque .. CIAT

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Todos aquellos loei que se encuentran situados sobre el mismo cromosoma forman un

Grupo de Ligamiento. C-------~---I

Un cromosoma es un elemento biológico. Un grupo de ligamiento es una aproximación construída con base en la información lograda. Se espera que los grupos de ligamiento representen cada vez, con mayor exactitud y precisión a los coromosomas respectivos.

MC Duque -- CIAT

I

El desequilibrio de ligamiento puede ser causado por muchos factores, incluyendo selección y deriva . La causa predominante es ligamiento físico de los loci.

El desequilibrio de ligamiento debido a cercanía física de los loei, toma su máximo valor en poblaciones derivadas de cruzamientos controlados y como consecuencia, la capacidad de mapear y caracterizar poligenes, utilizando loei marcadores también es la más alta.

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Una segregación distorsionada y con ello frecuencias alélicas distorsionadas ocurren por falta de aleatoriedad en la segregación.

Las razones pueden ser biológicas (como barreras reproductivas :genes gametofíticos o esterilidad) o metodológicas (falla en la determinación del genotipo o fenotipo)

La segregación correcta se prueba con X2 de bondad de ajuste, al modelo de población que se tenga.

'-IC Duque -- C1A T

2 ¿(o-e)2 X obs = ='-----

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e: frecuencia esperada según el tipo de población usada, el número de loci considerados y la presencia de dominancia.

Los df son los grados de libertad: número de categorías esperadas -1.

MC Duque -- CIA T

MODELos PARA DOS PARES DE ~

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[X)S GENES RR sRSS R=IVOS 1 6 9

4REGESNO AASRSS'RISI

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Ejemplo: modelos de segregación para dos

genes.

Análisis de ligamiento es el proceso de identificar loei genéticos cuyos patrones de segregación están asociados con la variación de una característica de interés.

En un análisis típico de ligamiento se hacen pruebas de significancia en cada loei a lo largo del genoma (entre la característica y el genotipo de los loei) .,

Un mapa genético es un resultado de un análisis de ligamiento sobre un conjunto grande de marcadores.

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A nivel poblacional el desequilibrio de ligamiento puede ser generado cruzando líneas homogéneas

Para qué?

El desequilibrio de ligamento puede existir aún entre loei pobremente ligados.

El desequilibrio de ligamiento tiende a erosionarse rápidamente a través de generaciones.

MC Duque·- CIAT

Marcadores

La genética molecular se usa para descifrar la naturaleza genética de las características cuantitativas identificando regiones cromosómicas que las afectan.

Para ello se han desarrollado estrategias sofisticadas de investigación, selección y de prueba (evaluación)

Fundamentalmente se apoyan en la capacidad de determinar el genotipo de los individuos:

usando mutaciones causadas o

usando marcadores moleculares indirectos mediante el uso de ADN

MC Duque -- CIA T

Marcadores

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Hay una calle ciega, sólo se puede ir en un sentido ... etc.

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Golf.

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Del clima

De lugares

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Mi nombre es Armando Puentes

y soy ingeniero civil

Mi nombre es Blanca Rojas y tengo crisis de

Cuál es su nombre?

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Marcador de ADN ---------~ /- '~/'-

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... // Hola! Mi nombre es . "Marco Loe;", mi

.// apellido es latino.

. A veces "no me hallo", a I veces soy "perejil de toda I boda", vivo "hecho un

rollo" y todo eso me lo merezco! Soy algo así

como un espía

MC Duque -- CIAT

Marcador genético

Pequeño fragmento de

ADN que puede ser identificado

como un marcador

genético, es decir ...

Carácter heredable (herencia mendeliana), claramente reconocible, que puede usarse para la identificación de los individuos y para mapeo genético.

Marcadores genéticos comunes son: Variables morfológicas, fisiológicas, bioquímicas como proteínas, marcadores de ADN, llamados moleculares etc. Las dos primeras son muy sensibles al ambientey al estado fenológico del individuo. Los moleculares son muy abundantes e insensibles a esos elementos.

El marcador puede ser una función conocida de un gen, o un fragmento de ADN con función conocida o desconocida, sin función, o un fenotipo heredable.

MC Duque -- CIA T

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Representan diferencias genéticas entre individuos o especies.

No representan necesariamente los genes de interés, actúan como signos o marcas (son como espías) por ser muy cercanos a ellos, sin causar efectos sobre las variables de interés.

Su ubicación en el genoma, es específica.

\IC Duque -- CIA T

Neutralidad fenotípica

Para marcadores de ADN, la mayoría de la variación alélica ocurre en la porción no codificante del genoma.

Los marcadores fenotípicamente neutrales facilitan la detección del ligamiento entre el marcador mendeliana mente segregante y el gen o los genes de interés.

Los marcadores neutrales suministran una estimación insesgada del efecto fenotípico de cada gen SIN interferencia con el/ocus marcador

MC Duque -- CIAT

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Los marcadores neutrales son abundantes en el genoma y su ligamiento con QTLs pueden ser establecidos por la evidencia de asociaciones empíricas de los genotipos de los marcadores con los fenotipos de los individuos.

Evidencia implica un juicio objetivo sobre la existencia del fenómeno.

MC Duque .. CJA T

Polimorfismo

Sin variación alélica no hay segregación y sin segregación no hay pruebas de ligamiento que puedan hacerse para detectar genes.

El nivel de polimorfismo puede ser causado principalmente por:

El tamaño de la población, el tipo de muestra, el hábito reproductivo, la selección, la tasa de mutación y la tasa de migración.

La selección y la tasa de mutación hacen que la variación alélica sea mayor a nivel de loei marcador molecular que a nivel de loei morfológico.

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MC Duque -- CIAT

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Polimorfismo

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-Marcador polimórfico dominante

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MC Duque -- ClAY

Con marcadores, la selección generalmente no se hace sobre el QTL. Es indirecta! Pero, se hace con un marcador con desequilibrio de ligamiento .

El desequilibrio de ligamiento se pierde con el tiempo y la eficiencia de la selección se reduce .

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Selección de marcadores

Algunas estrategías

Revisión de la literatura:

Frecuencia

En la especie

En otras afines (historia común)

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MC Duque -- CIAT

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Intensidad del color

Bulks (masal) de ADN para una variable cuantitativa,

El bulk se hace a partir de individuos que exhiban los fenotipo más contrastantes.

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Marcadores

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Pi: Progenitor 1

P2: Progenitor2

Bl:Bulki

B2:Bulk2

Marcadores polimórficos identificados (flechas) en los bulks y que representar marcadores potencialmente ligados a QTLs controlando las características de interés .

Con ellos se mira el genotipo de toda la población y se realiza el análisis de QTLs.

Frecuencia

ADN de plantas

enfermas

MC Duque -. CIAT

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MC Duque -- CIAT

Bulks de ADN para una enfermedad de resistencia simple.

El bulk se hace a partir de individuos que exhiban los fenotipos más contrastantes.

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-QTL (Loci de efectos cuantitativos)

Me Duque ~- C1A T


La variación fenotípica continua, condicionada por la variación alélica en varios y frecuentemente en muchos loei genéticos, cada uno con efecto relativamente pequeño, frecuentemente se conoce como "características cuantitativas" o QTL y su herencia es poligénica.

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Número de Panicu[as

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variación fenotípica continua

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LOCI DE EFECTOS CUANTITATIVOS, tiene como sinónimos

QTLs y Variable o Variable Compleja (Complex Trait)

MC Duque .. CIAT


-QTL es el acrónimo en Inglés de "QUANTITATIVE TRAIT LOCl"

-Los principios son similares a los mendelianos o cualitativos, pero debido a la segreQill;.ión compleja de qene~, que no puede seguirse individualmente, se han desarrollado nuevos métodos y conceptos para aproximarse a su comprensión.

Normalmente no es posible determinar si el efecto detectado con un locus marcador sea debido a uno o más genes ligados afectando la característica.

Por esta razón, la expresión QTL fue aceptada para describir una región del cromosoma (usando la definida por el ligamiento con un marcador) que ha tenido un efecto significativo sobre una característica cuantitativa.

MC Duque .. CIA T

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Número de Panículas

100%

l ) o

h 1 ~

variación fenotípica continua

O.X. Giralda, A. Almeida, C.P. Martinez, J. Borrero, M.C. Duque, J. López, J. Tohme. 2005 . 'Identificación de QTLs para Rendimiento y Componentes de Rendimiento en una Población BC3F2 de Lemont y OfYza barthii' ;Congreso Asociación Colombiana de Fitomejoramiento y Pproducción de Cultivos. Palmira

LOCI DE EFECTOS CUANTITATIVOS, tiene como sinónimos

QTLs y Variable o Variable Compleja (Complex Trait)

Me Duque -- eIA T


-QTL es el acrónimo en Inglés de "QUANTITATIVE TRAIT LOCI"

-Los principios son similares a los mendelianos o cualitativos, pero debido a la segregación compleja de genes, que no puede seguirse individualmente, se han desarrollado nuevos métodos y conceptos para aproximarse a su comprensión.

Normalmente no es pOSible determinar si el efecto detectado con un locus marcador sea debido a uno o más genes ligados afectando la característica.

Por esta razón, la expresión QTL fue aceptada para describir una región del cromosoma (usando la definida por el ligamiento con un marcador) que ha tenido un efecto significativo sobre una característica cuantitativa.

MC Duque •. CIA T

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Las características cuantitativas son típicamente afectadas por varios genes y además por el ambiente.

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El uso de marcadores ligados para el mapeo de QTLs y para selección se basa en la existencia del Desequilibrio de Ligamiento entre el marcador y el QTl.

Aunque se espera que 2 loci estén poblacionalmente en equilibrio, en grandes poblaciones con apareamiento aleatorio, puede haber equilibrio parcial entre 2 loci fuertemente ligados debido a factores aleatorios o a selección.

Me Duque -- e/AT

Principio:

Marcadores ligados a un gen ó a QTLs que afecten una característica, como altura de planta, deben mostrar diferencias significativas(***), cuando la población a evaluar se clasifique según el genotipo del marcador.

MC Duque -- CIA T

Marcador E

- - --- - - - --- ----- - - -- - --

AABBABABABBAAABAAABB

G1:fragmento A G2: fragmento B

Altura promedio

50

Ligamiento detectado estadísticamente

'--'--f-1-L--f-L- Genotipo del marcador E ()-

B

P <0.0001 *** Conclusión: Marcador ligado al QTL

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Quantitative Trait Loci (QTL)

Loei o regiones cromosómicas ... ( ... ) y que son identificadas a través de análisis estadísticos.

Las características cuantitativas son típicamente afectadas por varios genes y además por el ambiente.

kkers l.C. and Hospital F. 2002. Natu~g¡,e;7!Z700).

El uso de marcadores ligados para el mapeo de QTLs y para selección se basa en la existencia del Desequilibrio de Ligamiento entre el marcador y el QTL.

Aunque se espera que 2 loei estén poblacionalmente en equilibrio, en grandes poblaciones con apareamiento aleatorio, puede haber equilibrio parcial entre 2 loei fuertemente ligados debido a factores aleatorios o a selección.

MC Duque -- CIAr

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Marcador H

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Gl :fragmento A G2: fragmento B

Altura promedio

_r-30'

No Ligamiento detectado estadísticamente

10 Genotipo del marcador H

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A B

P =0.5701 *** Conclusión: Marcador no ligado al QTL

Fortaleza de ligamiento entre un marcador y un QTL.

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Mientras más cercano sea el marcador al QTL de interés menor posibilidad de recombinación.

MC Duque •• CIAT

Por arquitectura genética se entiende el conjunto de elementos que determinan la relación entre genotipo y fenotipo.

-Número de QTL

-Posición

-Efecto

-Contribución a la varianza genética

-Interacción de los alelos de los QTLs dentro (dominancia) y entre (epistasia) loei

-Efectos pleiotrópicos

-Interacción QTL x Ambiente

MC Duque -- CIAT

La selección basada sólo en el genotipo de los QTLs identificados puede no ser la óptima ...

Entonces ...

La selección molecular debe ser combinada con la selección sobre fenotipo en la cual ...

se expresa la acción combinada de todos los genes, incluyendo aquellos no identificados.

MC Duque -- CIAT

... '.~;' . ~~'" ~ , .~ .... ~ En poblaciones naturales hay potencialmente una gran is complejidad, po, lo tanto, paca encont,a, QTls ,e di,e'an _ -. - poblaciones cuando se puede, para inducir segregación y <~ . recombinación y estudiar el ligamiento.

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MAPPING QI!ANTITATIVE TRAIT LOCI IN PLANTS: USES AND CAVEATS FOR EVOLUTIONARY BIOLOGY

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:7.'", .' • MC Duque .• CIAT

~.

No olvide que ....

La información suministrada por los datos moleculares es incompleta ...

Sólo algunos de los genes que afectan la característica se han identificado

Parte de la "caja negra" sigue sin decodificar ...

MC Duque •. CIAT

Recombinación

+ . •

http://www.nimr.mrc.ac.uk/cialiimages/8ar3d.jpg

http;//w\>.¡-\v.cbs.dtu.dk/stsftYdave!roanoke!fig9_2S.jpg

Y!C Duque -- CIAT

http://www.genoway.com!communlimglhomologoLls2.jpg

MC Duque -- CIA T

http://www.sci.sdsu.edu/~smaloy/MicrobialGenetics/topics/genetic~analysis/recombinationlds~break-rec.gif d:E_ Break

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A

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A

befare recombimtion

after recambinMion

http://student.biology,arizona.ed u/honors200 1 igroup 12/recombination,jpg

MC Duque -- CIAT

This image shows 3 female germ eell nuclei (dapi) undergoing meiotie pairing and reeombination, which is mediated by the synaptonemal eomplex (se red). The behaviour of the X ehromosome can be traeed by labelling with an antibody to XLR (green), a protein that preferentially assoeiates with sex chromosomes.

-Widefield microscopy (Deltavision) -James Turner,

http://www.nimr.mrc.ac.uklcialJimages/8ar3d.jpg

Me Duque -- C/AT

La unión de 2 cromátidas no hermanas implica la

recombinación de características genéticas controladas por genes pertenecientes a un mismo cromosoma.

A B e A

A

=:x x=::::::: a

a b e a

* : gametos de tipo parental

r: gametos recombinantes

Me Duque ~~ CIA T

Sobrecruzamiento y recombinación

Un evento de sobrecruzamiento produce 2 gametos recombinantes y dos de tipo parental

% de sobrecruzamiento / 2 = % recombinación

B b

B

b

%sobrecruzamiento = 2* % recombinación

e e

e e

% recombinación = gametos recombinantes / gametos totales

Me Duque -- CIA T

.'

* ~~ r

*

,

Recombinación en el genoma

- La probabilidad de recombinación entre dos puntos del mismo cromosoma es más alta que en otra parte (el límite superior es 50%) .

- La distancia a la cual se espera un evento de recombinación depende de la región del genoma.

- Hay regiones del genoma en donde son propios los eventos de recombinación y otros donde no se da.

Me Duque -- CIAT

Continuación ...

r

Mapeo Genético ... conceptos generales

E

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Analogías

Mapas Orientación

MC Duque -- CIA T

Dirección en Costa Rica de Conarroz

Antigua Casa Matute Gómez 100 mts al norte, 75 mts al este, San JOSI

Dirección de la sede de CIAT en Managua, Nicaragua

De Shell Plaza El Sol 1 cuadra al lago Casa No. 40, Managua

Universidad de la Plata, en Argentina

Calle 66 entre 167 y 173 s/n (1900), La Plata

Terminal 4, Aeropuerto Barajas, Madrid

Sala R ~

Sala S ~

15 (minutos caminando)


iiii !I!! ... ii -i -~ 11 .~

Mapa genético (o mapa de ligamiento):

Se hacen con el fin de buscar la identificación de zonas, cada vez mas precisas, en el genoma, cuyo efecto sobre características de interés sea conocido, de tal manera que puedan usarse para crear genotipos superiores.

En otras palabras, localizar genes con arquitectura genética conocida, útiles para el mejoramiento vegetal (también es posible en mejoramiento animal, pero algunos métodos son diferentes.)

La identificación de QTLs basada solamente en evaluaciones fenotípicas convencionales NO es posible.

MC Duque -- CIAT

Las expresiones:

eMapeo genético

eMapeo de genes

eMapeo del genoma

Son equivalentes.

MC Duque -- CIAr


Representación esquemática de grupos de ligamiento que tienen los loei en su posición relativa.

Unidad de mapeo: centimorgan ( cM)

Unidad de distancia en los mapas tal que:

1cM = 1% de sobrecruzamiento

Si en un conjunto de 100 nuevas plantas, una (1) es recombinante entre 2 loei, entonces los dos loci están a 1 cM de separación.

Marcadores con una frecuencia de recombinación del 50% se consideran no ligados (condición aleatoria)

:\fe Duque -- CIAT

Mapas genéticos:

-En los mapas genéticos hay un ordenamiento de zonas de interés a lo largo del cromosoma, pero la métrica no es física y además está bajo control genético-,-

-En los mapas genéticos las distancias dependen de la probabilidad de recombinación esperada entre dos puntos

-Construir un mapa genético implica ordenar los loci y suministrar una medida de distancia entre ellos.

-Los mapas consisten en la sucesión de eventos identificables o de marcadores que están en posiciones conocidas.

MC Duque -- CIA T

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Mapa Genético Cómo luce?

Grupo de ligamiento Marcadores

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333 aMl10

."

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8.S CLON410

)7,9 8101187 23.5 CFLOII. {V} 29.9 sr·llS8 3S,2 BM131

50.4 CS~N

." 5.7 8101164

18.5 8"'143 .23.1 BM.142 26.1 BMd003 i

"'" 29.7 PVCCTQ(!1 31,0 -ª!1Q012 43.(1 GA"TSn

52.0 BM152 55 O 8M156

'0' ." 8101209 n- 81>1151

5.1 it 8M189

37.9 8MtBS

51.1> 8"'150 55.4 8101183

13.6 j::::Ol '" .. ,,, 27,3 8101197

481 BMdOl6

)4.9 18.5 23.2 28.5

'" 60,5 64.8

91.6

112.3

]24.2

MC Duque -- C

Situación ideal

BMIBS

C\.ONIl5l ClON02? BMd046 8"'154

aMdOH ...,... BMdOS4

BM114

8101169

8"'141

T

Distancias

~,

MO'fEAPO

" ....... 11.3 """'" 16.8 BMdOO9 12.7 BMd030 25.0 O!<&ll ;!8.L flMdOO8

! .. "" 8.8 ~

20.3 CLOH071l

,,, --49.6 ,.""..

63.5 --'" BI-I161

rg10 .gil

f 'M<'" 6.1 8McO09 11.5 SAP6

19.2 B.Md()4'l

31-4 8101157 i '·""

13.9 \'Md003

21,& I.IM205 28.1 JUb1!lU

Iriarte G. 2002 "Identificación de QTL's para caracterización agronómica en una retrocruza avanzada entre una accesión silvestre y una variedad andina mejorada (lea Cerinza) de frijol común (Phaseolus vulgaris L.)" U del Tolima Colombia (Tesis)

De ser posible, los mapas deberían tener marcadores "anclados", presentes en varios mapas, que permitan la comparación de regiones entre mapas.

CALIDAD Exijo una

explicación

MC Duque -- CIA T

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~1l: :€'-. -\", . ,,-~ . ........ ... ~,.

El uso de marcadores indirectos para el mapeo de QTLs y para selección, se basa en la existencia del Desequilibrio de Ligamiento entre el marcador y el QTL (marchan juntos o "dime con quien das y te diré quien eres!") .

Nota: Aunque se espera que 2 loci estén poblacionalmente en equilibrio, en grandes poblaciones con apareamiento aleatorio, puede haber equilibrio parcial entre 2 loci fuertemente ligados debido a factores aleatorios o a selección.

MC Duque -- CIAT

Recombinación y mapas genéticos:

-El sobrecruzamiento o recombinación es un hecho biológico

-La frecuencia de recombinación es lo que podemos observar acerca del evento.

-Una distancia m en un mapa intenta medir todos los sobrecruzamientos entre dos sitios

-No todos los eventos de recombinación son observables

-r : frecuencia de recombinación, sólo mide aquella parte de los eventos recombinantes que terminan en un número impar de sobrecruzamientos .

MC Duque -- CIAT

¡((B'';':· .. ~;:.-~ '.

--; Sobrecruzamiento (entrecruzamiento) <'t"'.- ... ~

~,~,',,::~, ~. ~. Cromosomas {cromátidas

~, ~omólOgoS hermanas "

<r"~ , ~;".

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~. '. {., ~~ Cromosomas Cramatldas

1S~;~omó,ogos hermanas

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B,.r-~'", .... _.v_

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Sobrecruzamientos:

e A

A

e=: a e a

fL e A

A

e=: a

JL e a

MC Duque-- CIAT

.JL b

--1L IL

A rAB B rBC e t -----...... ------::2: .............................................. 01 rAC

e e

e

e

e e "-

~ ~'-,

,.' e

e

rij probabilidad de un número impar de sobrecruzamientos entre 1-]

l-rij : probabilidad de un número par de sobrecruzamientos (incluye O).

Un número impar de sobrecruzamientos entre AC ocurre:

número impar en AB Y-llill: en BC Ó

número par en AB e impar en BC

MC Duque -- CIAT

* r

*

"

Frecuencias de recombinación ( r ):

... ¿J

Si no hay interferencia, lo que pasa entre AB

no afecta lo que pase entre Be.

r AC = r AS + r BC - 2 r AB r BC

JBS Haldane 1892-1964 HAlDANE, J. B. s., 1919 The combination of \\nkage \FalIJes, ano the c.alculation of distances between the loei of Ilnked factors. J. Genet. 8:299-309.

Me Duque -- CIA T

~~-:..

!l'Frecuencias de recombinación ( r ): ~ ... ' ~~'" Las frecuencias de recombinación nO_son aditivas

~y -.

~.

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B<-'" "'l' v-:

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r A

r<x+y

25,4=5,9+19,5 (777)

~-----------------~~-------------------, A 5,9 pr 19,5 e I I I

,,----------------------------~ 23,1

MC Duque -- CIAT Verdadera!

A1t------il-----tf rAS

r AC

Completar r AS rSC r AC la tabla

1 .20 .40

2 .20 .05

3 .20 .05

4 .15 0.29

5 .20 .36 Me Duque -- CIAT

Frecuencias de recombinación ( r ):

Si hay interferencia, entra el factor (j) (O<=cD<=l) de la siguiente manera:

{ O: no interferencia

1: interferencia total

Damadar Dharmanand Kasambi (1907-1966)

En ausencia de fuerte interferencia, las frecuencias de recombinación pueden considerarse aditivas, si son lo suficientemente pequeñas para que el prOducto 2 r ABr AC sea ignorado.

Kosambi, 0.0. 1944. "The estimation of map distances from recombination values," Ann. Eugen. 12:172-75.

MC Duque -- CIA T

Funciones de mapeo:

Pretenden predecir la probabilidad de los sobrecruzamientos, "m" I

a partir de las frecuencias de recombinación "r",

m=f(r)

MC Duque -- CIAT

Funciones de mapeo:

-Sobrecruzamientos aleatorios e independientes (no interferencia) -

Haldane(1919) m H == - ln( 1 - 2 r )

r

-Modelo de interferencia parcial :

Kosambi(1944) m K _~ln(1+2r\

4 1-2r)

MC Duque -- CIAT

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Completar mH la tabla r AB r BC r AC mK

1 .20 .40

2 .20 .05

3 .20 .05

4 .15 .29

5 .20 .36

MC Duque -- CIAT


-Debido a que las distancias de los mapas reflejan la recombinación y ésta es una función del genotipo de los progenitores, las distancias son propias de la cruza particular y del tipo de diseño poblacional que se ha seguido (p. e.: F2, F3, BC2, RIL, DH etc).

-El ordenamiento de los marcadores (genes) sí es propio de la especie y se espera que los mapas a medida que se van refinando, converjan al ordenamiento real, independiente de la cruza y del diseño poblacional.

MC Duque -- CIA T

- " i:,,{; '''', :~,'

~~:. Decodificar el genoma ... ~' w¡¡ ~1. Para decodificar el genoma hay que fragmentarlo - ' y leer cada trozo. ~~_.

~,~23" Poner los trozos en orden.

w:I. . Tratar de leer los mensajes "ocultos", ;d".

~. ~7a.:~. ~

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MC Duque·· CIAT

Juguemos un rato, .. ,

MC Duque .- CIAT

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i1 ..,", ..... , _. .:"",,- ~

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~.

1 2 3 4 5 6 7

Consideren la 8

siguiente lista de 9

parejas: 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

Alcoba - Baño Baño - Sala Parabrisas - Ventana Aviso - Baño Mesa - Ventana Radar - Baño Sala - Comedor Baño - Registradora Llantas - Timón Comedor - Garaje Parabrisas - Ventana Timón - Parabrisas Registradora - Mostrador Ventana - Palanca de Cambios Garaje - Ventana Llantas - Radar Baño - Mesa Ventana - Salida de emergencia Salida de emergencia - Chaleco salvavidas

.\lC Duque -- CIA T

Por favor ordenen las parejas de manera que:

,/ Se pueda formar una o varias listas coherentes de elementos

,/ Se pueda dar nombre a cada lista

,/ Cuántos elementos tiene cada lista?

,/ Hay dudas?

,/ Cómo podrían resolverse las dudas?

MC Duque -- ClA T

Sugerencia!

Para encontrar la primera solución juguemos al dominó con las siguientes fichas:

2 15

7

10 1

MC Duque -- CrA T

•

•

Solución

MC Duque -- C1AT

4 - 8 - 13 16 - 6 - 17 - 5 - 18 - 19 . . ... - -

EbO[

9 - 12 - 3 - 14

r===::>9 - 12 - 11 - 14 3 = 11

MC Duque -- C1AT

;d:-'

~, ~$jerCiciO- continuación

§1 ~' ~

~, y'Como quedarían las listas si agregaramos:

15':",

~,"'.'."'.:.,,,;.~~,' 2201 Ventana - Chimenea ~~ Mostrador - Lista de precios ;d:-' 22 Palanca de cambios - Parachoques ~ 23 Chaleco salvavidas - Alas

IJ,' " oEs un error que 3 = 11 ?

:;::;-:" oQué cosas notaron en el ejercicio?

,¿.[ . oQué comentarios hay?

~:~,.

--~<

MC Duque .- CIAT

Se pueden leer el siguiente texto?

Tiene algún sentido? Por qué?

MC Duque -- CIAT

•

'"

B·"· <'" '" 10". ,.

=--"' :'-:t-,. .;

~. ~ 'Asómate a esa vergüenza, iI cara de poca ventana,

<t~ .-:. y dame un poco de sed, ¡dJ

~.':~ que ~e estoy muriendo de

~~ agua. ~,'. rd"-:;.'

~ Qué pasa en el texto? ~-:' ¡t;i':i

~.:~

".'

~,

-11 .... ~~' ... '-, '

~. ' . . ;~

~;..

~.".-~". ' " - .

~"". ";;~

MC Duque .. ClAT

Muchacha en ventana

Salvador Dalí

!j'!''-.:.'>':'' .. . '-;': , "

- . :..:f" -. ~

Mirar el texto que viene, tratar de entenderlo y decir qué pasa.

~.

B¡t".:C:!::'--"

.... " ,...~

- . ::. ...... ~, ¡t;i':".

B·<:-:" ...- 0'<

:".... .. ~. ;tr • .;.

~.

~~. MC Duque·· CJAT

i1~, §'" La Serenata

::2.":' " 'Ahora que los ladras perran,

¡(!';-"fI"{~"" ~ ahora que los cantos gallan, > ahora que, albando la toca,

':s. ,]e' las altas suenas campanan,

B.~ y que los rebuznos burran,

'. y que los gorjeos pájaran,

~~" y que los sílbos serenan, .-" ;-:- . y que la aurorada rosa,

." .,<-

§'. ~~".~. y que los gruñas marranan,

~!!""-J" ...... , los extensos doras campa ... (*l'

> ~ > ~ 'Tengo los tiesos tan dedos

~",' que hasta los tiemblos me piernan ... (**l' ~;.~

~ (* José Manuel Marroquín "Agustín Agullar)

..'.1:. Me Duque p- CIAr ~.

Podemos endenterlo, porque nuestro cererbo con

toda la inmorfación que ha aculumado, a través de

la experinecia y de la ecudación, puede ayurdanos

a encontrar el sendito ( !!! )

Podemos entenderlo, porque nuestro cerebro con

toda la información que ha acumulado, a través de

la experiencia y de la educación, puede ayudarnos

a encontrar el sentido.

Pero, si fuera un idioma extraño ???

MC Duque >. CIAr

• Al

¡<f-'~

~<~

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~, ~.:;

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j~'.-: '!

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"

~.

, Otro ejercicio ... DIFICILISIMO!

MC Duque -- CrA T

l.Traten de encontrar el mensaje oculto en el texto.

2.Construyan un sistema para informar a los demás, cómo leer el mensaje sin tener que volver a hacerlo todo. (Un mapa de lectura)

MC Duque -- CIAT

11"··."'.' . ~~i\

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a b e d e f 9 h I J k I m n o p q r s t u

1 1 Z 1 r s r t 1 e u a n d o 1 r t y u I y 2 e r 1 d e s p e r t o 1 , 6 r 9 t f h Y e 3 r k j h 1 e I 1 d I n o s a u r I o 1 y J

4 h t e w d 1 t o d a v I a 1 y u h m u h t 5 j r 1 e s t a b a 1 t 9 9 d s e n m f r t 6 k r 9 y r 1 a I I I 1 f d w f e d u u b

MC Duque -- CIAT

alblcldle f 9 h I J k I m n olplqlr Islt lu 1 e u a n d o 2 Idle s p e r t o ,

3 el d I n o s a ulr li 101 4 t o d a v I a 5 le Is t a b a 6 a I I I

El Dinosaurio,

Minicuento de alto valor literario escrito por:

AUGUSTO MONTERROSO. (Tegucigalpa, Honduras, 1921- MéxiCO, 2003)

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Estretegias usadas para identificar marcadores ligados a características de interés:

1. "Gen-candidato" para poblaciones no estructuradas

Mapeo Asociativo que se considera un método de elección para estudiar los !oci involucrados en la herencia de caracteres complejos.

Consiste en identificar marcadores con diferencias en la frecuencia alélica, significativamente asociadas con el fenotipo de interés.

Una asociación estadística entre el genotipo de un locus marcador y el fenotipo se considera como evidencia de un ligamiento por cercanía entre los loci fenotípicos y el marcador.

MC Duque -- CIAT

Estretegias usadas para identificar marcadores ligados a características de interés:

2. Búsqueda a través del genoma en poblaCiones espeCializadas (veremos que significa) para identificar regiones de los cromosomas que afecten una característica.

La posición y el número de QTLs en la región son desconocidos.

MC Duque -- CIAT

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El mapeo de QTLs se basa en el principio siguiente:

Los genes y los marcadores ligados segregan juntos a través de la recombinación cromosómica, debido al sobrecruzamiento durante la meiosis (reproducción sexual).

Este hecho biológico se puede analizar en una progenie.

La progenie debe ser conocida y los progenitores, para permitir una máxima comparación deben ser muy puros y muy contrastantes entre sí.

MC Duque .. CIAT

POblaciones y su manejo

El número de alelas del QTL se restringe a dos (por qué 7)

La inferencia de la arquitectura genética se restringe al número, localización, efectos principales de los QTLs principales y sus interacciones.

Si hay múltiples variables debe estudiarse su pleiotropía.

Si hay evaluación en diferentes ambientes debe estudiarse la interacción del QTL con el ambiente. La respuesta en los diferentes ambiente actúa como variables correlacionadas y puede asimilarse a la pleiotropía.

MC Duque .• CIAT

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Poblaciones para mapeo en plantas autógamas (autolinizadas )

Me Duque - CIAT

Líneas recombinantes avanzadas (RILs)

Una población de individuos homocigotos obtenida por autopolinización desde un híbrido Fl y que acumula "'50% de cada genoma de los parentales en diferentes combinaciones.

MC Duque -- CIAr

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lvlAPPING QlIANTITATIVE TRAlT LOel IN PLANTS: lISES AND CAVEATS FOR EVOWTIONARY B10LOCY

Secuencia:

1. Generación de la población y eva luación fenotípica de los individuos

2. Evaluación genotípica de los mismos individuos y construcción del mapa. (CC)

3. Análisis (diferentes métodos)

~ © 2001 Ma<millan Magazines Ud

MC Duque -- CIAT

THE USE OF \IOLECULAR GENETlCS IN THE I"IPROVEIENT UF AGRICULTURAL POPt'LATIONS

Acumulación de genes con alelas

favorables (Piramidar)

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Unos pocos individuos "errados" Ca nivel de genotipo y de fenotipo) pueden confundir totalmente la detección y ubicación de un QTL.

Young N.D. 1999. "A cautiously optimistic vision for marker-assisted breeding" Molecular Breeding, 5: 505-510).

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Continuación ...

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Métodos para detección de QTLs en poblaciones diseñadas,

derivadas de líneas autofecundadas

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Estas metodologías hacen el análisis de la asociación entre el fenotipo y el genotipo de

cada individuo, con el propósito de comprender y delimitar en alguna manera, las regiones del genoma que

afectan características cuantitativas (complejas).

MC Duque -- CIAT

Hay múltiples dificultades en relacionar el fenotipo de un organismo con su genotipo.

Una de ellas, muy amplia, es la presencia de fuentes indeseables de variación. Algunas pueden ser corregibles otras no.

Qué puede ser corregible en la determinación del fenotipo?

-Obtención de unidades experimentales correctas (población con suficiente variabilidad en la respuesta, individuos suficientes y válidos)

-Ensayo de campo-invernadero-Iaboratorio, con un error experimental controlado (Diseño experimental adecuado) y buen manejo agronómico o su equivalente.

-Control de fuentes de variación externas al objetivo del trabajo (imprevistas)

-Definición clara y precisa de la variable a evaluar. MC Duque -- CIAT

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Qué puede ser corregible en la determinación del fenotipo?

-Un protocolo de evaluación probado y optimizado .

-Destreza operativa y criterio profesional desarrollado.

-Qué puede ser corregible en la determinación del genotipo?

-Selección de marcadores: tipo, número

-Controles para evitar la contaminación (mala identificación de individuos, confusión de muestras, material adventicio ... )

-Controles para evitar el deterioro de la muestra.

-Protocolo para obtención de ADN y procesos de laboratorio probados y optimizados.

-Destreza operativa y criterio profesional desarrollado.

- MC Duque "- CIAT

Recuerde que:

oLa reCDmbinación es la base para establecer el ligamiento. Si no tiene suficientes individuos recombinantes tendrá poca fuente de información.

oUn alto número de marcadores no suple la falta de individuos.

oUn pobre cubrimiento del genoma puede impedir el descubrimiento de zonas importantes asociadas con la(s) variable(s) de interés.

oHay elementos naturales de la biología que pueden dificultar la comprensión del proceso y deben ser considerados. (Epistasia, dominancia, heterosis, ... )

-Este es un objetivo de investigación que no se puede improvisar, y que se requiere criterio profesional y tiempo para su ejecución y análisis.

MC Duque -- CIAT

Pasos iniciales

Descubrimiento-caracterización de progenitores diferentes en una o más características cuantitativas de importancia agronómica.

Los padres se cruzan y una población segregante se produce. En ella se usarán marcadores adecuados para identificar QTL's ligados.

El paso siguiente es iiz"r iCe,

(:or-¡C\US!'JníSS sobre las posiciones de los QTL's en el mapa para crear una variedad superior.

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Población F2 a. Mimulus lewisií

Características florales:

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.Volumen de néctar

.Concentración y posición de anteras y del estigma

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b. Fl c. Mimulus cardinalis

Maurieio R.; 2001; "Mapping quantitati~<tr¡;¡!J¡¡'~1! iñ' p\1MtI: uses and eaveats for evolutlonary biology",Nature Volume 2 www.nature.comjreviewsjgenetics

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Población: Retrocruza (Be)

Lirio de Louisiana

Iris fu/va

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Mauricio R.; 2001;"Mapping quantitative trait loci in plants:uses and caveats for evolutionary biology".Nature Volume 2 www.nature.comjreviewsjgenetics

Poblaciones

1. F2 }

2. Retrocruces

MC Duque -- CIAT

Reducción de tiempo

3. Líneas autofecundadas recombinantes RIL

4. Dobles Haploides

MC Duque -- CIAT

} Alto número de repeticiones

Si hay un mapa previo aceptado, es conveniente ver qué tan compatible es el mapa resultante de sus datos, con el mapa previo.

Si sus datos no respaldan ese mapa, vale la pena evaluar la presencia de posibles fuentes de error.

Si la conclusión es que sus datos merecen toda la confianza, entonces los resultados las metodologías de intervalos no deben ser extrapolados a los otros estudios.

MC Duque -- CIAT

Métodos ...

Nota:

Aún son métodos:

Aproximativos, incompletos y sesgados

MC Duque -- CIAT

Métodos paramétricos ... Panorama general:

Dependen del número de marcadores involucrados simultáneamente en el análisis:

-Los más sencillas buscan: asociación entre 1 marcador y 1 QTl. Mapeo de un solo punto o Single-Marker mapping (SM), Single Point Analysis (SPA). No requieren mucho conocimiento del genoma.

-Otros buscan asociación: Marcador1 - QTL - Marcadorz o sea la asociación entre el QTL y un intervalo que lo contenga) .

. Mapeo de Intervalo Simple o Interval Mapping (1M) Requiere conocer cuales marcadores son contiguos .

. -Otros buscan asociación: Grupo de ligamiento- QTl. Mapeo por ~~~ Intervalo Compuesto o Composite Interval Mapping (C1M).

Requieren una clara definición de los grupos de ligamiento y un mapa confiable.

MC Duque -- CIAT

Métodos paramétricos ... Panorama general:

-Mapeo de Intervalo simple o compuesto para Múltiples Características o Joint Mapping que se apoya en la relación entre diferentes variables para aumentar la eficiencia en la identificación de QTLs y evaluar posible pleiotropía.

-Mapeo Por Múltiples Intervalos o Multiple Interval Mapping MIM, que es el proceso que permite modelar interacciones entre diferentes QTL y buscar la presencia de interacciones epistáticas

MC Duque -- CJAT

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Hay otros métodos, como el Mapeo Asociativo (Associaion mapping), que no requieren poblaciones diseñadas. (No los consideraremos en esta reunión)

-Métodos Bayesianos o de probabilidad condicional (No los consideraremos en esta reunión)

MC Duque .. CIAT

Asociación entre 1 marcador y 1 QTL (Single Point Analysis -SPA)

"tU test, ANOVA, regresión lineal simple, Máxima verosimilitud (Maximum Likelihood). X2 si la variable es medida categóricamente.

-Evalúa la segregación de un fenotipo con respecto al genotipo del marcador.

-Indica cuales marcadores están asociados con la variable cuantitativa sugiriendo la existencia de un QTL potencial.

-La hipótesis nula planteada es: El promedio de la característica es independiente del genotipo del marcador particular.

-La hipótesis se rechaza cuando el estadístico de prueba supera un valor crítico asociado con el nivel de confianza deseado. La implicación es, que el QTL está ligado con el marcador bajo consideración.

MC Duque .. CIAT

Un marcador - un QTL

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MC Duque -- CIAT

Un marcador - un QTL - Esquema general

-Clasificación de individuos en grupos según el genotipo del marcador

-Cálculo de las medias de las características en los grupos definidos por los genotipos del marcador

-Si la diferencia entre los grupos, en términos de promedios es "no significativa" entonces la agrupación es arbitraria en lo que a esa característica se refiere. El marcador y la característica son independientes (no ligamiento).

-Si los promedios son diferentes es una prueba indirecta de asociación entre el marcador genético y la característica.

MC Duque -- CIAT

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Un marcador - un QTL- Objetivos

-Control de calidad de los datos

-Identificación de un modelo genético (patrón de segregación)

-Selección de marcadores asociados con características de interés

Supuestos

-Del método estadístico

-No hay error en la determinación del genotipo del marcador

MC Duque -- ClAT

Un marcador - un QTL : Formas generales de evaluarlo:

-Pruebas de "t" (2 categorías)

-ANOVA (más de 2 categorías)

-Regresión lineal simple (2 ó más categorías)

-x2 (2 ó más categorías, variable de respuesta categórica)

-Máxima Verosimilitud (Maximum Likelihood)

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Un marcador - un QTL :

Prueba de "tU hay dos categorías genotípicas)

Población Diferencia de Expresión promedios

BCl M1M1-M 1M2 (a-d)( 1-2r)

BC2 M1M2-M 2M2 (a+d)(1-2r)

DH M1M1-M2M2 2a(1-2r)

F2, RILs M1M1-M 1 M1 2a{1-2(2r)j(1-2r)} E,A, Carbonell

Es imposible estimar sólo el efecto aditivo o de sustitución alélica(a), ya que está confundido con la fracción de recombinación(r) y en algunos casos con la dominancia(d) .

MC Duque -- CIAT

Un marcador - un QTL :

Pruebas de "tU ó ANOVA (si hay tres categorías genotípicas)

Expresiones para la varianza de las diferentes clases genotípicas

Población M1M1 M2M2 M1M2

BC1 (a-d)2r(1-r) (a-d)2r(1-r)

BC2 (a-d)2r(1-r) (a-d)2r(1-r)

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F2 2a2r( 1-r) +2d2ru - 2a2r(1-r)+2d2ru 2a2r(1-r)+2d2ru 4adr(1-3r+2r2) +4adr(1-3r+2r2)

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Un marcador - un QTL

-En F2, por tener más de dos genotipos debe pensarse en ANOVA, pero, F2 no cumple con los supuestos debido a la dominancia y/o al ligamiento entre el marcador y el QTL, por lo tanto debe usarse Anova con la matriz de varianza covarianza o si es posible, prueba de "t" con varianzas no homogéneas.

En términos generales para F2. F3 .... :

Mire la homogeneidad de S2 :{:_ :" ligamiento o dominancia

mire Xi versus xi:

¡Xi = _Xi no hay asociación

Xi'" Xi prueba indirecta de no dominancia y asociación.

MC Duque -- ClAT Carbonell

Un marcador - un QTL : regresión lineal simple.

Una pendiente significativa (positiva o negativa) indicaría asociación entre el número de alelos A y la variable fenotípica

Tiene los mismos problemas de confusión mencionados anteriormente en la comparación de medias.

MC Duque -- CIAT

Método de Máxima Verosimilitud (MV) (Maximum Likelihood Estimation MLE)

Suele usarse para:

• Estimación de parámetros

• Prueba de hipótesis

MC Duque -- CIAT

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MV- Estimación de parámetros

Supongamos que una variable X puede tomar los valores Xl' X2, ••• (X:Rendimiento Xl =10.2, X2=7.3 ... ).

8: parámetros que afectan los valores observados de X.

Ejemplo: x ~ Normal (¡J, 0 2)

Y ~ Binomial (n, p)

y podemos hacer estimaciones de probabilidades si asumimos que conocemos 8 = (¡J, 0 2) o 8 = P

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Método de Máxima Verosimilitud (MV) (Maximum Likelihood Estimation MLE)

Suele usarse para:

• Estimación de parámetros

• Prueba de hipótesis

MC Duque -- CIAT

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Supongamos que una variable X puede tomar los valores X¡I X21 ... (X:Rendimiento X¡=10.2 1 X2 =7.3 ... ).

0: parámetros que afectan los valores observados de X.

Ejemplo: X ~ Normal (\JI 0 2)

Y ~ Binomial (n, p)

y podemos hacer estimaciones de probabilidades si asumimos que conocemos e = (\JI 0 2 ) o e = p

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Frecuentemente la función de verosimilitud se plantea en términos logarítmicos para convertir el producto en suma

Log [L(e)] = Log[P(X1)] + Log[P(Xz)] + .... + Log[P(Xz)]

Sólo por comodidad operativa.

MC Duque _. CIAT

MV- Prueba de hipótesis

Frecuentemente el punto de partida de una investigación científica es una hipótesis. Por ejemplo:

Hipótesis biológica: No hay ligamiento entre un marcador y un gen

Cuando los datos se obtienen,

las hipótesis biológicas deben convertirse en

hipótesis estadísticas,

para probarse con métodos estadísticos.

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Las hipótesis estadísticas frecuentemente se componen de la hipótesis nula (Ha) Y la hipótesis alterna (HA)

Para ligamiento Ha: No ligamiento : r=O.5

La razón de verosimilitud LR

L(BA / X)

L(eo IX) puede servir para ver si la razón entre

LeGo/X) donde se obliga a r=O.5, comparada con

L(GA/X) (no restringida) es suficientemente diferente como para creer que son dos situaciones diferentes.

MC Duque -- CIAT


También por comodidad suele plantearse:

G = 2x ln(L(BA / X)J = LR (*) L( Ba / X)

o equivalentemente:

G = -2 X ln( L(Bo / X) J = LR L(BA / X)

(*)In: logaritmo en base e MC Duque -- CIAT

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LOO SCORE (Z)

Z = Lo [L(eA IX)] glO L(eo IX)

2 = 0.2172 * G 0.2172= [1/(ln(10)]/2

Interpretación:

G=4.6 *2

La hipótesis alternativa (HA)es "102 " veces más probable que la hipótesis nula(Ho)

MC Duque -- CIAT

Los métodos estadísticos sirven para probar si la presencia de un QTL en el sitio de prueba presenta suficiente evidencia en el conjunto de datos disponible o no.

Los resultados de la prueba se expresan como LOOs o como LR

El LOO (o LR) comparan, en cada sitio, la evaluación de la función de verosimilitud bajo la hipótesis nula (no QTL) con la función de verosimilitud bajo la hipótesis alterna (QTL presente) con el propósito de detectar un probable QTL.

Los resultados de LOO ó LR tomados en su conjunto representan un perfil de LOO a través del mapa. Las localizaciones de los máximos LOO sugieren la presencia de QTL en el sitio respectivo.

MC Duque -- CIAT

-Los métodos de un solo punto como "t", ANOVA, RLS son equivalentes cuando se está probando la hipótesis de igualdad en los promedios fenotípicos para los grupos definidos por el genotipo del marcador. Es muy diferente a suministrar en una forma directa la posición y la frecuencia de recombinación del QTL con el marcador, debido a la confusión.

Ellos son:

-Procesos simples

-Usan paquetes estadísticos convencionales

-Tienden a dar muchos falsos positivos

-No requieren ordenamiento de genes ni mapas de ligamiento completos

-A no ser que haya dominancia completa a=d, no se puede diferenciar un QTL de bajo efecto y alta asociación de otro de gran efecto y baja asociación.

MC Duque -- CIAT

-Si los objetivos de la investigación requieren identificar más precisamente la localización sobre el genoma se requieren métodos más sofisticados como los que se apoyan en el orden estimado de los marcadores.

-SPA ignora la relación entre marcadores.

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Dos marcadores - Un QTL

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Dos marcadores - un QTL

Objetivos:

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Detección de ligamiento en el mismo cromosoma

• •

Estimación de la fracción de recombinación y parámetros de acción génica ( aditividad y/o dominancia)

Requerimientos:

Mapa genético: definición muy precisa de grupos de ligamiento y del ordenamiento de /ocus

Supuestos:

Segregación no distorsionada para reducir sesgos de estimación.

MC Duque -- CIAT

Dos marcadores - un QTL : Mapeo por Intervalo

Usa pares de marcadores y busca QTL's localizados en el intervalo definido por ellos.

La Estimación de Máxima Verosimilitud ( Maximum likelihood MLE) tratar de separar la estimación de la fracción de recombinación, r, de los parámetros a y d mediante la función de verosimilitud L.

L: Encuentra el valor de los parámetros que hacen que la muestra obtenida sea la más probable ( r, ¡Ji, o? ).

Depende del tipo de diseño experimental utilizado por el modelo de segregación.

MC Duque -- CIAT


Estimación de Máxima Verosimilitud Por ejemplo, para DH: un individuo puede ser M1 M1 or M2 M2 .

La función de probabilidad para la característica de interés en el grupo de los Mi Mi es f ( Yi ).

para toda la población es:

Individuos pertenecientes a la clase genotípica M1 M1 (n l )

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Individuos pertenecientes a la clase genotípica M2 M2 ( n2 )

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Hay serios problemas con la obtención de una solución directa analítica.

Para superarlos, se van tomando diferentes valores de r entre los marcadores y en cada uno de ellos se evalúa LR o LOD.

Se selecciona aquel que lo maximice.

Cromosoma I

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El resultado se muestra en una gráfica de la posición (r) versus el estadístico de prueba (LR /LOD). 5 15 I-w~- ----,.-----.--

Debe establecerse un nivel de significancia

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Posíción cM*

MC Duque -- CJAT


Es un método sesgado

Sesgo alto,

Variación baja

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Sesgo alto,

Variación alta

Sesgo bajo,

Variación alta

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Variacíón baja

Exactitud y calidad de un estimador usando el sesgo y la variación como características cuantificables

http://www.staff.vu.edu.au/sarath/Business-stats/opre504S.htm# rla wofProb

MC Duque -- CJAT

1,4 1,6 1,8

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Un QTL situado fuera del intervalo puede "contaminar" la evaluación dentro del intervalo.

Falsos QTL's pueden aparecer por la presencia de otros QTL en sitios ligados con él.

Estadístico de prueba

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¡---QTL fantasma

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MC Duque .- CIAT

Cuando los marcadores están ubicados en el orden genético adecuado, la información genética ganada permite evitar la confusión entre el efecto aditivo y la recombinación.

Esta separación se logra asumiendo un recorrido a lo largo del grupo de ligamiento y estimando su efecto dentro del intervalo definido por un par de marcadores: esto es el mapeo por intervalo (1M)

1M: usa un mapa genético estimado como un esquema de base para la localización del QTL.

-Más poderoso que SPA para detectar QTLs (debido a la información de los pares de marcadores suministrados por el mapa genético).

-Limitado por el modelo: 1 QTL

-Limitado por la búsqueda que no permite interacciones entre varios QTL. (Epistasia!) MC Duque·· CIAT

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Dos marcadores - un QTL

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MC Duque •• CJAT

Varios marcadores un QTL : Mapeo por Intervalo Compuesto

CIM y MIM extienden las ideas de MI y adicionan marcadores adicionales para remover la variación asociada por otros QTLs.

Se define explícitamente su presencia en el modelo, para lo cual mediante regresión múltiple se eligen los marcadores con más opción de contribuir a la explicación del proceso.

El resultado se muestra en una gráfica de la posición (r) versus el estadístico de prueba (LR /LOD).

Debe establecerse un nivel de significancia

MC Duque .. CIAT

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Varios marcadores: Mapeo por Intervalo Compuesto

Para mayor pureza en la respuesta, en torno al intervalo de prueba se define una ventana para lograr aislar la señal del QTL,

CIM Model 6 Test Site

I l I / Blocked Region

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Top markers (as determined by stepwise regression) not 'In blocked regions used as cofactors

\/ Markers

QTL Cartographer • A Program Package for finding Quantitative Trait Loci • C. J, Basten Z,-B, Zeng and B, S. Weir

MC Duque •• CIAT

El CIM rompe la asociación por ligamiento de varios QTLs mediante la ventana que evita tomar regiones muy cercanas a la que se está estudiando

Prueba un QTL en una región particular. Los otros marcadores que se han elegido como cofactores (no ligados con el QTL) mediante un esquema de regresión múltiple, minimizan los efectos del resto del gen ama cuando se evalúa cada marcador y la prueba realizada es afectada básicamente por el QTL cercano al sitio de prueba .

Tiene problemas si la saturación del mapa es muy desuniforme.

Si los cofactores están ligados puede reducir la potencia,

MC Duque .. CIAT

Mapeo por múltiples intervalos

Varios marcadores - Varios QTLs

• • • • • •• • • • • • • • •• • • • • • • • •• • •

MC Duque -- CIAT

Mapeo por intervalos múltiples MIM

CIM y MIM extienden las ideas de MI y adicionan marcadores adicionales para remover la variación asociada por otros QTLs.

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Permite calcular en mejor forma la aditividad y estimar las heredabilidades.

MC Duque -- CIAT

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-El MIM permite mejorar el modelo y aún descubrir más QTLs y ajustar el modelo en una forma integral con una mejor estimación de sus parámetros.

-Debido a la consideración de posibles interacciones de QTLs, la cantidad de variabilidad explicada por el modelo aumenta y el término de error se reduce.

-Más poderoso que modelos de un único QTL porque puede diferenciar potencialmente entre QTL ligados y QTL epistáticos

-La búsqueda de múltiples QTLs comienza por permitir que cada posición en el genoma actúe de manera independiente, luego, que esté ligado a otro QTL o interactúe epistáticamente con él.

MC Duque .- CIAT

El MIM ...

Estas interacciones son importantes debido a que muestra regiones del genoma que de otra manera no estarían asociadas con la variable.

El gran problema es el enorme número de modelos que puede llegar a generar y considerar. (Todas las posibles interacciones!! !)

Es un tema de actual investigación.

Me Duque -- CIAT

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Cómo abordar el problema de la interacción QTL x Ambiente y el problema de Pleiotropía?

Básicamente puede resolverse a través de 105 modelos 1M y CIM.

La semejanza está en que una variable medida en diferentes ambientes, para los mismos individuos, muestra una correlación (dentro del individuo), como la que ocurre entre mediciones de diferentes variables estrechamente relacionadas.

MC Duque -" CIAT

La diferencia en este enfoque conjunto de diferentes variables ("joint"), se manifiesta en los modelos, en la matriz de varianza-covarianza que se define para los individuos y observaciones: hay covarianza entre observaciones del mismo individuo, y los individuos son independientes.

Esta especificación en el modelo, reduce el error experimental considerablemente, aumentando la potencia, es decir evitando que queden QTL sin identificar.

Finalmente, hay un refinamiento en términos de la estimación de 105 paramétros y de la correcta determinación integral de QTLs.

MC Duque -- CIAT

~ La consideración sobre cuáles variables utilizar en i conjunto está apoyada en conocimientos previos yen ',;o, estadística exploratoria básica.

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Es importante estudiar si r es significativo (distinto de cero)

MC Duque -- CIAT

Las hipótesis estadísticas de esta prueba de conformidad vienen dadas por: Ha: r = Q

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La significación del coeficiente de correlación se estudia por medio de la distribución t de Student. Para ello se obtiene el valor de:

que se sitúa bajo la distribución t(n-2,a ).

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MC Duque -- CIAT

11 La consideración sobre cuáles variables utilizar en iG conjunto está apoyada en conocimientos previos y en '-.:_~ estadística exploratoria básica.

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Es importante estudiar si r es significativo (distinto de cero)

Me Duque -- CIAT

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Me Duque -- CIAT

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o perman~ lejos de los científicos !

Ellos dan cáncer!! !

Correlación no significa causalidad

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Coeficiente de determinación R2.

Una vez ajustada la recta de regresión (como en SPA), es importante disponer de una medida que mida la bondad del ajuste realizado y que permita decidir si aceptar la hipótesis de ligamiento o no. Como medida de bondad del ajuste se utiliza el coeficiente de determinación:

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MC Duque -- CIAT

Coeficiente de determinación R2.

Mide la proporción de variabilidad total de la variable dependiente, respecto a su media (fenotipo), que es explicada por el modelo de regresión (marcador) .

Se expresa como un porcentaje.

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MC Duque -- CJAT

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Resumen

MC Duque .- CIAT

para mapeo de QTLs

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Ventana

Interacción

MC Duque _. CIAT

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Otros conceptos estadísticos

MC Duque -- CIAT

Hipótesis Estadística

Es una afirmación sobre los valores de un parámetro poblacional.

Puede probarse con la información contenida una muestra representativa.

No hay seguridad, hay un riesgo de error.

La hipótesis nula, Ho, es lo más general posible.

Recibe este nombre, porque supone que bajo ella no hay comportamientos especiales.

La hipótesis nula es cierta mientras no se demuestre lo contrario.

Debe haber una hipótesis alterna HA'

MC Duque -- CIAT

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Estadístico de prueba: Es un número calculado a partir de los datos y de Ha, cuya magnitud permite decidir si se acepta o no, una hipótesis nula,

Es un número que contiene información de la muestra con respecto al parámetro de interés,

Bajo la hipótesis nula, sigue una distribución de probabilidad conocida que permite calcular el riesgo en la decisión.

Si el estadístico de prueba cae en una región de rechazo (colas), se toma como evidencia de que el valor del estadístico no pertenece a la distribución, por lo tanto, el supuesto sobre el que se construyó la prueba es falso.

MC Duque -- CIAT

Tipos de error en toma de decisiones

Decisión apoyada en una muestra aleatoria

Rechazada

No Rechazada

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Dado que Ho es verdadera falsa __

I Confiabilidad = 1- a

Potencia= 1- P

Error tipo 1: rechazar Ho dado que es verdadera

Aceptar que hay un QTL falso. Falsos +

Error tipo II: no rechazar Ho dado que es falsa

No detectar el QTL que hay. Falsos -MC Duque -- ClAT

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Aceptacion

Región de aceptación o rechazo de una prueba:

Conjunto posible de valores del estadístico de prueba que llevan a aceptar o rechazar una hipótesis nula.

MC Duque .- CIAT

Significancia a

Un problema común a todos los métodos para detectar y ubicar QTLs es la dificultad en determinar valores críticos (asociados con el nivel de significancia a), con los cuales comparar los LR o LOO.

a Se define como el máximo riesgo que acepta el investigador de cometer el error tipo I (falsos QTL).

Confiabilidad es su complemento a 1.

Riesgo Confiabilidad Acertó?

Marcadorl 0.05 0.95 No ------~ ------- --------~ ---------

Marcador2 0,05 0.95 No

Marcador3 0.05 0.95 No -- ----------- -------

Marcador4 0,05 0.95 No --~---- ~-------~ -------- -~----

Marcadors 0.05 0,95 No

0.774

MC Duque _. CIAT

Qué pasó?

Se controló la tasa a nivel de comparación, pero no la tasa a nivel de experimento!

La tasa, a nivel de experimento diría que .. ,

Cada comparación se hace con un nivel de U c (de comparación) tal, que al final de todas las comparaciones, sólo haya habido un riesgo de magnitud ueCexperimental) de conclusiones erradas. Entonces U c tiene que ser muy pequeño!!!

Bonferroni sugiere:

ac a=-------"---------e Número de comparaciones

Me Duque -- CIAT

Otras dificultades para establecer el valor de a se deben a:

a. Desconocimiento de la distribución del estadístico de prueba bajo Ho (depende de n, densidad del mapa, tamaño genoma, segregación, datos faltantes, número y magnitud de QTL's).

b. Por la abundancia de pruebas de hipótesis en las cuales no se puede justificar independencia y no se toman precauciones.

MC Duque -- CIAT

Interpretación del valor P en una comparación no en múltiples!

Valor P Interpretación

P < 0,01 Fuerte evidencia contra Ha

0,01:<:;; P < 0,05 Moderada evidencia contra Ha

0,05 $ P < 0,10 Evidencia sugestiva contra Ha

0,10 s; P Poca o no evidencias reales contra Ha

MC Duque -- CIAT

La violación de los supuestos de normalidad hace que los procedimientos usuales sean fundamentalmente inadecuados.

Los métodos no paramétricos de remuestreo suministran una alternativa para definir umbrales de prueba a partir de simulación.

Las técnicas de remuestreo por permutaciones han sido aplicadas para evaluar estadísticos de prueba bajo la hipótesis nula en la evaluación de QTLs.

MC Duque -- CIAT

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Permutaciones o >

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Distribución de LRjLOD en las permutaciones

LOD/LR MC Duque -- CIAT

5 01 ...... zO

1 %

Tópicos importantes a considerar:

-Tamaño de muestra (estimación de medias y varianzas fenotípicas)

-Pruebas múltiples: muchos marcadores se evalúan a través del método estadístico que asume independencia. Los marcadores no necesariamente lo cumplen. El nivel de significancia estadística fijado por el investigador para una prueba decae por el uso repetido y puede llevar a detectar alto número de falsos QTL positivos. Típicamente: nivel de tolerancia para una detección incorrecta: 5%). Debe ajustarse con aproximaciones tales como la de Bonferroni =alfa/número de marcadores

-Las pruebas de un único marcador, que evalúan marcador cosegregando con una variable realmente hacen eso: miran marcadores más que regiones del genoma

MC Duque -- CIAT

Determinar cuáles de los muchos picos son QTLs, lleva a la necesidad de asignar la significancia de las pruebas estadísticas.

Debido a que la verosimilitud es una función de la mezcla de distribuciones normales y a que cuando se maximiza bajo las dos hipótesis, la nula y la alterna, hay problemas en obtener las distribuciones estándar que permitan una prueba convencional, es difícil declarar un QTL con confianza.

Las pruebas múltiples obviando los supuestos distribucionales del estadístico de prueba pueden realizarse gracias a la metodología del remuestreo

MC Duque -- CIAT

•

Estimación directa

Una estimación de un parámetro poblacional que puede hacerse directamente a través de una ecuación, para encontrar una solución exacta.

Prueba de significancia

Probabilidad, en una prueba estadística que da el máximo valor aceptable para rechazar una hipótesis nula verdadera.(Ho)

Qtl ficticio o fantasma

QTL que aparecen como artefactos debido a QTLs presentes en la vecindad

MC Duque -- CIAT

BIBLIOGRAFÍA

Me Duque -- CIAT

•

Estimación directa

Una estimación de un parámetro poblacional que puede hacerse directamente a través de una ecuación, para encontrar una solución exacta.

Prueba de significancia

Probabilidad, en una prueba estadística que da el máximo valor aceptable para rechazar una hipótesis nula verdadera.(Ho)

Qtl ficticio o fantasma

QTL que aparecen como artefactos debido a QTLs presentes en la vecindad

MC Duque -- CIAT

BIBLIOGRAFÍA

MC Duque -- CIAT

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MC Duque -- CIAT

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MC Duque -- CIAT

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Gen-Candidato

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Segregación distorsionada Disponible en: http://www.blackwellpublíshíng.com/rídley / a-z/Seg regatíon_d ístortion .asp

MC Duque -- CIAT

Muchas gracias por su atención y aportes.


MC Duque -- CIAT

r

Por arquitectura genética se entiende el conjunto de elementos que determinan la relación entre genotipo y fenotipo.

-Número de QTL

-Posición

-Efecto

-Contribución a la varianza genética

-Interacción de los alelos de los QTLs dentro (dominancia) y entre (epistasia) loei

-Efectos pleiotrópicos

-Interacción QTL x Ambiente

MC Duque -- CIAT

La selección basada sólo en el genotipo de los QTLs identificados puede no ser la óptima ...

Entonces ...

La selección molecular debe ser combinada con la selección sobre fenotipo en la cual ...

se expresa la acción combinada de todos los genes, incluyendo aquellos no identificados.

MC Duque -- CIAT

... '.~;' . ~~'" ~ , .~ .... ~ En poblaciones naturales hay potencialmente una gran is complejidad, po, lo tanto, paca encont,a, QTls ,e di,e'an _ -. - poblaciones cuando se puede, para inducir segregación y <~ . recombinación y estudiar el ligamiento.

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No olvide que ....

La información suministrada por los datos moleculares es incompleta ...

Sólo algunos de los genes que afectan la característica se han identificado

Parte de la "caja negra" sigue sin decodificar ...

MC Duque •. CIAT

Recombinación

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http://www.nimr.mrc.ac.uk/cialiimages/8ar3d.jpg

http;//w\>.¡-\v.cbs.dtu.dk/stsftYdave!roanoke!fig9_2S.jpg

Y!C Duque -- CIAT

http://www.genoway.com!communlimglhomologoLls2.jpg

MC Duque -- CIA T

http://www.sci.sdsu.edu/~smaloy/MicrobialGenetics/topics/genetic~analysis/recombinationlds~break-rec.gif d:E_ Break

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befare recombimtion

after recambinMion

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MC Duque -- CIAT

This image shows 3 female germ eell nuclei (dapi) undergoing meiotie pairing and reeombination, which is mediated by the synaptonemal eomplex (se red). The behaviour of the X ehromosome can be traeed by labelling with an antibody to XLR (green), a protein that preferentially assoeiates with sex chromosomes.

-Widefield microscopy (Deltavision) -James Turner,

http://www.nimr.mrc.ac.uklcialJimages/8ar3d.jpg

Me Duque -- C/AT

La unión de 2 cromátidas no hermanas implica la

recombinación de características genéticas controladas por genes pertenecientes a un mismo cromosoma.

A B e A

A

=:x x=::::::: a

a b e a

* : gametos de tipo parental

r: gametos recombinantes

Me Duque ~~ CIA T

Sobrecruzamiento y recombinación

Un evento de sobrecruzamiento produce 2 gametos recombinantes y dos de tipo parental

% de sobrecruzamiento / 2 = % recombinación

B b

B

b

%sobrecruzamiento = 2* % recombinación

e e

e e

% recombinación = gametos recombinantes / gametos totales

Me Duque -- CIA T

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* ~~ r

*

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Recombinación en el genoma

- La probabilidad de recombinación entre dos puntos del mismo cromosoma es más alta que en otra parte (el límite superior es 50%) .

- La distancia a la cual se espera un evento de recombinación depende de la región del genoma.

- Hay regiones del genoma en donde son propios los eventos de recombinación y otros donde no se da.

Me Duque -- CIAT

Continuación ...

r

Mapeo Genético ... conceptos generales

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Analogías

Mapas Orientación

MC Duque -- CIA T

Dirección en Costa Rica de Conarroz

Antigua Casa Matute Gómez 100 mts al norte, 75 mts al este, San JOSI

Dirección de la sede de CIAT en Managua, Nicaragua

De Shell Plaza El Sol 1 cuadra al lago Casa No. 40, Managua

Universidad de la Plata, en Argentina

Calle 66 entre 167 y 173 s/n (1900), La Plata

Terminal 4, Aeropuerto Barajas, Madrid

Sala R ~

Sala S ~



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I.:J·'· !Todo lo que usted quer,d' sobre Mapeo Genético...

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