¿Una nueva cara en genética acuícola? “Un abogado global para la acuicultura

La tecnología ahora puede visualizar genes que se expresan en animales de alto y bajo rendimiento.

Los investigadores de BIARC utilizan microchips de ADN para estudiar genes resistentes a la infección por el virus de la barramundi.

Casi todo el mejoramiento genético en plantas y animales se ha basado históricamente en la elección del fenotipo, la aparición de organismos, debido a la interacción entre su genética y el medio ambiente. No se disponía de información precisa sobre los genes reales responsables del crecimiento, la resistencia a las enfermedades, la calidad de la carne y otras características. Sin embargo, durante los últimos diez años, se ha realizado una inversión significativa para abrir esta «caja negra» y descubrir genes.

Selección asistida por marcadores

Los genes se expresaron de manera similar en esta diapositiva del microchip de ADN de muestra
tanto en animales de crecimiento lento como rápido, se unen por igual rojo y verde y parecen amarillos. Foto cortesía de AgGenomics.

La selección asistida por marcadores es un método de investigación genética. La tecnología de marcadores de primera generación es capaz de identificar regiones de cromosomas que contienen genes comercialmente importantes llamados rasgos cuantitativos o QTL. Esto se logró mediante análisis de progenie y marcadores de ADN por encima de los cromosomas. Estos marcadores de ADN no identifican los genes reales o el nivel de transcripción del producto génico.

Los resultados de la selección asistida por marcadores en la selección de animales son limitados y pueden verse obstaculizados por la naturaleza de la tecnología en sí. Incluso establecer algunos QTL es caro. Debido a que los grupos de unión se identifican en lugar de los genes reales, la recombinación genética puede aislar el marcador por QTL, por lo que los resultados para una familia o raza pueden no ser predecibles para otras.

Se necesitan mapas genéticos de alta densidad de numerosos marcadores para detectar QTL, pero faltan para la mayoría de las especies acuícolas. El método también tiene un rendimiento relativamente bajo. Las dificultades aumentan a medida que los genes de diferentes cromosomas interactúan y crean características complejas.

Genómica funcional

Recientemente, ha surgido una nueva generación de tecnología, la genómica funcional, que proporciona un conocimiento directo de los genes reales y los niveles de transcripción asociados con un rasgo a través de micro-rayos de ADN. En genómica funcional, los niveles de miles de genes pueden expresarse simultáneamente, lo que permite la identificación de docenas o cientos de genes con características variables.

Microchips de ADN

Los ensayos de microarrays de ADN no requieren marcadores genéticos o mapas genéticos existentes. La tecnología ahora puede visualizar genes que se expresan de manera diferente en animales o plantas de alto y bajo rendimiento, y comparar estos patrones de expresión en diferentes entornos y condiciones.

Esta información directa sobre genes y genomas se puede utilizar para mejorar las cepas de forma más eficiente y rápida. La oportunidad de comercializar la información en sí misma ayuda a crear modelos comerciales generales para invertir en el mejoramiento genético de las especies acuícolas.

Aplicaciones en ciencias humanas

Las pruebas más claras de la aplicación de la genómica funcional mediante la tecnología de microchip provienen de la medicina humana. El microhaz se utiliza para determinar la susceptibilidad o la resistencia a enfermedades como el cáncer, la diabetes y el asma. Incluso pueden predecir con precisión el resultado del cáncer y la quimioterapia en los pacientes.

La mayoría de las características médicas anteriores son complejas. Las micromatrices proporcionan información simultánea sobre docenas o incluso cientos de genes asociados con un rasgo dado, y también permiten la determinación de interacciones y covarianzas genéticas. A través de conexiones con genes conocidos, podemos obtener una descripción general del papel biológico de genes desconocidos y también se pueden identificar grupos de genes relacionados funcionalmente.

Tecnología de microarrays

La tecnología de microchip de ADN implica la mancha o impresión individual de hasta 10,000 secuencias de ADN en un portaobjetos de vidrio de microscopio. Esto indica 20-30 productos génicos por milímetro2. Estas secuencias de ADN son productos de la expresión génica, ARN, que se convierte en ADNc antes de imprimirse.

Se tiene mucho cuidado al seleccionar los tejidos y la etapa de desarrollo de los animales de origen, de modo que el portaobjetos contenga la mayoría de los genes expresados ​​de interés comercial. Para determinar qué genes en el portaobjetos de vidrio están asociados con un rasgo comercial, como el crecimiento, el ARN de un animal de crecimiento lento y uno de crecimiento rápido se seleccionan y se convierten en ADNc. Ambas muestras de ARN están etiquetadas con diferentes colores fluorescentes, generalmente rojo o verde.

Las muestras o «sondas» se combinan en partes iguales y se hacen reaccionar (hibridar) con vasos de microchip de ADN. Todos los genes expresados ​​de manera similar en animales de crecimiento lento y rápido se unen por igual al rojo y al verde y aparecen amarillos.. Los genes expresados ​​solo en un animal de crecimiento lento aparecen rojos, mientras que en un animal de crecimiento rápido aparecen verdes. Los puntos verdes se pueden rastrear hasta las placas de repuesto. Su ADN se secuencia e identifica para trabajos posteriores.

El costo depende del número de secuencias impresas en cada diapositiva (generalmente de 5,000 a 10,000) y del número de diapositivas idénticas impresas (generalmente 100 a la vez). Para un conjunto de 100 diapositivas, oscilan entre $ 25,000 y $ 100,000.

Potente tecnología

Este poderoso enfoque permite identificar diferencias moleculares precisas entre individuos y familias, que también difieren en términos de características comerciales. Identifica las funciones de genes novedosos que no se conocían o identificaban previamente, y abre la posibilidad de observar interacciones y respuestas genéticas extensas. El enfoque nos permite estudiar los patrones de expresión del paquete de genes simultáneamente en diferentes situaciones.

Los primeros datos de experimentos con microorganismos en especies de acuicultura en los Estados Unidos informaron genes que se expresaron diferencialmente en respuesta a la adaptación al frío en la varicela. En Australia, los investigadores del Centro de Investigación de Acuicultura de Bribie Island en Queesnland están utilizando microhaces de ADN para detectar genes que regulan la mortalidad en crustáceos y genes que controlan la resistencia a la infección por el virus de barramundi.

Además de trabajar con genes que regulan las muertes por cáncer, los investigadores australianos están estudiando la genética de la resistencia a las enfermedades en Barramundi.

Integración con la selección clásica

La selección tradicional mide fenotipos para inferir genotipos. Algunos argumentan que los datos del microchip de ADN son simplemente fenotipos complementarios con correlaciones hereditarias y genéticas.

Este método puede complementar las pruebas de selección tradicionales que miden algunas características (por ejemplo, el crecimiento o la calidad de la canal) con miles de características nuevas. Los críticos de este enfoque señalan los altos costos y las preocupaciones de la endogamia acelerada, los desafíos estadísticos y la eficiencia comparativa.

Conclusión

Si considera que la microcorriente es simplemente una extensión del enfoque de elección tradicional con información cada vez mayor, puede subestimar seriamente la revolución de la genómica. Quizás deberíamos ver la información del microchip menos que las dimensiones fenotípicas implícitas del genotipo y más que las dimensiones proximales del genotipo.

También debe tenerse en cuenta su valor añadido en el desarrollo de modelos genéticos, la disección de rasgos complejos, la comprensión de las vías metabólicas de los rasgos comerciales y la detección de nuevas mutaciones. Entonces surge la pregunta de cómo podemos diseñar nuevas estrategias de selección para el uso de información genómica, en lugar de simplemente adaptar esta información a los programas de selección tradicionales.

(Nota del editor: este artículo se publicó originalmente en la edición de febrero de 2004 de ).

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