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Curso 2008-09Biotecnología y Medio Ambiente Caracterización genética de poblaciones aplicada a estudios de biodiversidad Inma Martín Burriel LAGENBIO

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Presentación del tema: "Curso 2008-09Biotecnología y Medio Ambiente Caracterización genética de poblaciones aplicada a estudios de biodiversidad Inma Martín Burriel LAGENBIO"— Transcripción de la presentación:

1 Curso 2008-09Biotecnología y Medio Ambiente Caracterización genética de poblaciones aplicada a estudios de biodiversidad Inma Martín Burriel LAGENBIO minma@unizar.es

2 Curso 2008-09Biotecnología y Medio Ambiente Los animales domésticos proporcionan del 30 al 40% del valor total de producción agrícola y alimentaria Se espera que la demanda de productos ganaderos en el mundo en desarrollo se duplique en los próximos 20 años La producción animal se está intensificando y confía cada vez más en unas pocas razas que puedan mantener altos rendimientos Las razas locales menos productivas, aunque valiosas genéticamente se están viendo amenazadas

3 Curso 2008-09Biotecnología y Medio Ambiente La conservación de recursos genéticos animales es esencial para permitir a los agricultores adaptarse a condiciones ambientales cambiantes y a las demandas del consumo 5000 razas reconocidas de aves y animales de producción 1/3 en peligro de extinción

4 Curso 2008-09Biotecnología y Medio Ambiente Situación en España EFE: Casi el 70% de las razas autóctonas del país están en peligro de extinción El 69,88 por ciento de las razas autóctonas del país están en peligro de extinción ya que, del total de 176 existentes, 123 se hallan en esa situación, ha informado hoy en Badajoz la subdirectora de Recursos Naturales del Ministerio de Medio Ambiente y Medio Rural y Marino (MARM), Isabel García Sanz. …En su discurso, ha advertido de la importancia que tienen los animales en la protección del monte y el mantenimiento del ecosistema, así como en el origen del modo de vida de los lugareños, incluido el turismo rural. 17/10/2008

5 Curso 2008-09Biotecnología y Medio Ambiente

6 Curso 2008-09Biotecnología y Medio Ambiente

7 Curso 2008-09Biotecnología y Medio Ambiente Causas de la desaparición de razas autóctonas (Garcia-Dory y Martinez Vicente) Intensificación del Plan Nacional de repoblaciones iniciado en 1940. La entrada en España de la peste porcina africana, afectando fuertemente al ganado porcino autóctono mermándolo en más de un 90%. La puesta en marcha en la década de los 60 de los sucesivos planes de desarrollo que estimulados por el Informe del Banco Mundial, contemplaban la expansión de la ganadería intensiva. Entrada masiva de ganado seleccionado a partir de los años 20. Mecanización del campo. Hundimiento general del mundo rural, por una asociación de motivos socio-económicos complejos. http://www.gem.es/materiales/document/documen/g08/d08210/d08210.htm

8 Curso 2008-09Biotecnología y Medio Ambiente Razas autóctonas Burros: http://www.geocities.com/ amiburro/biodiversidad.ht m http://www.geocities.com/ amiburro/biodiversidad.ht m Animales domésticos por comunidades: http://www.grupocordobe s.com/clientes/juanvi/gen eral.phtml?cte=6&libro=1 http://www.grupocordobe s.com/clientes/juanvi/gen eral.phtml?cte=6&libro=1

9 Curso 2008-09Biotecnología y Medio Ambiente Conservación de las razas autóctonas Mantenimiento de la riqueza genética y la biodiversidad. Conservación de caracteres de adaptación por rusticidad al medio físico donde se desenvuelven.

10 Curso 2008-09Biotecnología y Medio Ambiente Creación de canales directos de comercialización Creación de marcas de calidad. Ejemplo: Recuperación de Razas Autóctonas Vascas: –Trabajar exclusivamente con Razas y variedades vegetales autóctonas. –En la alimentación de las razas debe de haber especies vegetales autóctonas. –Manejo en extensivo, pastoreo y en huertos. –Elaboración y venta de los productos por los ganaderos. –No se admiten productos de marcas de calidad establecidas. –Venta directa en caseríos, en ferias y restaurantes de calidad. Slow food (Euskal AbereaK: http://slowfood.es/ademuz2005/euskal-abereak-y-los-productos-de-calidad.htm )http://slowfood.es/ademuz2005/euskal-abereak-y-los-productos-de-calidad.htm

11 Curso 2008-09Biotecnología y Medio Ambiente Análisis genético de las razas Desarrollo del estándar racial. Caracterización genética de la población: –Estudio de la variabilidad genética de la raza. –Análisis de posibles subpoblaciones. –Análisis de su relación genética con otras poblaciones física o filogenéticamente próximas. Consejo para la conservación.

12 Curso 2008-09Biotecnología y Medio Ambiente Estructura genética de una población La finalidad de la Genética de Poblaciones es entender la composición de la población y estudiar las fuerzas que determinan esa composición y provocan su cambio " LA VARIACIÓN GENÉTICA ORIGINA LA EVOLUCION La existencia de diferencias causadas por genes en una población se denomina POLIMORFISMO GENÉTICO

13 Curso 2008-09Biotecnología y Medio Ambiente Caracterización genética 1.Elección de una muestra representativa 2.Análisis de marcadores genéticos 3.Estudios de variabilidad: Nº medio de alelos por locus. Riqueza alélica. Heterocigosidad 4.Determinación de las frecuencias alélicas 5.Equilibrio genético. 6.Estudios de diferenciación genética.

14 Curso 2008-09Biotecnología y Medio Ambiente 1. Muestreo de la población Muestra representativa Tener en cuenta posibles subpoblaciones Elección de individuos no emparentados

15 Curso 2008-09Biotecnología y Medio Ambiente 2. Polimorfismos Variaciones morfológicas: –Color –Medidas geométricas –Formas

16 Curso 2008-09Biotecnología y Medio Ambiente 2. Polimorfismos Polimorfismos cromosómicos –Variación de la morfología cromosómica –Variación en las bandas cromosómicas Muy diferentesMuy Similares

17 Curso 2008-09Biotecnología y Medio Ambiente 2. Polimorfismos Polimorfismos inmunológicos –Antígenos eritrocitarios –HLA: 2 loci con 5 alelos cada uno 25 homocigotos y 300 heterocigotos (BoLA) Polimorfismos proteicos –Cambios en genes estructurales cambio de aa cambio en las propiedades de la proteína. –1/3 loci polimórficos (Het: 10%)

18 Curso 2008-09Biotecnología y Medio Ambiente 2. Polimorfismos Polimorfismos del DNA: –Microsatélites. –SNP (Single Nucleotide Polymorphism): SNP del cromosoma Y. –Análisis de secuencias: DNA mitocondrial.

19 Curso 2008-09Biotecnología y Medio Ambiente Microsatélites DNA microsatélite –Localización dispersa en todos los cromosomas –Se encuentran en intrones y DNA espaciador, raramente en secuencia codificante –Longitud de la secuencia repetida: 1 a 4 pb –Las secuencias flanqueantes a la repetición son únicas. –Son muy polimórficas

20 Curso 2008-09Biotecnología y Medio Ambiente FAO recomienda 30 microsatélites (mínimo 20 micros) Proyectos internacionales para unificar medidas de lectura Microsatélites CA Alelo 1 Alelo 2 Genotipado: http://www.unizar.es/lagenbio/recursos/pcr.html

21 Curso 2008-09Biotecnología y Medio Ambiente BM1824TGLA227TGLA122SPS115ETH225BM2113ETH10 Mallorquina 1179183089 140144244 139147134138221 Mallorquina 2179189083089144162244 139143134 217 Mallorquina 3189 089091140144244 147149134 217 Mallorquina 4179 089 144148244 139 134 213217 Mallorquina 5179181083089142150244 139149138 213217 Mallorquina 6179189083089140144244 147149134138217221 Mallorquina 7179 083091142148244 139 134 221 Mallorquina 8181189083089140144244 139147134138213221 Mallorquina 9181189083089140148244 139147134 213221 Mallorquina 10189 083 140144244 139149138 217 Mallorquina 11183189089 140162244 139149134138217 Mallorquina 12183189083089144 244 139147134138217221 Mallorquina 13179189089091144 244 139147134138217 Mallorquina 14183189089 140144244 139149134138217221 Genotipado de microsatélites

22 Curso 2008-09Biotecnología y Medio Ambiente Características de los microsatélites Alto grado de polimorfismo No sujetos a selección (neutros) Representativos de todo el genoma

23 Curso 2008-09Biotecnología y Medio Ambiente 3. Estudios de variabilidad Porcentaje de loci polimórficos: –Con microsatélites normalmente valores próximos al 100% Número medio de alelos por locus: –Los microsatélites tienen una gran variabilidad –Nº de alelos de un microsatélite: 2-14 –Población muy variable presencia de muchos alelos distintos en la población nº medio de alelos por locus alto

24 Curso 2008-09Biotecnología y Medio Ambiente INRA 35 Nº Alelos: 10 5 alelos 3 alelos 123/123 121/123 125/127 123/123 123/127 121/123 123/125 121/123 123/127 123/129 123/125 123/123 121/123 123/125 123/123 123/125 121/123 123/125 123/123

25 Curso 2008-09Biotecnología y Medio Ambiente Número medio de alelos por locus Micro 1: 3 Micro 2: 5 Micro 3: 7 Micro 4: 4 Micro i: na i NMA = na i Nº micros

26 Curso 2008-09Biotecnología y Medio Ambiente Riqueza alélica Número medio de alelos por locus corregido para el número de individuos de la menor población 123/123 121/123 125/127 123/123 123/127 121/123 123/125 121/123 123/127 123/129 123/123 125/127 123/123 123/127 123/123 123/125 5 alelos 3 alelos n = 11 n = 6 123/127 3 alelos

27 Curso 2008-09Biotecnología y Medio Ambiente Heterocigosidad media 123/123 121/123 125/127 123/123 123/127 121/123 123/125 121/123 123/127 123/129 123/125 123/123 121/123 123/125 123/123 123/125 123/123 123/125 123/123 9 Het/ 11 = 81.8% 4 Het/ 11 = 44.4% Frecuencia media de individuos heterocigotos por locus o, frecuencia media de loci heterocigóticos por individuo

28 Curso 2008-09Biotecnología y Medio Ambiente Heterocigosidad media Micro 1: H 1 /n Micro 2: H 2 /n Micro 3: H 3 /n Micro 4: H 4 /n Micro i: H i /n HET o = H i Nº micros Medida de la variación de los genotipos

29 Curso 2008-09Biotecnología y Medio Ambiente 3. Determinación de las frecuencias alélicas BASE PARA LA CARACTERIZACIÓN GENÉTICA …. Recuerdo de Genética de Poblaciones

30 Curso 2008-09Biotecnología y Medio Ambiente Cálculo de frecuencias alélicas Genotipo F. Genotípicas observadas 171/17196/134= 0.717 171/17336/134= 0.268 173/173 2/134= 0.015 LOCUSGENOTIPOINDIVUOS OBSERVADOS ILSTS005171/171 96 171/17336 173/173 2 134 Análisis de DNA Codominancia Caso de un microsatélite con 2 alelos

31 Curso 2008-09Biotecnología y Medio Ambiente A partir de Frec Genotípicas f. a de 171 = f 171/171 +1/2 f 171/173 f. a de 173 = f 173/173 +1/2 f 171/173 f.a de 171 = 0.717 + 0.268/2 = = 0.851 f.a de 173 = 0.015 + 0.268/2 = = 0.149 Recuento directo genes Alelo 171: está dos veces en homocigotos y una en heterocigoto. 96x2+36=228 alelos 171 Población=134 individuos ( 2 alelos cada uno ) = 268 alelos f.a de 171 = 228/268= 0.851 f.a de 173 =(2x2+36)/2x134= = 0.149 Cálculo de las frecuencias alélicas LOCUSGENOTIPOINDIVUOS OBSERVADOSFRECUENCIAS ILSTS 005 171/171 960.717 171/173360.262 1 73/173 20.015 134

32 Curso 2008-09Biotecnología y Medio Ambiente 4. Equilibrio genético Población grande No existe mutación Ni selección Ni migración Apareamiento es aleatorio Equilibrio Hardy-Weinberg

33 Curso 2008-09Biotecnología y Medio Ambiente Desviaciones del EHW Mutación: –Tasa de mutación (y retromutación) Selección natural o artificial –Intensidad de selección –Aptitud de genotipo Migración: –Proporción de migrantes Predicción de la frecuencia génica en n generaciones PROCESOS SISTEMÁTICOS

34 Curso 2008-09Biotecnología y Medio Ambiente Desviaciones HWE: Proceso dispersivo Poblaciones grandes: – Frecuencias estables de generación en generación en condiciones HW Poblaciones pequeñas: –Inestabilidad de frecuencias –Cambios debidos al muestreo –Se transmite una muestra de genes a la siguiente generación. Si la muestra no es grande cambio entre generaciones

35 Curso 2008-09Biotecnología y Medio Ambiente Proceso dispersivo Deriva genética Diferenciación en subpoblaciones Uniformidad dentro de subpoblaciones Incremento de la homocigosidad POBLACIÓN BASE N NNNNNN 2N NNN n= Generación 0 1 2

36 Curso 2008-09Biotecnología y Medio Ambiente Organismos diploides Gametos Muestreo Supervivencia aleatoria Unión aleatoria

37 Curso 2008-09Biotecnología y Medio Ambiente Deriva génica Las frecuencias varían como consecuencia del muestreo en poblaciones pequeñas. Simulación de deriva genética Efecto similar cuando se produce un cuello de botella

38 Curso 2008-09Biotecnología y Medio Ambiente Deriva génica Subdivisión en poblaciones: las frecuencias varían aleatoriamente en cada subpoblación. Deriva genética en distintas subpoblaciones Efecto Whalund: Reducción de la Ho frente a He Fst 0 (excepción cuello de botella reciente) =0 Panmixia =1 Subdivisión extrema, aislamiento completo 0,05 Diferenciación genética despreciable >0,25 Diferenciación genética muy grande (medida de distancia genética)

39 Curso 2008-09Biotecnología y Medio Ambiente Apareamiento entre iguales Cuando el apareamiento no es al azar, sino dirigido, las frecuencias se alteran. Si el apareamiento es entre iguales los alelos tienden a fijarse. Efectos del apareamiento dirigido

40 Curso 2008-09Biotecnología y Medio Ambiente Consecuencias de la consanguinidad Fijación o incremento de la frecuencia de genes deletereos. Descenso en caracteres productivos. Diferenciación entre subpoblaciones. Las razas se han creado por adaptación al medio, división en subpoblaciones y apareamientos dirigidos.

41 Curso 2008-09Biotecnología y Medio Ambiente Distancia genética: estadístico que indica el grado de aproximación o alejamiento entre varias poblaciones, realizando comparación por parejas Interés: EVOLUTIVO PRODUCCION ANIMAL - Vigor híbrido - Búsqueda de QTLs Medida: Multitud de programas 6. Diferenciación genética

42 Curso 2008-09Biotecnología y Medio Ambiente Table 7. Neis DA distance values between each pair of 8 Spanish cattle breeds Ast. Lowl.N.B.G.Ast. Mount. Casta N.BetizuPyreneanF.B. N.B.G.0.074 Ast. Mount.0.0830.108 C. Navarra0.1510.1630.188 Betizu0.2180.2350.2570.162 Pyrenean0.1370.1620.1550.1240.150 F.B.0.2010.2120.2190.1060.1820.140 Minorcan0.1770.2260.2380.1650.1870.1410.175

43 Curso 2008-09Biotecnología y Medio Ambiente Los valores de distancia expresados gráficamente, mediante algoritmos como (UPGMA, Neighbour-Joining). ÁRBOLES FILOGENÉTICOS

44 Curso 2008-09Biotecnología y Medio Ambiente Casta Navarra Fighting Bull Betizu Minorcan Pyrenean Nordwest Brown Group Asturian Downland Asturian Mountain 39 62 43 86 96 A Figure 2. Dendograms show the genetic relationship among eight Spanish autochthonous cattle populations. Phylogenetic trees are constructed from DA distance a) by the Neighbor- joining method, b) by the UPGMA method. Percentage at the nodes is the bootstrap values obtained from 1000 replicates. There are unrooted trees.


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