Parentesco genético

PRUEBAS GENÉTICAS QUE GARANTIZAN LA RELACIÓN DE PARENTESCO ENTRE EJEMPLARES BOVINOS


Miguel Adriano Novoa Bravo. Biólogo. MSc. Director Científico, Genética Animal de Colombia Ltda. miguelnovoa@geneticaanimal.co

Las pruebas de parentesco entre animales se pueden realizar con una alta confiabilidad gracias al desarrollo y realización en el país de nuevas tecnologías como las pruebas de genotipificación (Huella de ADN) en los animales (Novoa et al. 2009). En este artículo, se ilustrarán los principios de este tipo de pruebas, los estándares internacionales, sus alcances, perspectivas y su comparación con otras tecnologías emergentes.

Las pruebas de parentesco

Las pruebas de parentesco son aquellas que determinan la probabilidad de que un animal sea hijo(a) o no de un o una pareja de animales. Parten del principio de que cada animal tiene en su ADN la mitad heredada del padre y la otra de su madre (excluyendo el ADN mitocondrial que es heredado por línea materna y el contenido en el cromosoma Y heredado de padres a hijos machos) por lo tanto cada gen o marcador genético tiene dos alelos, uno heredado del padre y otro de la madre.

Las primeras pruebas de este tipo en bovinos se realizaron a mediados del siglo XX con base en los grupos sanguíneos (Rapacz & Dubiski 1958) y proteínas de la leche (tipos de marcadores genéticos). Sin embargo, estas metodologías solo alcanzan niveles de confiabilidad que oscilan entre el 77% al 95% dependiendo de la población y del número de marcadores genéticos utilizados (Ron et al. 1996). Es decir, con una confianza por ejemplo del 80%, de 100 animales tomados al azar como posibles padres, se excluirían con confiabilidad a solo 80 animales (19 de ellos pueden incluirse erróneamente como el padre o madre biológica, 1 siendo el verdadero).

A comienzos de la década del 90, y con metodologías que utilizan el ADN directamente, se desarrolló un nuevo tipo de marcador genético conocido como microsatélites. Este tipo de marcadores a diferencia de los grupos sanguíneos presentan mayor variabilidad en las poblaciones y por lo tanto, mayor poder de discriminación entre animales. De esta manera utilizando 11 microsatélites, por ejemplo, para la raza Cebú Brahman en Colombia se obtienen niveles de confianza cercanos al 99.95% (Novoa & Usaquén 2010), es decir, que de 10000 animales evaluados tomados al azar excluyo con confianza a 9995 animales.

La Sociedad Internacional de Genética Animal (ISAG) (http://www.isag.org.uk/), actualmente es la entidad internacional que abandera las directrices en este tipo de pruebas no solo en bovinos, si no en otras especies domésticas como ovinos, caprinos, porcinos, equinos, caninos, camélidos, felinos, entre otros. Esta misma entidad ha definido, en el 2008, el uso de un conjunto o panel mínimo de 12 microsatélites para la realización de estas pruebas (http://www.isag.org.uk/ISAG/all/ISAG2008_CattleParentage.pdf). Estos han sido consensuados con los más de 72 laboratorios y empresas en el mundo que hacen estas pruebas. Adicionalmente, cada dos años la ISAG realiza pruebas inter-laboratorios a nivel mundial para continuar discutiendo el mejoramiento de estas pruebas. La última prueba inter-laboratorios se realizó durante finales del año pasado y comienzos de este y se discutió en julio del presente año. Este tipo de pruebas son importantes para las empresas y laboratorios nacionales que las realizan, primero porque hacen homogéneos los resultados para que puedan ser interpretados de la mima forma, no sólo a nivel local sino internacional, y segundo porque abre la posibilidad de aportar en el desarrollo de estas pruebas dentro de los comités que discuten estos resultados.

Realización de la prueba de parentesco
Para la ejecución de estas pruebas existe dos alternativas: la primera es la realización de las mismas a partir de kits comerciales, por ejemplo StockMarks for cattle Bovine genotyping, Applied Biosystems ®, entre otros kits desarrollados por empresas multinacionales. Estos kits aún no son avalados en el país por el ICA. Por esto, la segunda alternativa es el desarrollo e implementación de kits propios, utilizando los mismos estándares de la ISAG. Esta alternativa, primero reduce el costo de la prueba, tiene los mismos o mejores resultados que los kits comerciales y es la más empleada por los laboratorios pertenecientes a la ISAG como el Laboratorio de Genética Aplicada de la Sociedad Rural Argentina, la universidad de DAVIS (California, E.U.), diferentes empresas en Brasil, Genética Animal de Colombia Ltda., entre otros.
En las pruebas de parentesco se pueden presentar diversos casos:
  • Dúos: Se establece el parentesco entre sólo dos animales, puede ser posible padre y posible hijo/a (paternidad) o posible madre y posible hijo/a (maternidad).
  • Tríos: Hay de dos tipos.
    • Donde uno de los parentales es indudable y el otro es el que se pone a prueba en ser el posible padre/madre de un determinado animal.
    • Donde ambos padres (pareja) es la que se pone a prueba en ser los posibles padres de un determinado animal.
  • Reconstrucciones: Es posible realizar una prueba de parentesco con un animal que ya no existe y/o no es posible tomar una muestra para realizar la prueba. En este caso se reconstruye el genotipo de dicho animal con base en los genotipos de varios de los hijos reconocidos y madres indudables respectivas.

Para resolver estos casos se presentan dos contextos. Uno en el que las razas tienen estudio genético-poblacional, estudios que analizan la diversidad genética, composición y estructura genética y además se estiman entre otros parámetros los aspectos forenses. Por ejemplo, los estudio genético poblacionales realizados para la raza Brahman (Novoa & Usaquén 2010, Novoa 2010) y Gyr (Novoa 2010) en Colombia. El segundo contexto, es aquel en el que las razas que no tienen este tipo de estudios. Para el primer contexto es posible estimar la probabilidad de paternidad o maternidad en los casos anteriormente mencionados con base en  postulados forenses como los de Hummel (1981) (Ver tabla 1). Para el segundo ámbito, es recomendable realizar únicamente tríos, para obtener resultados  certeros, ya que no es posible obtener dichas probabilidades. Por lo tanto en este último caso, solamente es posible realizar una comparación de genotipos para establecer el posible parentesco de los animales.

Tabla 1. Predicados de Hummel (1981).

¿Cómo se excluye un animal de ser progenitor de un ejemplar?

Bajo el precepto en el cual cada padre/madre ha heredado a sus descendientes uno de los genes o marcadores genéticos que presentan sus hijos (uno de la madre, el otro necesariamente del padre) es posible establecer si un animal es el parental de otro.

Cuando la combinación de los padres corresponde con el genotipo o perfil genético del hijo se define que no hay exclusión del padre o la pareja evaluada en ser los padres biológicos del ejemplar en cuestión, es decir, se garantiza la paternidad o maternidad analizada, como se observa en la siguiente Figura 1.

Figura 1. Caso de parentesco hipotético en cual no hay exclusión, es decir se confirma la paternidad y maternidad de los ejemplares hacia el hijo en cuestión.

En este caso el genotipo del hijo es producto de la herencia de los alelos que poseen ambos padres, por ejemplo en el marcador llamado TGLA227 la madre heredó al hijo uno de sus dos alelos “77” y el padre obligatoriamente tuvo que haberle heredado el otro alelo que posee el hijo, es decir el alelo “97” que efectivamente el toro también tiene, es así como observando los 12 marcadores genéticos es posible asegurar que no se excluye la paternidad/maternidad del presunto progenitor porque el posible padre o madre comparte un alelo en cada microsatélite o marcador genético evaluado.

En los casos donde el hijo/a no haya heredado para tres o más marcadores los alelos de la presunta madre/padre (No Comparten Alelos – NC) se excluye la Maternidad/Paternidad del ejemplar hacia el hijo/a en cuestión (Liron et al. 2004), es decir hay evidencia que el o los animales no son los padres biológicos del animal analizado (Figura 2).

Figura 2. Caso de parentesco hipotético en cual hay exclusión, es decir se niega la paternidad del ejemplar hacia el hijo en cuestión.

En este caso se excluye la paternidad del presunto progenitor, ya que en los marcadores “ETH10”, “ETH3”, “TGLA122” e “INRA23” no se presentan alelos compartidos (NC) entre el hijo y supuesto padre. Es decir hay evidencia para asegurar que el toro en cuestión no es el padre biológico del ejemplar analizado.

En la actualidad se aconseja tener algunos marcadores adicionales para confirmar exclusiones en casos complejos, los cuales son ocasionales.

La vigencia y comparación de las herramientas genéticas en las pruebas de parentesco 

Según la Sociedad Internacional de Genética Animal – ISAG, los microsatélites son la tecnología que se mantiene actualmente como la más extendida y comparable entre los laboratorios del mundo que realizan pruebas de identificación molecular (genotipificación) y parentesco. Los microsatélites presentan ciertas ventajas frente a otras nuevas herramientas como los SNP´s (marcadores de un único nucleótido), por ejemplo: 1) hay un consenso entre los laboratorios del mundo para emplear un panel de microsatélites común para hacer este tipo de pruebas, en SNP´s hasta ahora la ISAG comenzaría a discutir el proceso de adopción de estos marcadores (Reporte del comité de Marcadores moleculares en ganado y pruebas de parentesco – ISAG 2008 disponible en: http://www.isag.org.uk/ISAG/all/ISAG2008_CattleParentage.pdf). 2) Para estandarizar, desarrollar y poner en consenso entre los laboratorios del mundo un panel con SNP´s el proceso puede durar varios años, caso contrario para los microsatélites que ya tienen un proceso previo. 3) Los microsatélites presentan una mayor variabilidad y capacidad de diferenciar los animales que los SNP´s (Weller et. al. 2006), esto se refleja en los casos de parentesco, ya que con 12 u 11 microsatélites polimórficos como los empleados actualmente, es posible realizar pruebas de parentesco cuando sólo se presenta un posible parental (dúos) con un nivel de confiabilidad aceptable, por otro lado la misma prueba con SNP´s tendría que usar varias decenas o por encima de cien SNP´s (Baruch & Weller 2008; Hill et. al. 2008; Comunicación personal Eyal Seroussi, Instituto de Ciencias Animales, A.R.O., Bet Dagan, Israel), incrementando el costo de la prueba significativamente.

Aplicaciones y efectos de las pruebas de parentesco en animales de producción

La prueba de parentesco con herramientas genéticas permite:

  • Certificar la paternidad/maternidad entre ejemplares.
  • Esclarecer dudas en el pedigrí de los animales, garantizando el origen de los mismos.
  • Resolver confusiones en los procesos de Inseminación Artificial.
  • Certificar procesos de trazabilidad con herramientas no biométrica como el que está empezando a ser implementado mediante paletas y microchips en el Sistema Nacional de Información e Identificación del ganado Bovino – SINIGAN
  • Aportar pruebas en casos de Abigeato o robo de animales.
  • Identificar animales perdidos.

Adicionalmente, garantizar el parentesco entre los animales tiene un efecto directo positivo en los resultados de los programas de mejoramiento que se llevan a cabo en la actualidad (Weller et al. 2004), lo cual justifica la inversión inicial en estas pruebas, ya que la ganancia a mediano y largo plazo en los diferentes parámetros de producción es acumulativa y eterna (Weller 1994). Por otro lado, mediante el empleo de este tipo de herramientas moleculares sumado al análisis genealógico es posible manejar los niveles de consanguinidad para evitar la endogamia (consanguinidad generalizada en la población o dentro de las mismas fincas) la cual tiene un efecto negativo en los niveles de producción, reproducción y calidad como ha sido demostrado por varios autores (Gonzalez-Recio et al. 2007; Sewalem et al. 2006; Thompson 2000a, 2000b).

Bibliografía

Baruch E. & Weller J.I. (2008) Estimation of the number of SNP genetic markers required for parentage verification. Animal Genetics 39, 474-479.

Gonzalez-Recio O, Lopez dM, Gutierrez JP 2007 Inbreeding depression on female fertility and calving ease in Spanish dairy cattle. J Dairy Sci 90:5744-5752

Hill W.G., Salisbury B.A. & Webb A.J. (2008) Parentage identification using single nucleotide polymorphism genotypes: application to product tracing. J Anim Sci. 86, 2508-2517.

Hummel K, ed. (1981) Biomathematical evidence of paternity, (Beweis der Vaterschaft) Berlin, Springer.

Liron JP, Ripoli MV, Garcia PP & Giovambattista G. (2004). Assignment of paternity in a judicial dispute between two neighbor Holstein dairy farmers. J. Forensic Sci, 49(1):96-8

Novoa MA. (2010) DIFERENCIAS GENÉTICAS ENTRE RAZAS DE GANADO CEBUINO COLOMBIANO (Bos taurus indicus) MEDIANTE EL ANÁLISIS DE INFORMACIÓN GENEALÓGICA Y MOLECULAR (MICROSATÉLITES). Tesis de maestría. Parte B. Facultad de Ciencias. Biología. Universidad Nacional de Colombia.

Novoa MA. & Usaquén W. (2010). Population genetic analysis of the Brahman cattle (Bos indicus) in Colombia with microsatellite markers. Journal of Animal Breeding and Genetics. 127, 2, 161 – 168.

Novoa M.A., Quintanilla S.R. & Bernal E. (2009) Genotipificación Bovina, la huella de ADN de sus animales. Genética Bovina Colombiana No. 13, 24-27. ISSN1909-8723.

Rapacz J. & Dubiski S. (1958) Serological test for determination of parentage in cattle. Nature 182, 1176

Ron M., Blanc Y., Band M., Ezra E. & Weller J.I. (1996) Misidentification Rate in the Israeli Dairy Cattle Population and Its Implications for Genetic Improvement. Journal of Dairy Science 79, 676-681.

Sewalem A, Kistemaker GJ, Miglior F, Van Doormaal BJ 2006 Analysis of inbreeding and its relationship with functional longevity in Canadian dairy cattle. J Dairy Sci 89:2210-2216

Thompson JR, Everett RW, Hammerschmidt NL 2000 Effects of inbreeding on production and survival in Holsteins. J Dairy Sci 83:1856-1864

Thompson JR, Everett RW, Wolfe CW 2000 Effects of inbreeding on production and survival in Jerseys. J Dairy Sci 83:2131-2138

Weller, J. I. 1994. Economic Aspects of Animal Breeding. Chapman & Hall. London, UK.

Weller J.I., Seroussi E. & Ron M. (2006) Estimation of the number of genetic markers required for individual animal identification accounting for genotyping errors. Animal Genetics 37, 387-389.

 

 

Un pensamiento en “Parentesco genético

  1. Estimados serían tan amable de ayudarme con las secuencias de los marcadores moleculares para trabajo en parentesco en bovinos,

    Alberto Vélez Galápagos-Ecuador
    Agencia de Regulación y Control de la Bioseguridad y Cuarentena para Galápagos

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