Gestión de programas de conservación

A. Grimal 1

Aspectos teórico-prácticos de programas de conservación y mejora

genética en razas de gallinas autóctonas

Amparo Grimal

amgrimo@gmail.com

Centro de Tecnología Animal-Instituto Valenciano de Investigaciones Agrarias. (CITA-IVIA).

Polígono La Esperanza, 100. 12400, Segorbe (Castellón)

Objetivos

Saber monitorizar los programas de conservación (evolución del parentesco,

consanguinidad y variabilidad genética) y gestionar la variabilidad genética en los

programas de conservación (elección de reproductores y método de apareamiento)

Esquema

1. Conceptos básicos de genética de poblaciones

1.1. Herencia

1.2. Análisis de genealogías

1.3. Diversidad genética

1.4. Consanguinidad

1.5. Censo efectivo de población

2. Gestión genética de un programa de conservación

2.1. Elección de reproductores

2.2. Elección del sistema de apareamiento

2.3. Recomendaciones prácticas para la gestión de un programa de conservación

3. Conservación asistida por marcadores

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1. Conceptos básicos de genética de poblaciones

1.1. Herencia

Cuando se forma un gameto, la mitad de la información genética viene del padre y la

otra mitad de la madre. Llamamos gen a la zona de ADN que codifica para un carácter.

Cada individuo tiene dos copias del gen (una del padre y otra de la madre). Diferencias

en la secuencia de ADN que hay dentro de un determinado gen se traducen en la

variación de lo que observamos en los individuos (fenotipo), llamando alelo a las

diferentes variables que toma un gen.

Se suele emplear la palabra locus (loci en plurar) para hablar de genes. Un cierto locus

A, con dos alelos A y a dará lugar a tres genotipos diferentes AA, Aa y aa. Los fenotipos

observados dependerán del mecanismo de actuación de los genes:

Dominancia completa: el alelo dominante (A) enmascara al recesivo (a), por lo

tanto los genotipos AA y Aa presentan el mismo fenotipo.

Dominancia incompleta: el heterocigoto

presenta un fenotipo intermedio al de los

dos homocigotos. Un ejemplo es el de la

Andaluza azul que es el heterocigoto Bl/bl

el que da la tonalidad “azul” intermedia

entre el Bl/Bl y el bl/bl. O el de las flores

del Dondiego de noche, en los que los

heterocigotos toman un color rosado

intermedio del rojo y del blanco.

Codominacia: en este caso el heterocigoto

expresa fenotípicamente a ambos alelos de la

característica en cuestión. Un ejemplo es el del grupo

sanguíneo AB, en el que los individuos del grupo AB

presentan antígenos A y antígenos B

Sobredominancia: en el que el heterocigoto es

superior a los genotipos homocigotos

Hay caracteres que están influenciados por más de un gen. Un ejemplo es el de la forma

de la cresta de las gallinas, carácter determinado por dos genes (Rr y Pp) en los que

ninguno de ellos suprime la expresión del otro, si no que interactúan, con dominancia

completa dentro de cada uno de ellos, dando 4 fenotipos diferentes:

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Nuez R-/P- (RR/PP, RR/Pp, Rr/PP, Rr/Pp)

Guisante rr/PP o rr/Pp

Roseta RR/pp o Rr/pp

Sencilla rr/pp

Sin embrago, la mayoría de los caracteres de interés productivo (caracteres

cuantitativos) están influenciados por muchos genes, que se desconocen.

1.1. Análisis de genealogías.

Los elementos de una genealogía son:

Población base: son los animales con los que empezamos a medir las relaciones

genealógicas. Su elección es un criterio arbitrario y se debe fijar en un momento

dado, por ejemplo cuando llegan los animales a nuestra explotación, ya que

todas las especies tienen un origen común (aunque sea hace millones de años).

Relaciones genealógicas.

Cohorte o población actual

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Como individuo fundador se considera a aquel ancestro que carece de ascendentes

conocidos. Un ancestro se considera aquel individuo, fundador o no, que tiene

registrada descendencia en la población considerada.

En la población actual nos conviene tener la máxima representación de cada fundador,

es decir poder conservar todos los linajes.

Un archivo de genealogía o pedigrí debe tener el formato

Individuo Padre Madre

1 0 0

2 0 0

3 0 0

4 1 2

5 3 2

6 1 4

7 5 4

8 7 6

9 7 3

Para la gestión de un Libro Genealógico, es necesario tener registrados todos los

individuos de la población en un archivo de genealogía, en el que, además, se incluyan

las fechas de nacimiento. Así mismo también puede incluirse datos de la ganadería, del

fenotipo, producciones, etc.

1.2. Diversidad genética

Un concepto fundamental en los análisis genealógicos es el de diversidad genética (o

Heterocigosidad esperada) de una población que definió Nei (1973) como la

proporción de heterocigotos esperada bajo equilibrio Hardy-Weinberg.

GD = 1- pi2

Siendo pi las frecuencias génicas de los diferentes alelos del locus en cuestión.

Ley de Hardy- Weinberg: en una población grande con apareamiento aleatorio, sin selección,

mutación o migración, las frecuencias génicas y genotípicas permanecen constantes de

generación en generación y, además, hay una relación simple entre ambas

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Ejemplos:

a) 2 alelos a la mima frecuencia GD = 1 - 0,52 – 0,5

2 = 0,5

b) 2 alelos a frecuencias muy distintas GD = 1 - 0,12 – 0,9

2 = 0,18

c) 3 alelos misma frecuencia GD = 1 – 0,3332 - 0,333

2 - 0,333

2 = 0,667

d) 3 alelos a frecuencias muy distintas GD = 1 - 0,12 – 0,1

2 – 0,8

2 = 0,34

Es fácil deducir que para maximizar la diversidad genética en una población hay que

conservar el mayor número posibles de alelos y que sus frecuencias estén equilibradas.

Este concepto es diferente al de Heterocigosidad observada que se define como la

proporción de heterocigotos que realmente tiene la población, ésta suele medirse

contando los genotipos (biología molecular) o los fenotipos (cuando es posible).

1.3. Consanguinidad

La consanguinidad o endogamia es consecuencia del apareamiento entre parientes. Los

genes en homocigosis aumentan en frecuencia a expensas de los heterocigotos. Esto,

junto con la tendencia general a que los alelos deletéreos sean recesivos, constituye la

base genética de la pérdida de fecundidad y viabilidad que casi siempre resulta de la

consanguinidad (Falconer, 1989), conocida como depresión consanguínea.

Coeficiente de consanguinidad de un individuo x (Fx) es la probabilidad de que

tenga los dos alelos de un determinado gen idénticos por descendencia, es decir,

que provengan ambos de un mismo ancestro común, representa la proporción de

loci homocigotos que tiene ese individuo. Este coeficiente equivale al

coeficiente de parentesco entre sus padres.

Coeficiente de parentesco entre dos individuos x e y (fxy), es la probabilidad de

que si tomamos un alelo del individuo x y otro del individuo y sean idénticos por

descendencia. El parentesco medio de una población en una generación es, bajo

apareamiento aleatorio, la endogamia esperada de la siguiente.

Ejemplos:

Nieto-abuelo: ¼

Padre-hijo: ½

Entre hermanos completos: ¼

Entre hermanos de padre: 1/8

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El aumento de la consanguinidad en una población cerrada es inevitable y la diversidad

genética perdida con respecto a la original es irrecuperable salvo que se produzcan

migraciones de otras poblaciones. Por ello, es más interesante conocer el incremento en

endogamia en una generación concreta (ΔF).

Ya que la heterocigosidad medida o diversidad

genética media se reduce en cada generación en

la cantidad de ΔF.

En una población ideal se relaciona ΔF con el

censo poblacional mediante la ecuación:

F = 1/2N

En una población con apareamiento al azar, los coeficientes de consanguinidad (F) y de

parentesco (f) aumentan con el transcurso de las generaciones (t) en el modo que, el

parentesco medio de una generación dada será igual al coeficiente de consanguinidad de

la generación siguiente (de su descendencia)

ft = Ft+1

Como la diversidad génica, heterocigosis esperada o

heterocigosis teórica es el valor complementario de la

endogamia, podemos expresarnos en términos de

pérdida de diversidad génica o pérdida de heterocigosis

como consecuencia de la deriva genética o del

apareamiento consanguíneo. Podemos decir que la

pérdida de diversidad genética o pérdida de heterosis

en una generación t debido a la deriva sería igual a:

Ht = Ht-1(1-ΔF)

1.4. Censo efectivo de población

El Censo efectivo de población, Ne, es el censo de una población ideal que daría, por

generación, la misma tasa de consanguinidad o la misma tasa de cambio en la varianza

de las frecuencias génicas que en nuestra población en estudio.

El censo efectivo es un parámetro teórico cuyo cálculo se puede hacer bajo muy

diferentes supuestos y, en ocasiones, con la necesidad de simplificar la situación real, lo

que implica dificultades para su interpretación. Se ve mucho más afectado por el sexo

menos frecuente que por el más frecuente.

Deriva genética: cambio aleatorio de

la frecuencia génica. Si se computan

las frecuencias génicas en cualquier

población pequeña, se observará que

su valor cambia de generación en

generación de una forma errática, sin

mostrar una tendencia a recuperar su

valor original.

Población ideal: se refiere a una

población de censo infinito, dividida en

subpoblaciones completamente aisladas,

que mantienen un tamaño constante, y

dentro de las que el apareamiento es

aleatorio, permitiendo la autofecundación.

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Cálculo del Censo Efectivo utilizando diferentes alternativas

Utilizando el incremento de endogamia que se produce en una generación

Ne = 1/(2ΔF)

ΔF = (Ft–Ft-1)/(1-Ft-1)

Aproximación a partir del censo real de reproductores

Ne ≈ (4NmNh)/(Nm+Nh)

-Ejemplos: un rebaño de vacas formado por

-1 ♂ y 1000 ♀ Ne ≈ 4

-5 ♂ y 1000 ♀ Ne ≈ 20

-10 ♂ y 1000 ♀ Ne ≈ 40

-20 ♂ y 1000 ♀ Ne ≈ 78

-80 ♂ y 80 ♀ Ne ≈ 160

Si el número de machos está muy descompensado con respecto al de

hembras se puede aproximar a:

Ne ≈ 4 Nm

A partir de la varianza del tamaño familiar: conforme aumenta la varianza quiere

decir que unos dejan más descendientes y otros menos. A mayor varianza,

menor censo efectivo, con valores de N grandes y sin cambios de tamaño de

población

Ne ≈ 4N/(Vk+2)

Si cada reproductor deja el mismo número de descendientes Vk = 0 y

Ne = 2N

Maximizar la diversidad genética mantenida equivale a maximizar el censo efectivo de

población y pasa por igualar las contribuciones de los reproductores.

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2. Gestión genética de un programa de conservación

El objetivo de un programa de selección es el mantenimiento óptimo de la diversidad

genética y el control de la consanguinidad, si bien suele ser aconsejable realizar al

mismo tiempo selección, aunque sea débil, bien para caracteres que sean propios de la

raza o bien para caracteres generales de eficacia biológica como son la fecundidad, la

supervivencia o la resistencia a enfermedades (Toro et al., 2008)

Tanto en un programa de conservación como en uno de selección se han de tomar dos

tipos de decisiones, qué animales tomo de reproductores y cómo los apareo entre ellos.

2.1. Elección de reproductores

Para mantener la máxima variabilidad posible, la teoría clásica indica que hay que

favorecer:

a) El mayor número posible de machos.

b) La proporción más equilibrada entre el número de machos y el número de

hembras (lo ideal es que sean el mismo número).

c) La menor varianza del tamaño familiar.

Los dos primeros puntos casi nunca se cumplen en los programas de conservación

(principalmente por restricciones económicas, en los que se tiende a mantener más

hembras para aumentar el número de individuos en la población). Para cumplir con el

último criterio se han desarrollado varias reglas:

Selección intrafamiliar (Gowe et al., 1959) en la que cada padre deja un hijo y

cada madre deja una hija, para mantener los linajes fundadores (una de las

hembras dejará un hijo y una hija).

Selección intrafamiliar óptima (Wang, 1997) en la que entre las N hembras que

se aparean con un macho, una es tomada, al azar, para dejar un hijo y no dejar

ninguna hija, otra para dejar dos hijas y el resto (N-2) contribuyen con una hija

cada una.

Sánchez-Rodríguez et al. (2003): complica el criterio anterior haciendo que el

estatus de la madre (tener un hijo, una hija o dos hijas) dependa a su vez del

estatus de la abuela.

El problema de estos sistemas jerárquicos es que son poco robustos frente a

desviaciones de las condiciones para las que fueron diseñados. No tienen en cuenta el

nivel de parentesco de los individuos de la población base, tampoco contemplan la

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posibilidad de “fallos” aleatorios (apareamientos fallidos, número de hijos por pareja

menor del deseado, etc.). Y hace que sean inviables para el manejo de poblaciones en

las que el número de hembras por macho no es un número entero o aquellas en las que

se produce una fluctuación del censo (Toro et al., 2008).

Contribuciones de mínimo parentesco Línea planteada por Ballou y Laci

(1995), que se basa en la idea de partida de que el parentesco entre dos

individuos es una medida de la proporción de información genética que

comparten, por ello, la información que porta un grupo de parientes cercanos es

redundante. Se ha podido demostrar teóricamente, mediante simulación y

experimentalmente que la mejor estrategia en programas de conservación es

minimizar el parentesco promedio del grupo de reproductores que van a

contribuir genes a la siguiente generación ponderado por el número de hijos que

van a tener. Esta formulación permite incluir cualquier tipo de restricción de tipo

fisiológico o de manejo y, por tanto, puede aplicarse en situaciones no regulares

que los métodos anteriores no podían abordar.

2.2. Elección del sistema de apareamiento

Ésta es una elección menos sencilla ya que depende del horizonte temporal. Un método

muy intuitivo y llevado a la práctica es el de evitar el apareamiento entre individuos que

compartan un abuelo, un bisabuelo, etc. Sin embargo, una forma más sistemática de

actuar es la de realizar apareamientos de mínimo parentesco, con tal de minimizar al

aumento de la consanguinidad, efecto inevitable en poblaciones de censo reducido.

Otro enfoque es el analizado por Caballero et al. (1996), método denominado

apareamiento compensatorio que consiste en ordenar machos y hembras por separado

de acuerdo a su parentesco promedio con el resto de la población, apareando el macho

más emparentado con la hembra menos emparentada y así sucesivamente.

Finalmente, y por razones prácticas, son muy atractivos los apareamientos circulares.

Este tipo de apareamientos se usa en el mantenimiento de animales de laboratorio y es

muy aplicable al manejo de gallinas y aves de corral. Un ejemplo con ratones:

colocamos las jaulas en círculo, dejamos las hembras de la descendencia en su jaula y

movemos a los machos a la jaula situada a su derecha.

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2.3. Recomendaciones prácticas para la gestión de un programa de conservación

El criterio que hay que seguir para optimizar la gestión de un programa de conservación

tratar de maximizar el censo efectivo, y de su cálculo se puede deducir unos criterios

sencillos a tratar de implementar en un programa de conservación (Toro et al., 2008):

1. Iniciar el programa con el máximo número de fundadores

2. Utilizar tantos padres y madres como sea posible

3. Igualar el número de padres y madres en la medida de lo posible. Lo ideal sería

una relación 1:1, ya que el sexo menos representado condiciona más el Ne

4. Evitar los cuellos de botella en el censo

5. Alargar al máximo los intervalos generacionales (sólo hay deriva cuando se

generan descendientes para reemplazar a los progenitores)

6. Reducir al máximo la varianza de los tamaños familiares.

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3. Conservación asistida por marcadores

Los marcadores moleculares son fragmentos específicos de ADN que pueden

identificarse en el genoma.

Gracias a los avances en las técnicas de laboratorio (como es la técnica de la PCR –

reacción en cadena de la polimerasa-, explicación que se sale del alcance de estas

notas), podemos conocer la secuencia del ADN de estos fragmentos lo que equivale a

conocer el genotipo de los individuos con la posibilidad de seleccionar el grupo de

individuos que representen una mayor variabilidad genética.

Los marcadores más utilizados son los microsatélites que son tramos de secuencias

simples de ADN con un alto grado de variabilidad, siendo abundantes y estando bien

distribuidos en el genoma de eucariotas. Estas secuencias simples consisten en

segmentos cortos de ADN con motivos repetidos, de 1 a 6 pares de bases, normalmente

dinucleótidos, como ejemplo, la repetición simple de CA/TG ocurre miles de veces en

el genoma. El polimorfismo (variabilidad) de los microsatélites viene dado por el

número de repeticiones en un determinado locus, revelados como variación en la

longitud de los fragmentos de los productos de PCR.

Tienen la ventaja de ser multialélicos, altamente polimórficos, codominante,

interpretación sencilla de los resultados, reproducibilidad muy alta, resultados

transferibles entre laboratorios y posible automatización.

Los marcadores moleculares nos permiten:

1. Evaluar la variabilidad genética de poblaciones amenazadas.

2. Identificar poblaciones con características especiales.

3. Analizar la estructura genética de las razas: variabilidad dentro y entre

poblaciones y distancias genéticas entre poblaciones.

4. Identificar animales (o poblaciones) cruzados.

5. Estudiar el parentesco: análisis de paternidad o de relaciones familiares de

primer grado y estimación del parentesco molecular.

La situación ideal sería la de poseer una batería de microsatélites (15-20) y tener a todos

los animales de la población genotipados y poder seleccionar, como reproductores, el

conjunto de individuos que representen toda la variabilidad genética de la población. Si

bien, en gallinas (y en cualquier especie ganadera en general), resulta poco viable

económicamente.

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BIBLIOGRAFÍA

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Falconer D.S., Mackay T.F.C. 1989. Introducción a la Genética Cuantitativa. Ed.

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