06/11/2011

Se incrementa la productividad y rentabilidad, adems se producen beneficios al consumidor y estabilidad a las empresas.

Se incrementa la competitividad y conduce al beneficio y/o supervivencia de las empresas.

Solucin ante agentes patgenos

Por qu invertir en gentica?

Solucin a la demanda y oferta de alimentos marinos

Los objetivos

Cules son los mtodos?

Seleccin entre cepas

Seleccin. Mejoramiento de caractersticas o la combinacin de ellas. El principal es el crecimiento en menos tiempo.

Seleccin dentro de cepas

Manipulacin de cromosomas.

Biotecnologa

Supresin del desarrollo gonadal con triploides. Proles monosexo. Mapeo gentico. Uso de peces a partir de esperma criopreservada.

Por qu invertir en gentica? Porque los programas genticos tienen la propiedad de poder dar forma a los animales satisfaciendo un determinado propsito.

Incrementando la productividad y rentabilidad, se producen beneficios al consumidor y estabilidad a las empresas Las actuales mejoras genticas de clases es el mtodo primario para incrementar la productividad en la agricultura terrestre. El crecimiento ms rpido se traduce en mayor produccin con buenas instalaciones

1

06/11/2011

Incrementando la productividad y rentabilidad, se producen beneficios al consumidor y estabilidad a las empresas Muchas veces se mejoran las conversiones alimentarias y de esta manera se incrementan los beneficios econmicos, ya que hay menos gasto en alimento.

Incrementar competitividad conduce al beneficio o supervivencia de las empresas Solo las empresas realmente eficientes y competitivas podrn salir adelante en esta clase de inversiones. Los mrgenes de beneficios se aplican en la mejor produccin, y el uso del mejoramiento gentico en las cepas es una opcin para incrementar esta competitividad

Como solucin ante agentes patgenos? Las prdidas econmicas a causa de enfermedades en el salmn del Atlntico y fueron muy altas en los ltimos 20 aos. La gentica servir para desarrollar especies ms resistentes a enfermedades

Como solucin a la demanda y oferta de alimentos marinos El total de capturas en el mar est alrededor de 100 millones tn/ao y esto no abastecer la demanda de alimento marino, as que la acuicultura abastecer la demanda que se necesita; y desde el 1990 esta incrementando su produccin, en el 2025 llegar a 62 millones de toneladas.

2

06/11/2011

Cules son los objetivos? Mejoramiento de algunas caractersticas o la combinacin de ellas, contribuyendo as al incremento de ganancias. El principal objetivo historicamente se dira que es el crecimiento en menos tiempo.

Cules son los mtodos? Existen varias estrategias para el mejoramiento gentico que incluyen la gentico, seleccin, manipulacin de cromosomas y la ingeniera gentica.

Seleccin entre cepas Strains son considerados los peces que provienen de diferente cohortes, ya sean silvestres o de cautividad. cautividad Seleccionar las mejoras cepas puede igualar los beneficios genticos realizados por aos.

Seleccin entre cepas Los rendimientos en cautividad pueden ser evaluados solo de manera experimental y no en forma a priori. Las pruebas de los strains, pueden ser conducidos de manera conjunta entre acuicultores e institutos de investigacin.

3

06/11/2011

Seleccin dentro de cepas La seleccin dentro de strains, pueden ser realizados por varios objetivos, usando diversos criterios de seleccin. Los individuos pueden ser clasificados con la informacin de sus fenotipos, ya sea de forma individual o en masa.

Respuestas de seleccin: ejemplos en la lubina y dorada.Seleccin de cada sexo separadamente La dorada son especies hermafroditas protndricos. En la poca de madurez sexual las hembras son de mayor tamao que los machos. La seleccin por crecimiento pueden producir una respuesta correlacional para con el crecimiento del macho

Desoves en simultneoSeleccin para aumentar la longitud o tasa d t de crecimiento

Idealmente para una mejor seleccin de individuos, stos debern de proceder de una misma cohorte. La mezcla de individuos de diferentes edades incrementar la variacin fenotpica, disminuyen la heredabilidad y reducen las respuestas de seleccin. La seleccin comercial para la dorada se realiza de las 24 48 horas despus del desove

4

06/11/2011

Obtener informacin a partir de rasgos y combinaciones P Para l d d se us l variacin d l la dorada la i i del ADN microsatelital, Garca de Len et. Al (1995), lo utiliz para identificar las familias de la dorada.

Monitoreo de las respuestas de seleccin En la seleccin es prudente registrar la variedad de rasgos comerciales, como los cambios de eficiencia alimentaria, ndice gonadosomtico, etc. Cada empresa puede conducir sus anlisis costo / beneficio a partir de los diferentes tipos de seleccin.

Manipulacin de cromosomasSon diversas e incluyen: Supresin del desarrollo gonadal con triploides. Proles monosexo, usando ginognesis monosexo ginognesis, andrognesis y/o tratamiento hormonal. Mapeo gentico. Produccin de peces a partir de esperma criopreservada.

Tericamente hay muchos mtodos para mejorar las cepas de peces genticamente. En la practica, pocas mejoras genticas ha realizado la industria acucola, y de estos muchos fueron desarrollados con seleccin natural.

5

06/11/2011

Aplicaciones de la biotecnologa en AcuiculturaIncrementar la resistencia al ambiente y patgenos Mejorar las tasas de crecimiento y reducir costos Mejorar la calidad de reproductores y control de la reproduccin Monitoreo Ambiental

ESQUEMA DE UN GENDiagrama esquemtico de un telomero de un gen corto, dentro de la estructura en doble hlice de. ADN que al comprimirse va i i formando un CROMOSOMA . Se trata de un gen eucariota (el procariota carece de intrones). Las PROTENAS se codifican slo en los EXONES.

No en procariotas

Transgnicos Tecnologa en clulas germinales

Anlisis de Protenas Mapeo gentico/ marcadores

Se codifican protenas

Microarray de ADNc

Aplicaciones de la biotecnologa en AcuiculturaI. Identificacin y seleccin de rasgos deseables en peces II. Identificacin de genes responsables para rasgos deseables en peces 2.1.- Descubrimiento de nuevos genes g 2.2.- Estudios funcionales de nuevos genes III. Introducir rasgos deseables en peces IV. Determinar los efectos de influencias externas sobre la fisiologa de los peces 4.1.- Factores ambientales 4.2.- Contaminantes

6

06/11/2011

I. Identificacin y seleccin de rasgos deseables en peces Importancia en los programas de seleccin de crianza Rasgos que pueden ser seleccionados para: Alta tasa de crecimiento Alta fecundidad Resistencia a enfermedades Las herramientas de Biologa molecular que pueden ser usadas para identificar y clasificar a los individuos con rasgos deseables son: Marcadores moleculares Mapas gnicos

1.- Identificacin y seleccin de rasgos deseables en PecesMarcadores molecularesPara que son utilizados? Marcadores que permiten la seleccin Seguir la diversidad o establecer las relaciones Marcas moleculares o genticas para la identificacin de rasgos

Importante para los rasgos que son difciles de mejorar con programas de crianza tradicional (calidad de la carne, supervivencia)

I. Identificacin y seleccin de rasgos deseables en PecesMarcadores molecularesbasados en PCR Tipos de marcadores usados acuicultura: Polimorfismo de Longitud de Fragmentos de Restriccin (RFLPs) ADN polimrfico amplificado al azar (RAPDs) Polimorfismo en la longitud de fragmentos amplificados (AFLPs) Polimorfismos de un solo nucletido (SNPs) Microsatlites

I. Identificacin y seleccin de rasgos deseables en pecesMicrosatlites

Alto nmero de copias entremezcladas a travs del genoma (> 50 000) Herencia codominante que permite la discriminacin entre heterocigotos

7

06/11/2011

I. Identificacin y seleccin de rasgos deseables en PecesMicrosatlitesAplicaciones en acuicultura: Mapeo gentico (secuenciacin) Anlisis i di id l b d A li i individuales basados en: 1. 2. 3. Marcaje gentico Pruebas de parentesco Clasificacin individual

I. Identificacin y seleccin de rasgos deseables en PecesMapa genticoPara que son utilizados? Localizar marcadores moleculares para identificar rasgos Localizar e identificar genes responsables para estos rasgosMarcadores moleculares Cromosoma

Anlisis de Poblacin/stock Por ltimo el mapa gentico es la secuencia ordenada del genoma

II. Identificacin de genes responsables de rasgos deseables en Peces

La tecnologa de microarrays es una tecnologa en desarrollo para estudiar la expresin de muchos genes a la vez. Consiste en colocar miles de secuencias

2.1 .- Descubrimiento de nuevos genes Microarrays ADNc Protemica

gnicas en lugares determinados sobre un portaobjetos de vidrio llamado chip. Una muestra que contiene ADN o ARN se pone en contacto con el chip. El apareamiento de las bases complementarias entre la muestra y las secuencias de genes en el chip produce

Transcripcin

Traduccin

una cantidad de luz que se puede medir.

ADN

ARN

PROTENA

Las reas del chip que producen luz identifican los genes que se expresan en

ADNc

(ADN complementario-sin Intrones)

esa muestra.

8

06/11/2011

2.1 .- Descubrimientos de nuevos genes Genmica y protemica en acuiculturaMicroarray ADNcExpresin diferencial de genes

2.1 .- Descubrimientos de nuevos genes Genmica y protemica en acuiculturaMicroarray ADNc

ARN

Bases de datos y bioinformticos Geles 2-D

Origen de ADNc: ESTs Libreras de ADNc Chips comerciales (Clones de ADN conocido)

ProtenaMapas de pptidos Secuencia de pptidos

2.1 .- Descubrimientos de nuevos genes Genmica y protemica en acuiculturaMicroarrays ADNc

2.1 .- Descubrimientos de nuevos genes Genmica y protemica en acuiculturaMicroarrays ADNc Ej.: Efectos de la hipoxia sobre la expresin de genes en GillichthysClasificacin gnica por funcin

Pez controlARN Control ARN Experimental

Pez experimental

Expresin diferencial de genes en el Hgado

Northern blots

Metabolismo Del Hierro

Anticrecimiento y proliferacin

Metabolismo de aminocidos

Comparacin

Funcin desconocida

Anlisis mltiple de las expresin de los genes entre las dos condiciones (control vs. experimental)

Gracey et al. (2001) PNAS 98, 1993

9

06/11/2011

2.1 .- Descubrimientos de nuevos genes Genmica y protemica en acuiculturaMicroarray ADNcExpresin diferencial de genes

2.1 .- Descubrimientos de nuevos genes Genmica y protemica en acuiculturaEj.: Efectos del ayuno sobre las protenas del hgado de truchapHComparicin de geles 2- D Spot 317

Peso

Alimentados

ARN

Bases de datos y bioinformticos bi i f ti Geles 2DEscisin del spot Digestin con tripsina Mapa de masas de pptidos

Ayunados

Catepsina D: Enzima identificada como disparador de apoptosis (muerte celular)Identificacin de protena

ProtenaMapas de pptidos Secuencia de pptidos

Catepsina D (Apoptosis)Martin et al. (2000) Fish Physiol. Biochem. 24, 259

II. Identificacin de genes responsables de rasgos deseados en Peces2.2.- Estudios funcionales de nuevos genes Genes dianas Morfolinos antisentido Mutagnesis

2.2.- Estudios funcionales de nuevos genesSecuencia completa del genoma

ProtenaAislamiento de la Protena

Aislamiento del Gen

Secuenciacin de Protena Sntesis de Oligonucletidos

ADNSe induce mutacin a nivel masivoGentica inversa

Aislamiento del Gen El mtodo permite la

Tecnologa de disrupcin sustitucin gnica

de cualquier gen

Mutantes

10

06/11/2011

2.2.- Estudios funcionales de nuevos genes Genes dianasTransferencia de genes mediante clulas Introduccin de un transgen dentro de clulas madres de embrin Insercin del transgen en el genoma de las clulas madres por recombinacin homloga Trasplantacin de las clulas madres haca un embrin receptor Contribucin de las clulas madres a las lneas germinalesgen de un organism o que ha sido incorpora do en el genoma de otro organism o

2.2.- Estudios funcionales de nuevos genes Genes dianasTrasplantacin de clulas madres dentro del embrin e integracin en las lneas germinales zebrafishRasgo GASSI (no pigmentada)

Clulas madres B7-43 Quimera X Embrin GASSI GASSI

electroporacin

Recombinacin homloga

Trasplantacin al Blastmero

Transmisin a la lnea germinal

neo Southern blot b Pez B7- 43 c Clulas madres B7- 43 d Pez F1 e Pez F1 f Pez F2 g Pez GASSI F1 Pigmentada +/-

Ma et al. (2001). PNAS 98, 2461

2.2.- Estudios funcionales de nuevos genes Genes dianasProduccin de lneas germinales por trasplantacin al blastmero en trucha arco iris

2.2.- Estudios funcionales de nuevos genes MutagnesisMutagnesis qumica con N-ethyl-nitrosourea (ENU): un mutgeno

Takeuchi et al. (2001). Mol. Reprod. Dev. 59, 380

Bauer y Goetz (2001). Biol. Reprod. 64, 548

11

06/11/2011

III. Introduccin de rasgos deseables TransgnesisIntroduccin de genes forneos (transgenes) dentro del genoma para introducir un rasgo deseable

III. Introduccin de rasgos deseables TransgnesisExpresin de un transgen es dirigido por la secuencia del promotorPromotor TRANSGEN

Animales transgnicosExpresin ubicua del transgen:

Producto gnico (protena)

Rasgo Fenotpico

Qu rasgos son deseables en acuicultura? Alta tasa de crecimiento Fecundidad elevada Incremento de la resistencia a enfermedades Aumento de la tolerancia a cambios ambientales

-actina

TRANSGEN

Todos los tejidos

Expresin especfica tisular del transgen: insulina Pncreas

TRANSGEN

III. Introduccin de rasgos deseables Generacin de un ratn transgnicoMicroinyeccin de ADN dentro del proncleo del huevo

III. Introduccin de rasgos deseables Transgnicos de la hormona de crecimiento (GH)Ratn Oncorhynchus kisutch

Problemas:1. Mosaico de expresin del transgen 2. Integracin al azar del transgen

Solucin:Transferencia del gen modulada por clulas

1982 1994

12

06/11/2011

III. Introduccin de rasgos deseables Promotores de salmnidos Histona 3 Metalotioneina A and B Protamina Factor nuclear de hepatocitos -1 y -3 Mx1 Vasa-like gene Hormona peptdica cardiaca Insulina, insulin-like growth factor II GH, prolactina, gonadotropina, hormona liberadora de gonadotropina Pit-1 gonadotropina, Pit 1 Albumina, tranferina Receptor de estrgeno Heat-shock-protein-like gene El promotor de un GEN es la regin de ADN que controla la INICIACIN de la TRANSCRIPCIN de dicho gen a ARN. Dicha regin -el promotor- est compuesta por una secuencia especfica de ADN localizado justo donde se encuentra el punto de inicio de la TRANSCRIPCIN del ADN y contiene la informacin necesaria para activar o desactivar el gen que regula. El promotor est presente l t t t tanto en PROCARIOTAS como EUCARIOTAS.

III. Introduccin de rasgos deseables Expresin de Actina-GFP en el msculo esqueltico de zebrafish

Green Fluorescent Protein

Genes reporters son utilizados para estudiar la funcin de un promotor: CAT Acetil clorafenicol transferasa GFP Protena fluorescente verde LacZ -GalactosidasaPromotor Gen reporter

(Prueba Bioqumica) (Bioluminescencia) (Histoqumica) LacZ GFP CAT

Higashijima et al., Dev. Biol.,1997

III. Introduccin de rasgos deseables Transgnicos de trucha arco iris de GH: domesticadas vs. naturales

III. Introduccin de rasgos deseables Preocupacin principal con las piscifactoras de animales transgnicos: ESCAPES!!!Desventaja de los peces transgnicos Competencia con las poblaciones naturales Alterar el genoma de las poblaciones naturales por el entrecruzamiento Ocupar nuevos nichos ecolgicos Qu soluciones se pueden ofrecer? Piscigranjas en circuitos cerrados de agua en tierra Peces transgnicos estriles Instalaciones ms seguras y eficaces en la contencin de animales

Devlin et al. (2001) Nature 409, 781

13

06/11/2011

III. Introduccin de rasgos deseables Incremento de la resistencia al ambiente y patgenos Vacunas de ADNpCMV-IHNV en Salmn atlntico pCMV-VHS en Trucha arco iriscytomegalovirus Necrovirus hematopoytico infeccioso

IV. Factores ambientalesHeat shock Protein 27

p pCMVpromotor

IHNVADNc

Agentes antimicrobianosLysozyme (transgnicos con el promotor AFP)

InmunoestimulantesGlucan, chitin, etc.

Transgnicos con promotores para patgenos o repuestas al estrs y ADNc para inmunostimulantes, agentes antimicrobianos, etc.Podrabsy y Somero (2004). J. Exp. Biol. 207-2237

IV. ContaminantesInduccinPromotor activado por elementos de repuestas

ExpresinLuciferasa

Elementos de respuesta: Quinonas y oxidantes Hidrocarburos Metales (Hg, Cu, Ni, Cd, Zn) Estrgenos cido Retinoico

14