Estudios de asociación genómica en poblaciones animales independientes

En mejoramiento genético animal, uno de los principales enfoques para explicar la arquitectura genética de caracteres de importancia económica son los estudios de asociación del genoma completo (GWAS), que no suelen ser particularmente potentes dado el reducido tamaño muestral. Un enfoque para aumentar la potencia de detección de QTL es combinar datos de poblaciones diferentes en un análisis conjunto de asociación (JA). Sin embargo, este enfoque tiene limitaciones tales como la definición de efectos a ser modelados entre poblaciones y la dificultad en el acceso a los genotipos de poblaciones comerciales. Alternativamente, se pueden combinar resultados obtenidos de GWAS independientes mediante el meta-análisis (MA-GWAS). El objetivo central de esta tesis es describir e implementar métodos para GWAS a nivel poblacional y también, combinando datos de varias poblaciones (JA), así como combinando resultados de GWAS independientes (MA-GWAS). La aplicación en datos reales mostró que MA aumentó la potencia para detectar QTL significativos en contraste con los GWAS poblacionales y el JA, considerando la estructura genética, la heterogeneidad de los componentes de varianza entre poblaciones y evitando problemas del JA tales como el acceso a los datos y definición de los efectos fijos. Los resultados del MA fueron usados en la búsqueda de genes candidatos, identificando nuevas posiciones para algunos de los caracteres de calidad de carne porcina evaluados. En conclusión, el trabajo describe métodos novedosos para integrar resultados de evaluaciones genómicas independientes, a fin de detectar asociaciones significativas entre poblaciones e identificar nuevos genes asociados con caracteres de importancia económica.

Participación de la familia génica GPC sobre la concentración de proteínas y nutrientes en el grano y su relación con la senescencia foliar en plantas de trigo

La removilización de nutrientes al grano y la senescencia son procesos extremadamente interconectados en trigo que determinan la calidad nutricional y panadera. Mientras que el nitrógeno (N) afecta la concentración de proteínas en grano (CPG), en donde alta CPG generan productos panificables con una calidad superior, los micronutrientes como el hierro (Fe) y el Zinc (Zn) afectan la calidad nutricional. Por lo tanto, el mejoramiento de la calidad en trigo requiere un profundo entendimiento de las redes génicas que regulan y controlan la senescencia y la removilización de nutrientes al grano. El gen GPC-B1, proveniente del trigo silvestre Triticum turgidum var. diccocoides, pertenece a la familia de factores de transcripción NAC y es la primer fuente de variación para CPG y micronutrientes identificada en trigo. Los objetivos de esta tesis fueron: estudiar el efecto de la introgresión de GPC-B1 sobre la CPG, concentración de micro y macronutrientes y diferentes parámetros agronómicos en germoplasma argentino; profundizar, mediante análisis transcriptómicos y el uso de plantas mutantes para los genes GPC el entendimiento de la regulación génica que ocurre durante la senescencia y finalmente identificar nuevos genes de transporte de N, Fe y Zn al grano mediante genómica comparativa con arroz. Cuando GPC-B1 se introdujo en germoplasma de origen argentino la CPG se incrementó entre 3 a 8,11 g kg-1 a través de diferentes cultivares y ambientes. A pesar del efecto negativo del gen sobre el tamaño de granos y una aceleración en la senescencia, no se observaron diferencias significativas en rendimiento. El incremento en la CPG se explicó por una mayor proteólisis y eficiencia en el transporte de aminoácidos al grano. Cuando se analizó la concentración de nutrientes, se observaron incrementos consistentes en Fe. La combinación de análisis transcriptómicos y plantas mutantes permitió identificar 3888 genes diferencialmente expresados durante la senescencia y 340 genes modulados por la familia GPC. A su vez, se han identificado 21 genes relacionados con el transporte de N al grano y se han caracterizado nueve familias génicas relacionadas con el transporte de Fe y Zn al grano que pueden utilizarse en programas de mejoramiento para incrementar la calidad nutricional en trigo.

Estimación del número y distribución de los ambientes para la evaluación de rendimiento en cultivares de soja

El objetivo más importante de los programas de Mejoramiento Genético Vegetal es optimizar la productividad de los cultivos. Por otra parte, la cantidad de recursos económicos disponibles para la conducción de estos programas es limitada. Entonces, se necesita de una estrategia de evaluación que permita seleccionar aquellas líneas experimentales superiores en determinados ambientes con un presupuesto acotado. Los objetivos de este trabajo fueron (i) Estimar el número de ambientes necesarios para lograr detectar una diferencia mínima significativa (DMS) deseada de 250 kg ha-1, y (ii) Establecer un criterio para seleccionar aquellos ambientes que permitan realizar la evaluación de manera eficiente. Los datos utilizados en este estudio se obtuvieron de las bases de datos generadas por la compañía Coop. Criadero Santa Rosa y por la 'Red Nacional de Evaluación de Cultivares de Soja' ((ECSO). Se utilizaron los datos correspondientes al grupo de madurez IV cultivado durante cuatro campañas (2006/07 a 2009/10) en las Subregiones II-4, II-5 y II-6. El número de ambientes necesarios para detectar la DMS deseada se ubicó entre 5 y 10. Los resultados del Análisis de Conglomerados no permitieron dividir al mega-ambiente estudiado en subgrupos de ambientes homogéneos, ya que las asociaciones entre estos no fueron consistentes a través de las campañas. Sin embargo, pequeños grupos de ambientes (formados por 2 o 3 de ellos) tuvieron interacción genotipo × ambiente (IGA) similar a lo largo de las campañas en las que participaron.

Caracterización ecofisiológica de líneas elite de trigo : identificación de atributos vinculados con el rendimiento potencial

Las actuales tasas de progreso en rendimiento de trigo son inferiores a las requeridas para satisfacer la demanda de alimentos proyectada. Hasta la fecha las mejoras del rendimiento potencial han sido basadas en la selección por rendimiento per se, sin embargo hay evidencias de que criterios de selección indirecta basados en atributos fisiológicos asociados al rendimiento podrían acelerar el progreso de mejoramiento. Para ello, es necesario identificar estos atributos y comprender su base genética a fin de facilitar su incorporación en nuevos genotipos. En este sentido, una evaluación fenotípica correcta y detallada resulta ser el factor limitante a la hora de incrementar nuestro conocimiento sobre los atributos fisiológicos que determinan el rendimiento potencial. El objetivo general del trabajo fue realizar la fenotipificación de un set de líneas elite de trigo primaveral (denominadas CIMCOG) proveniente de CIMMYT, de modo de caracterizar la variabilidad genotípica e identificar atributos fisiológicos asociados con el rendimiento y sus componentes numéricos y fisiológicos. El set de líneas CIMCOG se evaluó a campo, sin limitaciones hídrico-nutricionales, ni bióticas, bajo un diseño alfa lattice con 2 repeticiones. El set de líneas presentó baja variabilidad en el tiempo a antesis debido a que se encontraron en el rango de 54-58 días con una diferencia (aproximadamente 4 días), demostrando que es un set adecuado para identificar atributos favorables para aumentar el rendimiento. La biomasa fue el principal componente fisiológico que explicó los cambios en el rendimiento y estuvo asociada a cambios en la eficiencia de uso de la radiación (EUR), mientras que la variación en el índice de cosecha fue sustancialmente menor que la observada en biomasa. El número de granos por unidad de área fue el principal componente que explicó las variaciones en el rendimiento, siendo el número de espigas por unidad de área su principal determinante. Teniendo en cuenta este set de genotipos, futuros progresos en el rendimiento de trigo podrían estar asociados a mejoras en la EUR y a un mayor establecimiento de espigas, lo cual requiere una mayor comprensión de aspectos

Clonado posicional del gen VRN-D4 en trigo hexaploide (Triticum aestivum)

Las variedades de trigo con hábito de crecimiento invernal requieren una prolongada exposición a bajas temperaturas para acelerar la floración. Este requerimiento se denomina 'vernalización' y la variación natural en los genes que controlan este proceso ha favorecido la adaptación del trigo a diferentes ambientes. Los principales loci que controlan el requerimiento de vernalización en trigo se denominan VRN1, VRN2, VRN3 y VRN-D4. Los primeros tres genes han sido aislados y caracterizados pero VRN-D4 no ha sido identificado aún a nivel molecular. El objetivo de esta tesis es la identificación de VRN-D4 mediante clonado posicional, lo que incluyó la construcción de un mapa genético de alta densidad, un mapa físico, el estudio de los genes candidatos y su validación. Usando esta estrategia se encontró que VRN-D4 está localizado en la región centromérica del brazo corto del cromosoma 5D. En esta región se identificó la inserción un fragmento cromosómico de ~290Kb del cromosoma 5A incluyendo una copia del gen de floración VRN-A1. Usando mutantes inducidos por EMS este estudio demuestra que esta segunda copia de VRN-A1 es VRN-D4. VRN-D4 fue encontrado en muy alta frecuencia en la sub-especie T. aestivum ssp. sphaerococcum predominante en el sur del continente Asiático. Esta sub-especie carece de otros genes para hábito de crecimiento primaveral, lo que sugiere que VRN-D4 jugó un rol importante en la adaptación del trigo a esta región. Este estudio también identificó mutaciones en una región regulatoria de VRN-D4 asociadas a su expresión temprana. Mutaciones similares identificadas en alelos de VRN-A1 también estuvieron asociadas con un reducido requerimiento de vernalización. Los alelos de VRN-A1 y VRN-D4 identificados en este estudio representan una herramienta útil para regular la fecha de floración de trigo. Este estudio contribuye también al conocimiento básico de los mecanismos moleculares involucrados en la respuesta a la vernalización.

Quimeras transitorias en la producción de embriones bovinos

La transmisión de genética superior y consecuente generación de numerosas crías idénticas de alto valor, permitiría aumentar rápidamente la cantidad y calidad del ganado vacuno. Con este fin, optimizamos la técnica de fecundación in vitro (FIV), la cual nos permitió obtener altas tasas de embriones y preñeces. La selección del toro y la realización de experimentos de FIV con semen sexado, consiguieron aumentar los rendimientos por pajuela y la producción de embriones del sexo deseado en nuestras condiciones. También exploramos un sistema eficiente de criopreservación de embriones libres de zona pelúcida (LZP) por vitrificación, con resultados de sobrevida similares al grupo control con ZP. En este sentido, mediante la desagregación de embriones en estadio de 2 y 4 células, y el posterior cultivo LZP, fue posible incrementar la cantidad inicial de embriones. Si bien la TO en presuntos cigotos de FIV permitió generar embriones de mayor tamaño, también afectó severamente tanto la competencia de los embriones como la de sus blastómeras individuales. Sin embargo, la complementación troboblástica de blastómeras más avanzadas desagregadas demostró ser una alternativa innovadora para la clonación embrionaria. Este procedimiento se realizó electrofusionando embirones producidos por FIV en estadío de 2 células, que luego se agregaron con una única blastómera transgénica, generando lo que llamamos quimeras transitorias. Al emplear los embriones aneuploides y más jóvenes fue posible dirigir el destino de cada tipo celular, orientándolos hacia los tejidos extrembrionarios (que se descartarían en el momento del nacimiento), y soportando el desarrollo de una blastómera individual destinada al macizo celular interno (MCI). Por lo tanto, durante el desarrollo de esta Tesis fue posible desarrollar un sistema completo y original de clonación embrionaria, basado en la producción, multiplicación y criopreservación de embriones bovinos LZP.

Lactancias extendidas en sistemas de producción lechera argentinos

En la Argentina los sistemas de producción de leche utilizan animales mejorados genéticamente para producir en condiciones de dietas muy suplementadas en planteos productivos de base pastoril con suplementación. En estos sistemas el objetivo es obtener un parto por vaca por año pero son muy pocos los tambos que llegan a cumplirlo porque se atrasa el momento de la concepción prolongando las lactancias. El objetivo del trabajo fue investigar los factores que influyen en la productividad de tambos ubicados en el centro de la provincia de Santa Fe y las razones que determinan la duración de las lactancias en estos tambos con el fin de analizar estrategias de manejo que consideren el uso de lactancias extendidas para lograr aumentos de productividad sostenibles. Adicionalmente se exploraron aquellos factores reproductivos asociados al largo de lactancia, como determinante de los litros totales producidos por vaca. Se analizó información de 1620 vacas de once tambos, recolectada en junio de 2008. Para cada tambo y para el conjunto de tambos se estimaron los valores promedio y desvío estándar del porcentaje de vacas secadas antes de los 365 días en lactancia (DEL), porcentaje de vacas vacías con más de 200 DEL y los servicios por vaca hasta confirmar preñez. En las vacas que cerraron su lactancia durante el periodo julio 2007 - junio 2008 (n igual a 892) se estimó la producción de leche acumulada al fin de la lactancia (PT), la producción de leche diaria (PD) y el valor de DEL. Además se estimó la producción de leche por hectárea y la carga animal. Los datos se analizaron por regresión lineal. Para explorar la relación entre PT con PD y DEL se hizo un análisis de regresión múltiple. En los casos analizados el aumento en la duración de la lactancia sería consecuencia de un atraso en el logro de preñez con un impacto relativamente bajo sobre la productividad de los sistemas.

Quimeras transitorias en la producción de embriones bovinos

La transmisión de genética superior y consecuente generación de numerosas crías idénticas de alto valor, permitiría aumentar rápidamente la cantidad y calidad del ganado vacuno. Con este fin, optimizamos la técnica de fecundación in vitro (FIV), la cual nos permitió obtener altas tasas de embriones y preñeces. La selección del toro y la realización de experimentos de FIV con semen sexado, consiguieron aumentar los rendimientos por pajuela y la producción de embriones del sexo deseado en nuestras condiciones. También exploramos un sistema eficiente de criopreservación de embriones libres de zona pelúcida (LZP) por vitrificación, con resultados de sobrevida similares al grupo control con ZP. En este sentido, mediante la desagregación de embriones en estadio de 2 y 4 células, y el posterior cultivo LZP, fue posible incrementar la cantidad inicial de embriones. Si bien la TO en presuntos cigotos de FIV permitió generar embriones de mayor tamaño, también afectó severamente tanto la competencia de los embriones como la de sus blastómeras individuales. Sin embargo, la complementación troboblástica de blastómeras más avanzadas desagregadas demostró ser una alternativa innovadora para la clonación embrionaria. Este procedimiento se realizó electrofusionando embirones producidos por FIV en estadío de 2 células, que luego se agregaron con una única blastómera transgénica, generando lo que llamamos quimeras transitorias. Al emplear los embriones aneuploides y más jóvenes fue posible dirigir el destino de cada tipo celular, orientándolos hacia los tejidos extrembrionarios (que se descartarían en el momento del nacimiento), y soportando el desarrollo de una blastómera individual destinada al macizo celular interno (MCI). Por lo tanto, durante el desarrollo de esta Tesis fue posible desarrollar un sistema completo y original de clonación embrionaria, basado en la producción, multiplicación y criopreservación de embriones bovinos LZP.

Bases ecofisiológicas de la ganancia genética en el rendimiento del maíz en la Argentina en los últimos 30 años

p.177

Clonado posicional del gen VRN-D4 en trigo hexaploide (Triticum aestivum)

Las variedades de trigo con hábito de crecimiento invernal requieren una prolongada exposición a bajas temperaturas para acelerar la floración. Este requerimiento se denomina 'vernalización' y la variación natural en los genes que controlan este proceso ha favorecido la adaptación del trigo a diferentes ambientes. Los principales loci que controlan el requerimiento de vernalización en trigo se denominan VRN1, VRN2, VRN3 y VRN-D4. Los primeros tres genes han sido aislados y caracterizados pero VRN-D4 no ha sido identificado aún a nivel molecular. El objetivo de esta tesis es la identificación de VRN-D4 mediante clonado posicional, lo que incluyó la construcción de un mapa genético de alta densidad, un mapa físico, el estudio de los genes candidatos y su validación. Usando esta estrategia se encontró que VRN-D4 está localizado en la región centromérica del brazo corto del cromosoma 5D. En esta región se identificó la inserción un fragmento cromosómico de ~290Kb del cromosoma 5A incluyendo una copia del gen de floración VRN-A1. Usando mutantes inducidos por EMS este estudio demuestra que esta segunda copia de VRN-A1 es VRN-D4. VRN-D4 fue encontrado en muy alta frecuencia en la sub-especie T. aestivum ssp. sphaerococcum predominante en el sur del continente Asiático. Esta sub-especie carece de otros genes para hábito de crecimiento primaveral, lo que sugiere que VRN-D4 jugó un rol importante en la adaptación del trigo a esta región. Este estudio también identificó mutaciones en una región regulatoria de VRN-D4 asociadas a su expresión temprana. Mutaciones similares identificadas en alelos de VRN-A1 también estuvieron asociadas con un reducido requerimiento de vernalización. Los alelos de VRN-A1 y VRN-D4 identificados en este estudio representan una herramienta útil para regular la fecha de floración de trigo. Este estudio contribuye también al conocimiento básico de los mecanismos moleculares involucrados en la respuesta a la vernalización.

Estudios de asociación genómica en poblaciones animales independientes

En mejoramiento genético animal, uno de los principales enfoques para explicar la arquitectura genética de caracteres de importancia económica son los estudios de asociación del genoma completo (GWAS), que no suelen ser particularmente potentes dado el reducido tamaño muestral. Un enfoque para aumentar la potencia de detección de QTL es combinar datos de poblaciones diferentes en un análisis conjunto de asociación (JA). Sin embargo, este enfoque tiene limitaciones tales como la definición de efectos a ser modelados entre poblaciones y la dificultad en el acceso a los genotipos de poblaciones comerciales. Alternativamente, se pueden combinar resultados obtenidos de GWAS independientes mediante el meta-análisis (MA-GWAS). El objetivo central de esta tesis es describir e implementar métodos para GWAS a nivel poblacional y también, combinando datos de varias poblaciones (JA), así como combinando resultados de GWAS independientes (MA-GWAS). La aplicación en datos reales mostró que MA aumentó la potencia para detectar QTL significativos en contraste con los GWAS poblacionales y el JA, considerando la estructura genética, la heterogeneidad de los componentes de varianza entre poblaciones y evitando problemas del JA tales como el acceso a los datos y definición de los efectos fijos. Los resultados del MA fueron usados en la búsqueda de genes candidatos, identificando nuevas posiciones para algunos de los caracteres de calidad de carne porcina evaluados. En conclusión, el trabajo describe métodos novedosos para integrar resultados de evaluaciones genómicas independientes, a fin de detectar asociaciones significativas entre poblaciones e identificar nuevos genes asociados con caracteres de importancia económica.

Selección y estimación de parámetros genéticos en bovinos lecheros

La estimación de parámetros genéticos en bovinos lecheros requiere ajustar modelos estadísticos para datos longitudinales (modelos de regresión aleatoria y/o medidas repetidas). Es esencial en regresión aleatoria determinar el orden correcto de los polinomios que describen los coeficientes aleatorios en el tiempo. Tradicionalmente, esta tarea se desarrolló empleando criterios de selección como AIC o BIC, que no siempre logran dilucidar claramente el modelo apropiado. Esta tesis introduce el criterio PAL para la selección del orden del polinomio en modelos de regresión aleatoria, empleando una penalización adaptativa de la función de verosimilitud. Comparativamente, PAL presentó un desempeño superior a AIC y BIC, y su aplicación a datos de producción produjo un modelo parsimonioso, con buena bondad de ajuste y habilidad de predicción. Se abordó además el problema de estimar parámetros genéticos bajo un modelo de medidas repetidas para caracteres que muestran distribución asimétrica. Para evitar desvíos del supuesto de normalidad de los errores, se presentó un modelo alternativo basado en asumir una distribución Normal asimétrica. Se implementó un enfoque bayesiano con muestreo de Gibbs en datos de intervalos entre partos. Incluyendo un parámetro adicional, se obtuvieron estimaciones más precisas de los parámetros genéticos. Estos desarrollos metodológicos estuvieron motivados por los desafíos que enfrenta actualmente el programa de mejoramiento genético de la raza Holstein en Colombia. Entre ellos, figura también el impacto de introducir toros extranjeros provenientes del programa de selección genómica norteamericana. En este marco, se estimó el progreso genético esperado en la población comercial colombiana. Los cálculos reflejaron que utilizar toros genómicos jóvenes se traducirá en una respuesta genética acelerada y en una disminución de la diferencia genética entre el hato comercial y el núcleo del cual provienen.

Calidad semolera y nuevas variantes alélicas prolaminas en variedades indígenas españolas d trigo duro (Triticum Turgidum L. Tell.)

Las prolaminas son las principales proteínas del endospermo de los trigos panaderos que están relacionadas con la calidad panadera. El objetivo de este trabajo es caracterizar gluteninas LMW según la nomenclatura de Liu et al y relacionarlas con la fuerza panadera.

PRACTICAS Y ESTRATEGIAS PARA LA PRODUCCIÓN, MULTIPLICACIÓN Y DIFUSION DE SEMILLAS DE MAICES ESPECIALES: PISINGALLO, CUARENTIN, MORADO, DULCE y ARTESANALES: TRANSFERENCIA A ESCUELAS RURALES, PEQUEÑOS Y MEDIANOS PRODUCTORES DE LA PROVINCIA DE CORDOBA

La zona de influencia de nuestro proyecto, abarca a una importante cantidad de pequeños y medianos productores, del área maicera IV, que generalmente constituyen empresas familiares. Las economías regionales, especialmente las de maíz, en la provincia de Córdoba, se encuentran desplazadas por los procesos económicos de globalización , que trasvasan las culturas con un impacto negativo que agudiza los problemas actuales en cuanto a este cultivo se refiere. El trabajo de extensión tiene su origen en la diversificación de sus productos, el darles un valor agregado y el trabajar en forma conjunta por medio de la cooperación, Campo – Universidad , permitiendo así un campo más rentable. Nuestros maíces especiales de polinización libre, se adaptarían fácilmente por sus condiciones de mejora genetica, se manejan en general como cualquier otra variedad de maíz, y no es necesario el gasto de semillas todos los años. Con muy poca inversión se le puede dar un valor agregado, constituyendo en algunos casos productos diferenciales, como la polenta, harinas, golosina como el pochoclo ,dulce o salado, este último con un mercado importante. También la utilización de los mismos para la alimentación de aves, cerdos y otros animales domésticos presente en el campo. Capacitar mediante la investigación adaptativa , a los productores, escuelas y organizaciones sociales, es un objetivo de una nueva alternativa de producción, diversificando así las tareas para lograr una mejor calidad de vida y mejorar sus ingresos.

Caracterización agromorfológica y de calidad nutricional de poblaciones locales de maíz de la provincia de Misiones, Argentina

El maíz (Zea mays L.) presenta una gran diversidad de razas que pueden agruparse según sus características y usos diferenciales. La mayor parte del maíz sembrado en la provincia de Misiones corresponde a poblaciones locales, en las cuales el abandono de las tradiciones asociadas con su uso conduce a su erosión genética. La información acerca del comportamiento agronómico y características nutricionales de estos materiales es escasa. Con el objetivo de evaluar el potencial agronómico y nutricional de poblaciones de maíz de la provincia de Misiones, aportar al conocimiento de la diversidad genética, y contribuir a su conservación, revalorización y utilización, se estudiaron 16 poblaciones locales de diferente origen y fecha de colecta y 3 testigos comerciales exógenos utilizados en la región mediante descriptores agromorfológicos, de calidad nutricional y moleculares asociados al locus Opaco-2 (se incluyeron 2 testigos QPM exógenos portadores del gen opaco-2). Los resultados obtenidos permitieron detectar la existencia de variabilidad agromorfológica, molecular y nutricional. La diversidad mostró diferencias en cuanto a su origen y momento de colecta, reflejando procesos de selección, sustitución y/o contaminación con materiales comerciales, realzando la importancia del uso de métodos que combinen la conservación de recursos genéticos in situ con aquella realizada en bancos de germoplasma. Se identificaron materiales con características sobresalientes para concentración de proteína, almidón, aceite y composición de ácidos grasos, así como poblaciones que igualaron y/o superaron el desempeño agronómico de los testigos. La detección de materiales de buen comportamiento agronómico y con características de calidad diferencial, demuestra el potencial genético presente en el germoplasma local, lo que permitirá su revalorización como recursos de uso directo por parte de las comunidades autóctonas y facilitará la selección preliminar para su utilización en programas de mejoramiento. Teniendo en cuenta que no existe información previa para estas variables en el germoplasma local, ni trabajos previos de selección para dichos caracteres, los resultados obtenidos proveen información valiosa para el diseño de estrategias de conservación y uso de los recursos genéticos locales.