Técnicas para la detección de QTLs
Enviado por Mireya Sanchez • 2 de Enero de 2019 • Trabajo • 1.918 Palabras (8 Páginas) • 263 Visitas
Técnicas para la detección de QTLs
Mireya Sánchez Ibáñez
3ºBioquímica | Biotecnología Animal | 2016
Repaso de las principales técnicas para la identificación de genes con un efecto sobre caracteres complejos o cuantitativos (QTL): estudios de ligamiento y asociación.
Introducción[pic 1]
Los QTLs (Quantitative traits loci) son los locis que controlan caracteres cuantitativos. Un carácter cuantitativo es aquél cuya expresión se ve afectada por más de un gen (poligénico) con influencia del ambiente, mostrando así una variación fenotípica continua (Figura 1). Estos nos indica que raramente hay una relación directa entre genotipo y fenotipo pues significaría que el ambiente no influye y que toda la variabilidad esté explicada por un solo gen.
[pic 2]
Figura 1. Ecuaciones estadísticas que expresan cómo el fenotipo se ve afectado tanto por factores ambientales como genéticos. No incluyen posibles efectos de epistasia (interacción entre los locis). El problema con estas fórmulas es que son difíciles de establecer, no tenemos toda la información necesaria. Si fuese así, sería fácil en principio estimar e identificar los efectos genéticos. (A) Un solo loci (B) Varios locis.[pic 3]
Por lo tanto, la detección de QTLs tiene una gran importancia en el campo de la biotecnología por su interés económico, específicamente en la biotecnología animal, donde se buscan caracteres que van desde crecimiento, fertilidad, cantidad, calidad de la carne, … [pic 4]
Diseños experimentales para la detección de QTL
- Diseños de cruzamientos:
- El cruce F2 entre dos líneas divergentes para el/los caracteres estudiados, donde los animales F1 (todos supuestamente heterocigotos para el QTL) son cruzados entre sí para generar la F2.
- Ventaja: Polivalencia.
- El retrocruce o backcross (RC), en el que la segunda generación se obtiene del cruzamiento de los animales F1 con una de las líneas parentales (Figura 2).
- Ventaja: Mayor detección y un mayor poder de resolución para QTL específicos.
[pic 5] | Figura 2. Ejemplo de retrocruzamiento. Se muestran dos cepas puras que difieren en el rasgo de interés (los números de los ratones indican valores de fenotipo). Las dos cepas se cruzan para producir la generación F, que luego se cruza nuevamente con una de las cepas parentales para obtener la generación de retrocruzamiento, la cual muestra variación genética. |
Limitaciones de los diseños de cruzamientos:
- Asumen que las dos líneas parentales tienen fijados alelos alternativos para el QTL.
- Al generar la segregación por cruzamiento es posible que los QTL detectados no estén segregando en las poblaciones comerciales.
- Es costoso.
- Diseños de familias:
- El diseño de medio hermanos, donde se analiza la presencia de QTL a partir de las diferencias fenotípicas entre los grupos de descendientes (medio-hermanos entre ellos) que han heredado alelos alternativos de un padre común heterocigoto para el/los marcadores.
Técnicas principales (1/2)
- Análisis de ligamiento
Se trata de una técnica para acotar en la medida de los posible la posición de los loci que afecten al carácter de interés. Lo que se hace es un barrido por todo el genoma tratando de encontrar ligamiento entre el carácter de estudio y algún marcador genético, detectándose una región QTL. Para esta técnica se usan microsatélites (Figura 3) como marcadores, teniendo que tener en cuenta que:
- Podemos encontrarnos un marcador muy asociado al fenotipo, y esto puede ser debido bien porque el efecto del QTL sea muy grande o bien porque el marcador y el QTL estén muy cerca.
- No podemos estimar simultáneamente la posición y el efecto del QTL con un solo marcador, para ello necesitamos parejas de marcadores (Cartografía por intervalos, punto 1.1).
Figura 3. Microsatélites o STR (Short Tandem Repeat). Son secuencias de ADN no codificantes consistentes en nucleótidos repetidos en tándem, flanqueadas por secuencias conservadas. | [pic 6] |
- Cartografía por intervalos o Interval mapping
Se utilizan marcadores separados por una fracción de recombinación conocida o estimada previamente a la que denominaremos “r”. De esta forma QTL se encuentra a distintas fracciones de recombinación de cada marcador (o pudiese darse el caso que fuera exactamente la misma). Entonces sabiendo el genotipo de los marcadores se puede intentar dar con el genotipo para el QTL. Modificando la ecuación vista en la Introducción con esta información obtenemos la ecuación de la Figura 4, para así con ella buscar la máxima verosimilitud y testar si es significativo porque eso demostraría que hemos localizado un QTL para el carácter que queremos en esa zona.
[pic 7] [pic 8] |
Figura 4. Ecuación estadística de la Figura 2 (B) modificada para introducir la incertidumbre en el conocimiento de cada genotipo. |
Esto es reflejado por LOD-score, el logaritmo en base 10 de la probabilidad de haber obtenido los datos observados con y sin el QTL en el modelo (Figura 5).
[pic 9] | Figura 5. Representación LOD-score. La curva continua representa la distribicuión de la puntuación LOD en una posición genómica particular y la curva de trazos por su parte se trata de la puntuación máxima LOD a partir de una exploración del genoma. Se dispone de un umbral de significatividad para que las regiones cromosómicas que lo superen indiquen una asociación con el QTL. |
Los diseños de cruzamientos son bastante potentes y dan fórmulas aproximadas para calcular esta potencia. El número de individuos necesarios para ello se duplica si el diseño es de retrocruzamiento (volver a mirar Figura 2 para recordar).
En comparación a la búsqueda de QTL usando un solo marcador este proceso ofrece más ventajas, pero, como cualquiera técnica, tiene desventajas (Tabla 1).
Ventajas | Desventajas |
Tiene en cuenta datos que faltan Interpola las posiciones entre los marcadores Proporciona una estimación más precisa del efecto QTL | Computación intensa Depende de un mapa genético de buena calidad |
Tabla 1. Ventajas y desventajas de la técnica de análisis de ligamiento denominada cartografía por intervalos. |
Pero el análisis de ligamiento tiene como principal limitación baja precisión, no puede ir más allá de ordenes menores de 20 centimorgans entre marcadores. Por ello con esta técnica nunca se genotipa ordenes más bajos de 5 centimorgans entre marcadores.
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