El mapeo cuantitativo de loci de rasgos o mapeo de QTL es el proceso de identificar regiones genómicas que potencialmente contienen genes responsables de caracteres económicos, de salud o ambientales importantes. El mapeo de QTL es una actividad importante que los fitomejoradores y genetistas utilizan rutinariamente para asociar genes causales potenciales con fenotipos de interés. El mapeo de QTL basado en familias es una variante del mapeo de QTL en la que se utilizan múltiples familias.
La información genealógica incluye información sobre la ascendencia. Llevar registros genealógicos es una tradición que tiene siglos de antigüedad. Los pedigríes también se pueden verificar utilizando datos de marcadores genéticos. [ cita requerida ]
El método se ha analizado en el contexto del mejoramiento de poblaciones vegetales . [1] Los criadores de plantas llevan registros de pedigrí y la selección basada en pedigrí es popular en varias especies de plantas. Los pedigríes de las plantas son diferentes a los de los humanos, en particular porque las plantas son hermafroditas : un individuo puede ser macho o hembra y el apareamiento puede realizarse en combinaciones aleatorias, con ciclos de endogamia. Además, los pedigríes de las plantas pueden contener "auto-genes", es decir, descendientes resultantes de la autopolinización de una planta. [ cita requerida ]
Ejemplo de SÍMBOLO DE CRUZ SIMPLE / cruz de primer orden SON 64/KLRE //, segundo orden cruzado IR 64/KLRE // CIAN0 /3/, cruz de tercer orden TOBS /3/ SON 64/KLRE // CIAN0 /4/, cruz de cuarto orden TOBS /3/ SON 64/KLRE // CIAN0 /4/ VER /n/, cruz de orden n SÍMBOLO DE LA CRUZ TRASERA *nn número de veces que se utilizó el padre retrocruzado símbolo de cruz simple del lado izquierdo, El progenitor cruzado posterior es la hembra, lado derecho – masculino, Ejemplo: VER/3*ANE, TOBS*6/CIAN0
La idea del mapeo de QTL basado en la familia proviene de la herencia de alelos marcadores y su asociación con el rasgo de interés [1] ha demostrado cómo utilizar la asociación basada en la familia en familias de mejoramiento de plantas.
Las poblaciones de mapeo tradicionales incluyen una sola familia que consiste en el cruce entre dos o tres padres, a menudo distantemente relacionados. Existen algunas limitaciones importantes asociadas con los métodos de mapeo tradicionales. Algunas de las cuales incluyen tasas de polimorfismo limitadas y ninguna indicación de la efectividad de los marcadores en múltiples antecedentes genéticos. A menudo, para cuando se desarrolla y mapea una población de mapeo de QTL, los criadores han introgresado el nuevo QTL utilizando métodos tradicionales de mejoramiento y selección. Esto puede reducir la utilidad de MAS (selección asistida por marcadores) dentro de los programas de mejoramiento en el momento en que MAS podría ser más útil (es decir, poco después de que se identifiquen nuevos QTL). [2] El mapeo de QTL basado en familias elimina esta limitación al usar familias de mejoramiento de plantas existentes.
En términos generales, hay tres clases de diseños de estudio: diseños de estudio en los que se toman muestras de grandes grupos de parientes de familias extensas o nucleares, diseños de estudio en los que se toman muestras de pares de parientes (por ejemplo, pares de hermanos) o diseños de estudio en los que se toman muestras de individuos no relacionados. [ cita requerida ]
La recolección natural de individuos (considerados no relacionados) con pedigrí desconocido constituye poblaciones de mapeo. La técnica de mapeo de asociación basada en poblaciones se basa en este tipo de poblaciones. En el contexto de las plantas, es difícil encontrar poblaciones de este tipo, ya que la mayoría de los individuos están relacionados de alguna manera. Otra desventaja de este método es que, incluso si podemos encontrar una población de este tipo, es difícil encontrar una frecuencia alélica alta para el alelo de interés (generalmente mutante) en tal situación. Con el propósito de crear un equilibrio en la frecuencia alélica, generalmente se realizan estudios de casos y controles.
Este diseño incluye un par de hermanos de varias familias independientes. Los miembros de cada par de hermanos no se eligen al azar; a menudo, ambos hermanos se eligen de una cola (superior o inferior) de la distribución del QT (hermanos concordantes) o un hermano se elige de la cola superior y el otro de la cola inferior (hermanos discordantes). Otro diseño de muestreo podría incluir un par de hermanos, uno elegido de la cola superior o inferior de la distribución y el otro elegido al azar de entre los hermanos restantes.
Los tríos incluyen a los padres y una cría (la más afectada). Los tríos se utilizan con más frecuencia en estudios de asociación. El concepto de mapeo de asociación indica que cada trío no está relacionado, pero que los tríos están relacionados en sí mismos.
La familia nuclear está formada por un pedigrí familiar simple de dos generaciones.
En el pedigrí extendido se incluye el pedigrí de varias generaciones. Puede ser tan profundo o tan amplio como la información del pedigrí esté disponible. Los pedigríes extendidos son atractivos para el análisis basado en ligamientos .
El análisis de ligamiento y asociación son herramientas primarias para el descubrimiento, localización y análisis funcional de genes. [3] [4] Si bien los fundamentos conceptuales de estos enfoques se conocen desde hace mucho tiempo, los avances en las últimas décadas en genética molecular , el desarrollo de algoritmos eficientes y la potencia informática han permitido la aplicación a gran escala de estos métodos. Mientras que los estudios de ligamiento buscan identificar loci cosegregados con el rasgo dentro de las familias, los estudios de asociación buscan identificar variantes particulares que están asociadas con el fenotipo a nivel de población. Estos son métodos complementarios que, juntos, proporcionan medios para investigar el genoma y describir la etiología de rasgos complejos . En los estudios de ligamiento, buscamos identificar los loci que cosegregan con una región genómica específica, etiquetada por marcadores polimórficos, dentro de las familias. Por el contrario, en los estudios de asociación, buscamos una correlación entre una variación genética específica y la variación del rasgo en una muestra de individuos, lo que implica un papel causal de la variante.
El ligamiento genético es el fenómeno por el cual los alelos en diferentes loci se cosegregan en familias. La fuerza de la cosegregación se mide por la fracción de recombinación θ, la probabilidad de un número impar de recombinación. Un pedigrí más complejo proporciona mayor potencia. La estimación de la matriz de identidad por descendencia (IBD) es un componente central en el mapeo de loci de rasgos cuantitativos (QTL) utilizando modelos de componentes de varianza. Los alelos tienen identidad por tipo (IBT) cuando tienen el mismo efecto fenotípico. Los alelos que son idénticos por tipo se dividen en dos grupos: los que son idénticos por descendencia (IBD) porque surgieron del mismo alelo en una generación anterior; y los que no son idénticos por descendencia (NIBD) o idénticos por estado (IBS) porque surgieron de mutaciones separadas. Las parejas de padres e hijos comparten el 50% de sus genes IBD, y los gemelos monocigóticos comparten el 100% IBD. Lo que es relevante en el análisis de ligamiento es la herencia (o coinherencia) de alelos en loci adyacentes; por lo tanto, es de importancia crítica determinar si los alelos son idénticos por descendencia (es decir, copias de los mismos alelos parentales) o solo idénticos por estado (es decir, parecen iguales, pero derivan de dos copias diferentes de alelos). Por lo tanto, existen tres categorías de análisis de ligamiento basado en la familia: fuertemente modelado (el modelo de puntuación lod tradicional), débilmente basado en modelos (métodos de componentes de varianza) o libre de modelos. Los métodos de componentes de varianza pueden considerarse híbridos.
El desequilibrio de ligamiento (LD) y el mapeo de asociaciones están recibiendo considerable atención en la comunidad de genética vegetal por su potencial para utilizar colecciones de recursos genéticos existentes para mapear con precisión loci de rasgos cuantitativos (QTL), validar genes candidatos e identificar alelos de interés (Yu y Buckler, 2006). Los tres elementos de particular importancia para realizar el mapeo de asociaciones o interpretar los resultados incluyen:
A diferencia de la asociación basada en la población, las pruebas de asociación basadas en la familia están volviéndose más populares.
La prueba de Trans-disequilibirum (TDT) basada en la familia ha ganado una amplia popularidad en los últimos años, [ cita requerida ] este método también se centra en los alelos transmitidos a la descendencia afectada, pero está formulado para tener en cuenta tanto el ligamiento como el desequilibrio que subyacen a la asociación. La prueba requiere información sobre el genotipo de tres individuos, es decir, el niño afectado y ambos padres biológicos; y al menos uno de los padres debe ser heterocigoto para que la prueba sea informativa. La estadística de prueba propuesta es en realidad la estadística de chi-cuadrado de McNemar y prueba la hipótesis nula de que el alelo asociado a la enfermedad putativa se transmite el 50% del tiempo de los padres heterogigotos contra la hipótesis alternativa de que el alelo asociado al rasgo positivo se transmitirá con mayor frecuencia. La TDT no se ve afectada por la estratificación y la mezcla de la población. El concepto de prueba de asociación basada en la familia se ha extendido a los rasgos cuantitativos.
La TDT se ha ampliado en el contexto de rasgos cuantitativos y familias de pedigrí nuclear o extendido. La prueba generalizada permite utilizar cualquier tipo de familia en las pruebas. La QTDT también se ha ampliado al mapeo de asociaciones basado en haplotipos. Los haplotipos se refieren a combinaciones de alelos marcadores que se encuentran muy cerca unos de otros en el mismo cromosoma y que tienden a heredarse juntos. Con la disponibilidad de marcadores de SNP de alta densidad, los haplotipos desempeñan un papel importante en los estudios de asociación. En primer lugar, los haplotipos son fundamentales para comprender el patrón de LD en todo el genoma, lo que es esencial para los estudios de asociación. En realidad, no hay mejor manera de comprender el patrón de LD que conocer los propios haplotipos. Los haplotipos nos dicen cómo se organizan los alelos a lo largo del cromosoma y reflejan el patrón de herencia a lo largo de las evaluaciones. En segundo lugar, los métodos basados en haplotipos pueden ser más potentes que los basados en marcadores individuales en los estudios de asociación de mapeo de genes de rasgos complejos.
Hay varios programas de dibujo de pedigrí disponibles para el contexto de la genética humana, como COPE (COllaborative Pedigree drawing Environment), CYRILLIC, FTM (Family Tree Maker), FTREE, KINDRED, PED (PEdigree Drawing software), PEDHUNTER, PEDIGRAPH, PEDIGREE/DRAW, PEDIGREE-VISUALIZER, PEDPLOT, PEDRAW/WPEDRAW (Pedigree Drawing/ Window Pedigree Drawing (versión MS-Window y X-Window de PEDRAW)), PROGENY (Progeny Software, LLC), etc. Sin embargo, el dibujo de pedigrí en plantas requiere algunas características adicionales, como endogamia, autofecundación, mutación, poliploidía, etc., que son compatibles con Pedimap. El pedimap se puede utilizar para la visualización de pedigrí junto con datos de probabilidades fenotípicas, genotípicas y de IBD en todo tipo de pedigríes de plantas, tanto en diploides como en tetraploides.