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Marcador molecular

En biología molecular y otros campos, un marcador molecular es una molécula , extraída de alguna fuente, que proporciona información sobre su origen. Por ejemplo, el ADN es un marcador molecular que proporciona información sobre el organismo del que se ha extraído. Por ejemplo, algunas proteínas pueden ser marcadores moleculares de la enfermedad de Alzheimer en una persona de la que se han extraído. [1] Los marcadores moleculares pueden ser no biológicos. Los marcadores no biológicos se utilizan a menudo en estudios medioambientales . [2]

Marcadores genéticos

En genética, un marcador molecular (identificado como marcador genético ) es un fragmento de ADN que está asociado con una determinada ubicación dentro del genoma . Los marcadores moleculares se utilizan en biología molecular y biotecnología para identificar una secuencia particular de ADN en un conjunto de ADN desconocido.

Tipos de marcadores genéticos

Existen muchos tipos de marcadores genéticos, cada uno con sus propias limitaciones y fortalezas. Dentro de los marcadores genéticos hay tres categorías diferentes: "Marcadores de primera generación", "Marcadores de segunda generación" y "Marcadores de nueva generación". [3] Estos tipos de marcadores también pueden identificar dominancia y codominancia dentro del genoma. [4] Identificar dominancia y codominancia con un marcador puede ayudar a distinguir heterocigotos de homocigotos dentro del organismo. Los marcadores codominantes son más beneficiosos porque identifican más de un alelo, lo que permite a alguien seguir un rasgo particular a través de técnicas de mapeo. Estos marcadores permiten la amplificación de una secuencia particular dentro del genoma para comparación y análisis.

Los marcadores moleculares son eficaces porque identifican una gran cantidad de vínculos genéticos entre ubicaciones identificables dentro de un cromosoma y pueden repetirse para su verificación. Pueden identificar pequeños cambios dentro de la población mapeada, lo que permite distinguir entre especies mapeadas, lo que permite la segregación de rasgos e identidad. Identifican ubicaciones particulares en un cromosoma, lo que permite la creación de mapas físicos. Por último, pueden identificar cuántos alelos tiene un organismo para un rasgo particular (bialélico o polialélico). [5]

Como se mencionó, los marcadores genómicos tienen fortalezas y debilidades particulares, por lo que es necesario considerarlos y conocerlos antes de usarlos. Por ejemplo, un marcador RAPD es dominante (identifica solo una banda de distinción) y puede ser sensible a resultados reproducibles. Esto se debe típicamente a las condiciones en las que se produjo. Los RAPD también se utilizan bajo el supuesto de que dos muestras comparten un mismo locus cuando se produce una muestra. [4] Diferentes marcadores también pueden requerir diferentes cantidades de ADN. Los RAPD pueden necesitar solo 0,02 ug de ADN, mientras que un marcador RFLP puede requerir 10 ug de ADN extraído de él para producir resultados identificables. [6] Actualmente, los marcadores SNP han resultado ser una herramienta potencial en programas de mejoramiento en varios cultivos. [7]

Mapeo de marcadores genéticos

El mapeo molecular ayuda a identificar la ubicación de marcadores particulares dentro del genoma. Hay dos tipos de mapas que pueden crearse para el análisis de material genético. En primer lugar, está el mapa físico, que ayuda a identificar la ubicación de dónde se encuentra usted en un cromosoma, así como en qué cromosoma se encuentra. En segundo lugar, está el mapa de ligamiento, que identifica cómo genes particulares están ligados a otros genes en un cromosoma. Este mapa de ligamiento puede identificar distancias de otros genes utilizando (cM) centiMorgans como unidad de medida. Los marcadores codominantes pueden usarse en el mapeo, para identificar ubicaciones particulares dentro de un genoma y pueden representar diferencias en el fenotipo. [8] El ligamiento de marcadores puede ayudar a identificar polimorfismos particulares dentro del genoma. Estos polimorfismos indican cambios leves dentro del genoma que pueden presentar sustituciones de nucleótidos o reordenamiento de la secuencia. [9] Al desarrollar un mapa, es beneficioso identificar varias distinciones polimórficas entre dos especies, así como identificar secuencias similares entre dos especies.

Aplicación en ciencias vegetales

Al utilizar marcadores moleculares para estudiar la genética de un cultivo en particular, se debe recordar que los marcadores tienen restricciones. Primero se debe evaluar cuál es la variabilidad genética dentro del organismo en estudio. Analizar cuán identificable es una secuencia genómica particular, cerca o en genes candidatos. Se pueden crear mapas para determinar distancias entre genes y diferenciación entre especies. [10]

Los marcadores genéticos pueden ayudar en el desarrollo de nuevos rasgos novedosos que pueden ser puestos en producción en masa. Estos nuevos rasgos pueden ser identificados usando marcadores moleculares y mapas. Rasgos particulares como el color, pueden ser controlados por sólo unos pocos genes. Rasgos cualitativos (requieren menos de 2 genes) como el color, pueden ser identificados usando MAS (selección asistida por marcadores). Una vez que se encuentra un marcador deseado, es posible seguirlo dentro de diferentes generaciones filiales. Un marcador identificable puede ayudar a seguir rasgos particulares de interés cuando se cruzan entre diferentes géneros o especies, con la esperanza de transferir rasgos particulares a la descendencia.

Un ejemplo de uso de marcadores moleculares para identificar un rasgo particular dentro de una planta es la fusariosis de la espiga en el trigo. La fusariosis de la espiga puede ser una enfermedad devastadora en los cultivos de cereales, pero ciertas variedades o descendientes pueden ser resistentes a la enfermedad. Esta resistencia se infiere por un gen particular que se puede seguir utilizando MAS (selección asistida por marcadores) y QTL (loci cuantitativos de rasgos). [11] Los QTL identifican variantes particulares dentro de fenotipos o rasgos y, por lo general, identifican dónde se encuentra el GOI (gen de interés). Una vez que se ha realizado el cruce, se puede tomar una muestra de la descendencia y evaluarla para determinar qué descendencia heredó los rasgos y cuál no. Este tipo de selección se está volviendo más beneficioso para los criadores y agricultores porque está reduciendo la cantidad de herbicidas, fungicidas e insecticidas que se necesitan utilizar en los cultivos. [11] Otra forma de insertar un GOI es a través de la transmisión mecánica o bacteriana. Esto es más difícil, pero puede ahorrar tiempo y dinero.

Aplicaciones de los marcadores en la mejora genética de cereales

  1. Evaluación de la variabilidad de las diferencias y características genéticas dentro de una especie.
  2. Identificación y huella genética de genotipos.
  3. Estimación de distancias genéticas entre especies y descendencia.
  4. Identificación de la ubicación de los QTL.
  5. Identificación de secuencia de ADN a partir de genes candidatos útiles. [11]

Aplicaciones de los marcadores en la acuicultura

  1. Identificación de especies.
  2. Estudio de la variación genética y estructura poblacional en poblaciones naturales.
  3. Comparación entre poblaciones silvestres y de criadero.
  4. Evaluación de cuellos de botella demográficos en poblaciones naturales.
  5. Crianza asistida por marcadores.

Marcadores bioquímicos

Los marcadores bioquímicos son generalmente marcadores proteicos. Estos se basan en el cambio en la secuencia de aminoácidos en una molécula de proteína. El marcador proteico más importante es la aloenzima . Las aloenzimas son formas variantes de una enzima que están codificadas por diferentes alelos en el mismo locus y estas aloenzimas difieren de una especie a otra. Por lo tanto, para detectar la variación se utilizan aloenzimas. Estos marcadores son marcadores de tipo i.

Ventajas:

Desventajas:

Aplicaciones:

Véase también

Referencias

  1. ^ Choe, Leila H.; Dutt, Michael J.; Relkin, Norman; Lee, Kelvin H. (23 de julio de 2002). "Estudios de posibles marcadores moleculares del líquido cefalorraquídeo para la enfermedad de Alzheimer". Electroforesis . 23 (14): 2247–2251. doi :10.1002/1522-2683(200207)23:14<2247::aid-elps2247>3.0.co;2-m. PMID  12210229. S2CID  29462550.
  2. ^ Fraser, MP; Yue, ZW; Buzcu, B. (mayo de 2003). "Distribución de fuentes de material particulado fino en Houston, TX, utilizando marcadores moleculares orgánicos". Atmospheric Environment . 37 (15): 2117–2123. Bibcode :2003AtmEn..37.2117F. doi :10.1016/S1352-2310(03)00075-X.
  3. ^ Maheswaran, M. (2004). "Marcadores moleculares: historia, características y aplicaciones". Departamento de Biología Molecular y Biotecnología Vegetal .
  4. ^ ab "Marcadores moleculares tradicionales - eXtension". articles.extension.org . Consultado el 13 de diciembre de 2015 .
  5. ^ Maheswaran, M. (agosto de 2014). "Marcadores moleculares: historia, características y aplicaciones". Advanced Biotech .
  6. ^ "Mejora molecular y selección asistida por marcadores". Servicio internacional para la adquisición de aplicaciones agrobiotecnológicas . ISAAA . Consultado el 12 de diciembre de 2015 .
  7. ^ Contreras-Soto RI, Mora F, de Oliveira MAR, Higashi W, Scapim CA, Schuster I ( (2017). "Un estudio de asociación de todo el genoma para caracteres agronómicos en soja utilizando marcadores SNP y análisis de haplotipos basado en SNP". PLOS ONE . ​​12 (2): 1–22. Bibcode :2017PLoSO..1271105C. doi : 10.1371/journal.pone.0171105 . PMC 5289539 . PMID  28152092 – vía Web of Sciences. {{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  8. ^ Griffiths, Anthony JF; Miller, Jeffrey H.; Suzuki, David T.; Lewontin, Richard C.; Gelbart, William M. (1 de enero de 2000). "Mapeo con marcadores moleculares". {{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda )
  9. ^ "Mapas de enlaces moleculares". forages.oregonstate.edu . Consultado el 13 de diciembre de 2015 .
  10. ^ "Cría molecular y selección asistida por marcadores". Servicio Internacional para la Adquisición de Aplicaciones Agrobiotecnológicas . ISAAA . Consultado el 12 de diciembre de 2015 .
  11. ^ abc Korzun, Viktor. "Marcadores moleculares y sus aplicaciones en el mejoramiento de cereales" (PDF) . Sesión I: MAS en plantas . Consultado el 12 de diciembre de 2015 .