La selección asistida por marcadores o selección asistida por marcadores ( MAS ) es un proceso de selección indirecta donde un rasgo de interés se selecciona en función de un marcador ( variación morfológica , bioquímica o de ADN / ARN ) vinculado a un rasgo de interés (por ejemplo, productividad, resistencia a enfermedades, tolerancia al estrés abiótico y calidad), en lugar de en el rasgo en sí. [1] [2] [3] [4] [5] Este proceso ha sido ampliamente investigado y propuesto para el mejoramiento de plantas y animales . [5]
Por ejemplo, el uso de MAS para seleccionar individuos con resistencia a enfermedades implica la identificación de un alelo marcador que esté vinculado con la resistencia a enfermedades en lugar del nivel de resistencia a enfermedades. Se supone que el marcador se asocia con alta frecuencia con el gen o el locus de rasgo cuantitativo (QTL) de interés, debido al vínculo genético (proximidad, en el cromosoma, del locus marcador y el locus determinante de la resistencia a enfermedades). MAS puede ser útil para seleccionar rasgos que son difíciles o costosos de medir, presentan baja heredabilidad y/o se expresan en etapas tardías del desarrollo. En ciertos puntos del proceso de crianza, los especímenes se examinan para garantizar que expresen el rasgo deseado.
La mayoría de los trabajos de MAS en la era actual utilizan marcadores basados en ADN. [5] Sin embargo, los primeros marcadores que permitieron la selección indirecta de un rasgo de interés fueron los marcadores morfológicos. En 1923, Karl Sax informó por primera vez la asociación de un marcador genético de herencia simple con un rasgo cuantitativo en plantas cuando observó la segregación del tamaño de la semilla asociada con la segregación de un marcador de color de la cubierta de la semilla en frijoles ( Phaseolus vulgaris L.). [6] En 1935, J. Rasmusson demostró la vinculación del tiempo de floración (un rasgo cuantitativo) en guisantes con un gen de herencia simple para el color de la flor. [7]
Los marcadores pueden ser:
Los siguientes términos son generalmente menos relevantes para las discusiones sobre MAS en el mejoramiento de plantas y animales, pero son muy relevantes en la investigación de biología molecular:
Se puede hacer una distinción entre marcadores seleccionables (que eliminan ciertos genotipos de la población) y marcadores de detección (que hacen que ciertos genotipos sean fácilmente identificables, momento en el cual el experimentador debe "puntuar" o evaluar la población y actuar para retener los genotipos preferidos). La mayoría de los MAS utilizan marcadores de detección en lugar de marcadores de selección.
El gen de interés causa directamente la producción de proteínas o ARN que producen un rasgo o fenotipo deseado, mientras que los marcadores (una secuencia de ADN o los marcadores morfológicos o bioquímicos producidos debido a ese ADN) están genéticamente vinculados al gen de interés. El gen de interés y el marcador tienden a moverse juntos durante la segregación de gametos debido a su proximidad en el mismo cromosoma y la reducción concomitante en la recombinación (eventos de cruce de cromosomas) entre el marcador y el gen de interés. Para algunos rasgos, se ha descubierto el gen de interés y la presencia de alelos deseables se puede analizar directamente con un alto nivel de confianza. Sin embargo, si no se conoce el gen de interés, los marcadores vinculados al gen de interés aún se pueden utilizar para seleccionar individuos con alelos deseables del gen de interés. Cuando se utilizan marcadores, puede haber algunos resultados inexactos debido a pruebas inexactas para el marcador. También puede haber resultados falsos positivos cuando se utilizan marcadores, debido a la recombinación entre el marcador de interés y el gen (o QTL). Un marcador perfecto no produciría resultados falsos positivos. El término "marcador perfecto" se utiliza a veces cuando se realizan pruebas para detectar un SNP u otro polimorfismo de ADN en el gen de interés, si ese SNP u otro polimorfismo es la causa directa del rasgo de interés. El término "marcador" sigue siendo adecuado para su uso cuando se analiza directamente el gen de interés, porque la prueba del genotipo es una prueba indirecta del rasgo o fenotipo de interés. [ cita requerida ]
Un marcador ideal:
Los marcadores morfológicos están asociados a varios déficits generales que reducen su utilidad, entre ellos:
Para evitar problemas específicos de los marcadores morfológicos, se han desarrollado marcadores basados en ADN. Son altamente polimórficos , presentan una herencia simple (a menudo codominante), son abundantes en todo el genoma, son fáciles y rápidos de detectar, muestran efectos pleiotrópicos mínimos y su detección no depende de la etapa de desarrollo del organismo. Se han mapeado numerosos marcadores en diferentes cromosomas en varios cultivos, incluidos el arroz, el trigo, el maíz, la soja y varios otros, y en ganado como vacas, cerdos y pollos. Esos marcadores se han utilizado en análisis de diversidad, detección de paternidad, huellas de ADN y predicción del rendimiento de los híbridos. Los marcadores moleculares son útiles en procesos de selección indirecta, lo que permite la selección manual de individuos para una mayor propagación.
Los 'genes principales' que son responsables de características económicamente importantes son frecuentes en el reino vegetal. Dichas características incluyen resistencia a enfermedades, esterilidad masculina, [12] autoincompatibilidad y otras relacionadas con la forma, el color y la arquitectura de plantas enteras y a menudo son de naturaleza mono u oligogénica. Los loci marcadores que están estrechamente vinculados a los genes principales se pueden utilizar para la selección y, a veces, son más eficientes que la selección directa para el gen objetivo. Dichas ventajas en eficiencia pueden deberse, por ejemplo, a una mayor expresión del ARNm marcador en los casos en que el marcador es en sí mismo un gen. Alternativamente, en los casos en que el gen objetivo de interés difiere entre dos alelos por un polimorfismo de un solo nucleótido difícil de detectar , un marcador externo (ya sea otro gen o un polimorfismo que sea más fácil de detectar, como una repetición corta en tándem ) puede presentarse como la opción más realista.
Existen varias indicaciones para el uso de marcadores moleculares en la selección de un rasgo genético.
Situaciones como:
El costo de la genotipificación (por ejemplo, los ensayos de marcadores moleculares necesarios aquí) está disminuyendo, lo que aumenta el atractivo de la MAS a medida que continúa el desarrollo de la tecnología. (Además, el costo de la fenotipificación realizada por un ser humano es una carga laboral , que es más alta en un país desarrollado y aumenta en un país en desarrollo).
Generalmente, el primer paso es mapear el gen o el locus de rasgo cuantitativo (QTL) de interés primero utilizando diferentes técnicas y luego utilizando esta información para la selección asistida por marcadores. Generalmente, los marcadores a utilizar deben estar cerca del gen de interés (<5 unidades de recombinación o cM) para asegurar que solo una fracción menor de los individuos seleccionados serán recombinantes. Generalmente, no solo se utilizan un solo marcador sino dos marcadores para reducir las posibilidades de un error debido a la recombinación homóloga. Por ejemplo, si se utilizan dos marcadores flanqueantes al mismo tiempo con un intervalo entre ellos de aproximadamente 20 cM, existe una mayor probabilidad (99%) de recuperación del gen objetivo.
En las plantas, el mapeo de QTL se logra generalmente utilizando poblaciones cruzadas biparentales; se desarrolla un cruce entre dos progenitores que tienen un fenotipo contrastante para el rasgo de interés. Las poblaciones que se utilizan comúnmente son las líneas casi isogénicas (NIL), las líneas endogámicas recombinantes (RIL), los haploides dobles (DH), el retrocruzamiento y la F 2 . El ligamiento entre el fenotipo y los marcadores que ya se han mapeado se prueba en estas poblaciones para determinar la posición del QTL. Estas técnicas se basan en el ligamiento y, por lo tanto, se denominan " mapeo de ligamiento ".
A diferencia del mapeo de QTL de dos pasos y el MAS, se ha desarrollado un método de un solo paso para mejorar poblaciones de plantas típicas. [13] [14]
En este enfoque, en los primeros ciclos de crianza, los marcadores vinculados al rasgo de interés se identifican mediante el mapeo de QTL y luego se utiliza la misma información en la misma población. En este enfoque, la estructura del pedigrí se crea a partir de familias que se crean cruzando varios progenitores (en cruces de tres o cuatro vías). Tanto la fenotipificación como la genotipificación se realizan utilizando marcadores moleculares mapeados en la posible ubicación del QTL de interés. Esto identificará los marcadores y sus alelos favorables. Una vez que se identifican estos alelos marcadores favorables, se aumentará la frecuencia de dichos alelos y se estimará la respuesta a la selección asistida por marcadores. El o los alelos marcadores con el efecto deseado se utilizarán en el próximo ciclo de selección u otros experimentos.
Recientemente se han desarrollado técnicas de genotipado de alto rendimiento que permiten la selección asistida por marcadores de muchos genotipos. Esto ayudará a los criadores a pasar de la cría tradicional a la selección asistida por marcadores. Un ejemplo de dicha automatización es el uso de robots de aislamiento de ADN, electroforesis capilar y robots de pipeteo.
Un ejemplo reciente de sistema capilar es el analizador genético 3130 de Applied Biosystems. Se trata de la última generación de instrumentos de electroforesis de 4 capilares para laboratorios de bajo a medio rendimiento.
Se necesita un MAS de alto rendimiento para el mejoramiento de cultivos porque las técnicas actuales no son rentables. Se han desarrollado matrices para arroz por Masouleh et al 2009; trigo por Berard et al 2009, Bernardo et al 2015 y Rasheed et al 2016; legumbres por Varshney et al 2016; y varios otros cultivos, pero todos ellos también tienen problemas con la personalización, el costo, la flexibilidad y los costos de los equipos. [15]
Se requieren un mínimo de cinco o seis generaciones de retrocruzamiento para transferir un gen de interés de un donante (puede no estar adaptado) a un receptor (recurrente: cultivar adaptado). La recuperación del genotipo recurrente se puede acelerar con el uso de marcadores moleculares. Si la F1 es heterocigota para el locus marcador , los individuos con el alelo o los alelos parentales recurrentes en el locus marcador en la primera o posteriores generaciones de retrocruzamiento también portarán un cromosoma marcado por el marcador.
Se ha propuesto y aplicado la piramidación de genes para mejorar la resistencia a enfermedades e insectos mediante la selección de dos o más genes a la vez. Por ejemplo, en el arroz se han desarrollado pirámides de este tipo contra el tizón y el añublo bacteriano. La ventaja del uso de marcadores en este caso permite seleccionar marcadores ligados a alelos QTL que tienen el mismo efecto fenotípico.
El MAS también ha demostrado ser útil para la mejora del ganado . [16]
Existe un esfuerzo coordinado para implementar la selección asistida por marcadores de trigo ( Triticum turgidum y trigo común ( Triticum aestivum )) en los EE. UU., así como un recurso para la selección asistida por marcadores en el sitio web del CAP (Proyecto Agrícola Coordinado) de Trigo.
{{cite journal}}: CS1 maint: DOI inactivo a partir de noviembre de 2024 ( enlace )