Mapeo de QTL basado en familias

El mapeo de loci de rasgos cuantitativos ( QTL) es el proceso de identificar regiones genómicas que potencialmente contienen genes responsables de características importantes desde el punto de vista económico, sanitario o ambiental. El mapeo de QTL es una actividad fundamental que los fitomejoradores y genetistas utilizan habitualmente 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 datos sobre la ascendencia. Mantener registros genealógicos es una tradición centenaria. Los pedigríes también pueden verificarse mediante datos de marcadores genéticos.

El método se ha analizado en el contexto de poblaciones de mejoramiento vegetal . ^{[ 1 ]} Los mejoradores de plantas mantienen registros genealógicos y la selección basada en pedigrí es popular en varias especies vegetales. Los pedigríes de las plantas difieren de los de los humanos, especialmente 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 "autofecundaciones", es decir, descendientes resultantes de la autopolinización de una planta.

 Ejemplo de símbolo de cruz simple / primer orden cruzado SON 64/KLRE //, IR de segundo orden cruzado 64/KLRE // CIAN0 /3/, cruce de tercer orden TOBS /3/ SON 64/KLRE // CIAN0 /4/, cruce de cuarto orden TOBS /3/ SON 64/KLRE // CIAN0 /4/ VER /n/, cruz de orden n SÍMBOLO DE CRUCE HACIA ATRÁS *nn número de veces que se utilizó el progenitor del cruce hacia atrás símbolo de cruz simple del lado izquierdo, El progenitor del retrocruzamiento es la hembra, lado derecho – masculino, Ejemplo: SEE/3*ANE, TOBS*6/CIAN0

La idea del mapeo de QTL basado en familias proviene de la herencia de alelos marcadores y su asociación con el rasgo de interés ^{[ 1 ]} ha demostrado cómo utilizar la asociación basada en familias en familias de mejoramiento de plantas.

Las poblaciones de mapeo tradicionales incluyen familias únicas que consisten en cruces entre dos o tres progenitores, a menudo distantemente emparentados. Existen algunas limitaciones importantes asociadas con los métodos de mapeo tradicionales. Algunas de las cuales incluyen tasas de polimorfismo limitadas y la falta de indicación de la efectividad del marcador en múltiples fondos genéticos. A menudo, para cuando se desarrolla y mapea una población de mapeo de QTL, los mejoradores han introgresado el nuevo QTL utilizando métodos tradicionales de mejoramiento y selección. Esto puede reducir la utilidad de la MAS (selección asistida por marcadores) dentro de los programas de mejoramiento en el momento en que la MAS podría ser más útil (es decir, poco después de que se identifican nuevos QTL). ^{[ 2 ]} El mapeo de QTL basado en familias elimina esta limitación al utilizar familias de mejoramiento de plantas existentes.

En términos generales, existen 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 emparentados.

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 tiempo, los avances de las últimas décadas en genética molecular , el desarrollo de algoritmos eficientes y la capacidad de computación han permitido la aplicación a gran escala de estos métodos. Mientras que los estudios de ligamiento buscan identificar loci que cosegregan con el rasgo dentro de las familias, los estudios de asociación buscan identificar variantes particulares que están asociadas con el fenotipo a nivel poblacional. Estos son métodos complementarios que, juntos, proporcionan medios para explorar 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, marcada 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 cosegregan en familias. La fuerza de la cosegregación se mide mediante la fracción de recombinación θ, la probabilidad de un número impar de recombinaciones. 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: aquellos que son idénticos por descendencia (IBD) porque surgieron del mismo alelo en una generación anterior; y aquellos que no son idénticos por descendencia (NIBD) o idénticos por estado (IBS) porque surgieron de mutaciones separadas. Los pares padre-hijo comparten el 50% de sus genes IBD, y los gemelos monocigóticos comparten el 100% IBD. En el análisis de ligamiento genético, lo relevante es la herencia (o co-herencia) de alelos en loci adyacentes. Por lo tanto, es fundamental determinar si los alelos son idénticos por descendencia (es decir, copias de los mismos alelos parentales) o solo idénticos por estado (es decir, que parecen iguales, pero derivan de dos copias diferentes de alelos). En consecuencia, existen tres categorías de análisis de ligamiento genético basado en familias: fuertemente modelado (el modelo tradicional de puntuación LOD), débilmente modelado (métodos de componentes de varianza) o sin modelo. Los métodos de componentes de varianza pueden considerarse híbridos.

El desequilibrio de ligamiento (DL) y el mapeo de asociación están recibiendo considerable atención en la comunidad de genética vegetal por su potencial para utilizar las colecciones de recursos genéticos existentes para mapear con precisión los 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 asociación o interpretar los resultados incluyen:

1. el análisis de la estructura de la población en subgrupos,
2. su uso para controlar asociaciones y consecuencias espurias en el caso específico de selección diferencial entre subgrupos, y
3. el análisis de la estructura local del LD en haplotipos y sus consecuencias en la resolución y la aplicación del mapeo de LD (Flint-Garcia et al. 2003).

A diferencia de los estudios de asociación basados ​​en la población, las pruebas de asociación basadas en familias están ganando popularidad.

La prueba de trans-desequilibrio (TDT), basada en familias, ha ganado gran popularidad en los últimos años. Este método también se centra en los alelos transmitidos para afectar a la descendencia, pero está formulado para tener en cuenta tanto el ligamiento como el desequilibrio que subyacen a la asociación. La prueba requiere información genotípica de un trío de 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. El estadístico de prueba propuesto es en realidad el estadístico chi-cuadrado de McNemar y prueba la hipótesis nula de que el supuesto alelo asociado a la enfermedad se transmite el 50% de las veces de los padres heterocigotos frente a 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 poblacional ni la mezcla genética. El concepto de prueba de asociación basada en familias se ha extendido a rasgos cuantitativos.

La TDT se ha extendido al contexto de rasgos cuantitativos y familias nucleares o de pedigrí extendido. La prueba generalizada permite utilizar cualquier tipo de familia en las pruebas. La QTDT también se ha extendido al mapeo de asociación 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 SNP de alta densidad, los haplotipos desempeñan un papel importante en los estudios de asociación. Primero, los haplotipos son fundamentales para comprender el patrón de desequilibrio de ligamiento (LD) en todo el genoma, lo cual es esencial para los estudios de asociación. De hecho, 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. Segundo, los métodos basados ​​en haplotipos pueden ser más potentes que los basados ​​en marcadores individuales en los estudios de asociación para el mapeo de genes de rasgos complejos.

Existen varios programas informáticos para la elaboración de pedigríes en 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 para MS-Window y X-Window de PEDRAW)), PROGENY (Progeny Software, LLC), etc. Sin embargo, la elaboración de pedigríes en plantas requiere algunas características adicionales, como la endogamia, la autofecundación, la mutación, la poliploidía, etc., que son compatibles con Pedimap . Pedimap se puede utilizar para la visualización de pedigríes junto con datos fenotípicos, genotípicos y de probabilidades ibd en todo tipo de pedigríes de plantas, tanto diploides como tetraploides.

• Cría de animales
• Asociación genética
• Selección asistida por marcadores
• Marcadores moleculares
• Mapeo de asociaciones anidadas
• Mejoramiento fisiológico y molecular del trigo

• Yu J, Buckler ES (2006) "Mapeo de asociación genética y organización del genoma del maíz". Curr Opin Biotechnol 17:155–160
• Flint-Garcia S, Thornsberry JM, Buckler ESIV (2003) "Estructura del desequilibrio de ligamiento en plantas". Annu Rev Plant Biol 54:357–374