Mejorando la Robustez Porcina a través de la Información Genética Maria Ballester Devis Programa Genética y Mejora Animal maria.ballester@irta.cat www.immupigen.com
@MariaBalDev
1. Introducción
• Información Genómica • Selección Genética y Marcadores de Robustez y Resistencia a Enfermedades
2. Caracteres de Inmunocompetencia • Resultados Proyectos
y
3. Conclusiones y Perspectivas Pregunta al ponente: porciforum.info
Introducción
De los genes a los genomas...
Collins et al. Nature, vol 422, pp.6934, 2003
1953
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Introducción
De los genes a los genomas...
1977
Collins et al. Nature, vol 422, pp.6934, 2003
1985
Pregunta al ponente: porciforum.info
De los genes a los genomas...
Genómica: Estudio del
contenido, organización, función y evolución de la información genética en un genoma completo
Collins et al. Nature, vol 422, pp.6934, 2003
2004. Secuencia Completa: 20.000-25.000 genes codificantes
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Tecnologías de secuenciación del ADN Next generation sequencing technologies
Pregunta al ponente: porciforum.info
Tecnologías de secuenciación del ADN Next generation sequencing technologies
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Variación Genética • SNP • Indel
• Variación estructural
www.ebi.ac.uk
Variación Genética SNP
Fuente más abundante de variación genética Distribuidos cada 75 - 100 pb Marcadores de elección en estudios de genómica www.ebi.ac.uk
Genotipado de SNPs Utilización de chips de genotipado de alta densidad
Variación presente en el ADN Pregunta al ponente: porciforum.info
GWAS: Estudios de asociación a nivel genómico Fenotipo
SNP A G C T A A A G A T A A A G C T A A
Mutaciones silenciosas Marcadores genéticos
Manhattan plot representando la asociación entre los SNPs genotipados y el caracter de interés
Desafíos del sector porcino
Incremento Productivo y Globalización
Aparición y propagación de patógenos endémicos y emergentes (PRRSV, PCV2, Influenza A, Salmonella spp., E. coli, ASFV, PED, NIPAH)
Food demand
Pregunta al ponente: porciforum.info
Desafíos del sector porcino
Incremento Productivo y Globalización
Restricción en el uso profiláctico de antimicrobianos
Food demand
Productos más saludables y nutritivos
Sistemas de producción más sostenibles Pregunta al ponente: porciforum.info
Desafíos del sector porcino Medidas de Bioseguridad
Incremento Productivo y Globalización
Restricción en el uso profiláctico de antimicrobianos
Food demand
Source: ITAVI, 2018
Vacunas Productos más saludables y nutritivos
Sistemas de producción más sostenibles
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Selección Genética QTL: región (locus) del ADN asociado con un fenotipo en particular de carácter cuantitativo
Iniesta, D., Rosas, J., & Negro, S.. Revista porciNews, (20), 114-122. 2019
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Selección Genética
Diferentes aproximaciones para la identificación de marcadores genéticos de robustez y resistencia a enfermedades: •
MÉTODOS DIRECTOS:
Estudiar la susceptibilidad/resistencia genética a enfermedades específicas Exposición agentes infecciosos
Iniesta, D., Rosas, J., & Negro, S.. Revista porciNews, (20), 114-122. 2019
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Selección de animales resistentes a determinados patógenos Marcadores de resistencia “completa” E. coli F18 y F4 (o K88)
Marcadores de resistencia “no completa” PRRSV
Locus WUR en el SSC4
Pregunta al ponente: porciforum.info https://www.genesus.com/es/genetic-improvementfor-resilience-to-prrs/
Edición Genética: CRISPR/Cas9 PRRSV
TGEV (Gastroenteritis transmisible porcina) Volume 92 Issue 16, 2018
PRRSV + TGEV
Xu et al. eLife 2020;9:e57132.
Selección Genética
Diferentes aproximaciones para la identificación de marcadores genéticos de robustez y resistencia a enfermedades: •
MÉTODOS DIRECTOS:
Estudiar la susceptibilidad/resistencia genética a enfermedades específicas Aproximación patógeno-específica
Iniesta, D., Rosas, J., & Negro, S.. Revista porciNews, (20), 114-122. 2019
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Selección Genética
Diferentes aproximaciones para la identificación de marcadores genéticos de robustez y resistencia a enfermedades: •
MÉTODOS DIRECTOS:
Estudiar la susceptibilidad/resistencia genética a enfermedades específicas •
MÉTODOS INDIRECTOS:
Estudiar la inmunocompetencia individual (capacidad de producir respuestas inmunitarias apropiadas y efectivas) como un caracter global
Iniesta, D., Rosas, J., & Negro, S.. Revista porciNews, (20), 114-122. 2019
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Selección Genética
Diferentes aproximaciones para la identificación de marcadores genéticos de robustez y resistencia a enfermedades: •
MÉTODOS DIRECTOS:
Estudiar la susceptibilidad/resistencia genética a enfermedades específicas •
MÉTODOS INDIRECTOS:
Estudiar la inmunocompetencia individual (capacidad de producir respuestas inmunitarias apropiadas y efectivas) como un caracter global
Modificado de Iniesta, D., Rosas, J., & Negro, S.. Revista porciNews, (20), 114-122. 2019
Caracteres de inmunidad
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Sistema Inmunitario Inmunidad Innata
(respuesta no específica: PRRs) 1a línea • Piel • Mucosas y Secreciones • Flora normal
Inmunidad Adaptativa
(respuesta específica: receptores específicos de Ag)
2a línea • Células • Inflamación • Sistema de Complemento • Sustancias Antimicrobianas
3a línea
Dranoff G. Nat Rev Cancer 2004;4:11-22
Linfocitos Especializados 1. Células B (productoras de Ac) 2. Células T
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Caracteres de Inmunidad
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Identificación de marcadores genéticos de inmunocompetencia
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Identificación de marcadores genéticos de inmunocompetencia Muestreo de 432 cerdos Duroc
Fenotipos de inmunidad, hemograma, parámetros de estrés y productivos
Análisis genéticos y genómicos: GWAS, RNA-seq, WGS, ...
SELECCIÓN GENÓMICA
Genotipat: GGP Porcine HD Array (Illumina)
Genotipado 70K: GGP Porcine HD Array (Illumina)
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Fenotipos en la población IMMUPIGEN Caracteres de Inmunidad (innata y adaptativa) Proteínas de fase aguda: Hp and CRP Fagocitosis y formación de óxido nítrico Inmunoglobulinas: IgAsal, IgA, IgG, IgM Subpoblaciones de linfocitos en sangre periférica Parámetros de Estrés Ratio neutrófilos/linfocitos (estrés agudo) Cortisol en pelo (estrés crónico) Parámetros hematológicos (hemograma)
Resultados HEREDABILIDAD: MEDIAS-ALTAS
Mapa de correlaciones genéticas entre caracteres de inmunidad, parámetros hematológicos y de estrés
Caracteres de Inmunidad Innata: h2: 0.118 - 0.613 Caracteres de Inmunidad Adaptativa: h2: 0. 361 - 0.841 Parámetros Hematológicos: h2: 0.118 - 0.767 Parámetros de Estrés: h2: 0.456 - 0.731
Determinismo Genético en los caracteres de Inmunocompetencia porcina
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Resultados MARCADORES GENÉTICOS ASOCIADOS A CARACTERES DE SALUD
LYM
γδ T cells
11 regiones genómicas y 58 SNPs asociados a la variación de 12 fenotipos de inmunidad IgG
LYM_PHAGO_FITC
• Fenotipos relacionados con linfocitos POTENCIAL AUMENTO DE LAS RESPUESTAS HUMORALES Y CELULARES
MEJORA DE LA RESPUESTA INMUNOLÓGICA ADAPTATIVA Y DE LA EFICACIA DE LAS VACUNAS FRENTE A PATÓGENOS EXTRACELULARES E INTRACELULARES
T memory cells (% of PBMCs)
T helper cells (% of PBMCs)
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Resultados MARCADORES GENÉTICOS ASOCIADOS A CARACTERES DE SALUD 11 regiones genómicas y 58 SNPs asociados a la variación de 12 fenotipos de inmunidad • Fenotipos hematológicos: recuentos de leucocitos y neutrófilos, volumen corpuscular medio y hemoglobina corpuscular media
PCR
• Proteína C Reactiva (PCR) PAPEL IMPORTANTE EN LA RESPUESTA INMUNE INNATA Y MODELO ANIMAL PORCINO PARA ENFERMEDADES CARDIOVACULARES
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Resultados GENES CANDIDATOS
Análisis de redes génicas de coasociación
T memory cells (% of PBMCs)
Identificación de 5 reguladores (ARNT2, BRMS1L, MED12L, SUPT3H y TRIM25 ) de genes relacionados con funciones del sistema inmunitario asociados a nuestros caracteres TRIM25
ruta de señalización RIG-I/Interferon Pregunta al ponente: porciforum.info
MICROBIOTA INTESTINAL
CONTRIBUCIÓN DE LA MICROBIOTA A LA INMUNOCOMPETENCIA
405 cerdos Duroc población IMMUPIGEN
Microbiota fecal
Zheng et al. 2020. Cell Res 30, 492–506
Papel fundamental en la formación y el desarrollo de los principales componentes del sistema inmune del hospedador
16S rRNA gene
Mejora las funciones biológicas y contribuye a la salud y estado físico del hospedador Pregunta al ponente: porciforum.info
Resultados
Estudio de asociación de la microbiota con fenotipos de inmunidad Contribución de la microbiota y genética del hospedador a los fenotipos de m2 inmunidad 2
h2=0.36 h2=0.32
m2=0.27
h
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Conclusiones Los resultados obtenidos: • Representan un avance importante en el conocimiento sobre el control genético de caracteres relacionados con la salud • Avalan la posibilidad de aplicar programas de selección genética/genómica efectivos para mejorar la inmunocompetencia • Ponen de manifiesto la importancia de considerar la contribución conjunta del genoma del cerdo y la composición de su microbiota intestinal para caracterizar la inmunocompetencia
Perspectivas de futuro •
Caracterizar a nivel genético y funcional los genes y polimorfismos asociados a los fenotipos de inmunidad
•
Estudiar la asociación entre los índices de inmunidad, SNPs y diferentes Ag vacunales
•
Establecer la mejor combinación (índice) entre los fenotipos de inmunidad, caracteres productivos y de bienestar animal (correlaciones genéticas y fenotípicas)
Metapigen
Caracteres de Salud y Productivos
PID2020-112677RB-C21
Ambiente microbiota
Sector Porcino
Validación Genética y Funcional
Genoma Producción y Robustez
Selección Genómica Producción Sostenible
Biomarcadores
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Variantes genéticas funcionales
AGRADECIMIENTOS
• • • • • •
Torre Marimon Raquel Quintanilla Yuliaxis Ramayo-Caldas Mariam Pascual Olga González Neus Torrentó Daniel Crespo
AGL2016-75432-R
AGL2017-88849-R
• Josep Reixach • Marta Díaz
CRESA • Sergio López Serrano MONELLS • Joan Tibau • Antoni Dalmau
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